Die Kupferleiterbahnen auf einer Leiterplatte übertragen elektronische Signale und verteilen die Energie zwischen Komponenten und Geräten. Dieses komplexe Netzwerk aus Leiterbahnen ermöglicht den harmonischen Betrieb aller Funktionselemente auf der Platine. Eine der wichtigsten Designentscheidungen bei der Entwicklung einer Leiterplatte ist die Bestimmung der geeigneten Kupferdicke der Leiterplatte für die Leiterbahnen. In diesem Artikel, Wir werden uns die gängigen Kupferdicken, die in Leiterplatten verwendet werden, genau ansehen, Besprechen Sie, warum die Verwendung von dickerem Kupfer bei Hochleistungsanwendungen von Vorteil ist, und gehen Sie auf die Schlüsselfaktoren ein, die Designer berücksichtigen müssen, wenn sie die optimale Kupferdicke für Leiterplatten für ihre jeweiligen Schaltungsanforderungen und -beschränkungen auswählen. Tauchen wir ein.
Übliche Kupferdicken, die in Leiterplatten verwendet werden
Unter Kupferdicke versteht man das Gewicht der auflaminierten Kupferfolie PCB-Substrat, ausgedrückt in Unzen pro Quadratfuß (oz/ft2). Typische Gewichte reichen von 0.5 oz zu 3 oz:
0.5-1 Unzen Kupferdicke: Eine extrem dünne Kupferfolie 0.0007 Zoll dick. Wird für Leichtgewichte verwendet, Niedrigstrom-Leiterplatten, bei denen enge Leiterbahnabstände und ein dünnes Leiterplattenprofil erforderlich sind. Die minimale Leiterbahngröße und der Mindestabstand sind mit einer Kupferdicke von einer Unze sehr gering.
1-2 Unze Kupfer: Das standardmäßige und gebräuchlichste Kupfergewicht für allgemeine Leiterplattendesigns. Es bietet ein Gleichgewicht zwischen elektrothermischer Leistung und Herstellbarkeit. Geeignet für die meisten Leiterplatten mittlerer Komplexität.
3 Unze Kupfer: Gilt als schwere Kupferplatine. Es ist robust genug für Hochstromstromkreise, die bis zu 8–10 A pro Leiterbahn verarbeiten kann, bevor Überhitzung oder Spannungsabfall zum Problem werden. Es bietet verbesserte Stabilität und Zuverlässigkeit.
Warum schweres Kupfer in Leiterplatten verwenden??
Während die Verwendung von schweren Kupferfolien die Leiterplattenkosten erhöht, Es gibt wichtige Vorteile, die es zur richtigen Wahl für Hochleistungsschaltungsdesigns machen:
- Bewältigt höhere Ströme ohne Überhitzungsspuren – Das dickere Kupfer hat einen geringeren Widerstand, Dadurch kann mehr Strom fließen, ohne dass es zu einer übermäßigen Widerstandserwärmung kommt. Dies verhindert Schäden durch Übertemperatur.
- Geringerer Spannungsabfall über Leiterbahnen bei hohen Strömen – Dickere Kupferleiterbahnen reduzieren unerwünschte Spannungsabfälle entlang der Leiterbahnlänge, Sicherstellen, dass Signale und Strom auf der gesamten Leiterplatte mit den richtigen Pegeln bereitgestellt werden.
- Verbesserte Wärmeverteilung und Wärmemanagement – Kupfer ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter. Schweres Kupfer fungiert als Wärmeverteiler, leitet die Wärme schnell von heißen Stellen weg und verteilt sie zur Ableitung über eine größere Fläche. Dies ermöglicht einen ordnungsgemäßen Betrieb des Kreislaufs bei höheren Temperaturen.
- Hält hohen Temperaturen und wiederholten Temperaturwechseln stand – Die hohe thermische Masse und Leitfähigkeit von dickem Kupfer machen es im Vergleich zu dünnen Folien wesentlich widerstandsfähiger gegen Schäden durch hohe Temperaturen und wiederholte Heiz-/Kühlzyklen.
- Reduziert EMI im Vergleich zu dünneren Spuren – Dickere Leiterbahnen erzeugen weniger elektromagnetische Störungen als dünne Leiterbahnen mit identischem Strom, aufgrund des verringerten Wechselstromwiderstands. Diese EMI-Reduzierung kommt der EMV-Konformität zugute.
- Erhöht die allgemeine Zuverlässigkeit und Produktlebensdauer – Die überlegene aktuelle Kapazität, thermische Leistung, und Haltbarkeit von schwere Kupferplatine Verbessern Sie die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Produkts, insbesondere in anspruchsvollen Hochleistungsumgebungen.
So wählen Sie die Kupferdicke einer Leiterplatte aus?
Die Auswahl der optimalen Leiterplatten-Kupferdicke für ein bestimmtes Design erfordert die Berücksichtigung mehrerer miteinander verbundener Faktoren:
- Aktuelle Werte – Der erwartete maximale Strom in jeder Leiterbahn bestimmt die minimale Dicke, die erforderlich ist, um eine Überhitzung zu vermeiden. Zum Beispiel, Leiterbahnen mit mehr als 5 A benötigen normalerweise dickeres 2 Unzen Kupfer oder mehr. Passen Sie die Dicke an den Strom an.
- Anzahl der Schichten – Eine Leiterplatte mit mehr Kupferschichten ermöglicht die Verwendung von insgesamt dünnerem Kupfer, da der Strom über mehrere Schichten verteilt werden kann. EIN 2-Schichtplatte benötigt für den gleichen Strom oft dickeres 2-Unzen-Kupfer im Vergleich zu einer 4- oder 6-Lagen-Platine.
- Zielspurwiderstand – Ein geringerer Widerstand erfordert bei sonst gleichen Bedingungen dickere Leiterbahnen. Berechnen Sie den Widerstand pro Längeneinheit für verschiedene Dicken bei der gewünschten Leiterbahnbreite, um die Widerstandsziele zu erreichen.
- Kosten – Dickeres Kupfermaterial kostet an sich mehr als dünnes Material. Wägen Sie die Kostensteigerung gegen die elektrischen Leistungsvorteile ab, um das Budget zu berücksichtigen.
- Herstellungsgrenzen – Dickes Kupfer über 2 Unzen erfordert möglicherweise spezielle Verarbeitungsgeräte. Es wirkt sich auch auf die erreichbare Trace-Auflösung aus, Abstand zwischen Spuren, und Registrierungsgenauigkeit. Informieren Sie sich über die Möglichkeiten des Herstellers.
- Thermische Belastungen – Berechnen Sie sorgfältig die gesamte thermische Verlustleistung in der Leiterplatte, um sicherzustellen, dass das Kupfer die Wärme verteilen und ableiten kann, ohne dass es zu einer Überhitzung kommt. Berücksichtigen Sie Umgebungstemperatur und Luft-/Flüssigkeitskühlungsoptionen.
Abschließende Gedanken
Die Auswahl der optimalen Kupferdicke beim PCB-Design ist ein komplexer Balanceakt, der eine gründliche Analyse der zu erwartenden Strombelastungen erfordert, Wärmeableitungseigenschaften, Einschränkungen bei der Herstellbarkeit, und Materialkostenkompromisse. Schwerere Kupfergewichte mit hervorragender Stromkapazität und thermischer Leistung gehen allerdings mit größeren Platinenabmessungen und höheren Kosten einher. PCB-Designer müssen die Dicke der Leiterbahnkupfer sorgfältig an die elektrischen Anforderungen und Einschränkungen der Anwendung anpassen, unter Berücksichtigung aller voneinander abhängigen Designfaktoren. Mit fundierten Entscheidungen zur Leiterbahndicke, Die Platinenleistung kann innerhalb des verfügbaren Budgets und der Fertigungsmöglichkeiten maximiert werden. Kontaktiere uns wenn Sie Hilfe bei der Bestimmung des idealen Kupfergewichts für Ihre nächste Leiterplatte benötigen.
