Comment sélectionner la bonne épaisseur de cuivre pour PCB?

Les traces de cuivre sur une carte de circuit imprimé transportent des signaux électroniques et distribuent l'énergie entre les composants et les appareils. Ce réseau complexe de voies conductrices permet à tous les éléments fonctionnels de la carte de fonctionner en harmonie. L'une des décisions de conception les plus importantes lors de l'ingénierie d'un PCB consiste à déterminer l'épaisseur de cuivre appropriée pour les traces.. Dans cet article, nous examinerons de près les épaisseurs de cuivre courantes utilisées dans les PCB, expliquer pourquoi l'utilisation de cuivre plus épais est avantageuse dans les applications à haute puissance, et passer en revue les facteurs clés que les concepteurs doivent prendre en compte lors de la sélection de l'épaisseur optimale du cuivre des cartes de circuits imprimés pour leurs exigences et contraintes particulières en matière de circuits.. Plongeons dedans.

Épaisseurs de cuivre courantes utilisées dans les PCB

L'épaisseur du cuivre fait référence au poids de la feuille de cuivre laminée sur le Substrat PCB, exprimé en onces par pied carré (onces/pi2). Les poids typiques vont de 0.5 once à 3 oz:

0.5-1 once d'épaisseur de cuivre: Une feuille de cuivre extrêmement fine à 0.0007 pouces d'épaisseur. Utilisé pour les poids légers, PCB à faible courant où un espacement serré des traces et un profil de carte mince sont nécessaires. La taille et l'espacement minimum des traces sont très petits avec une épaisseur de cuivre d'une once.

1-2 onces de cuivre: Le poids de cuivre standard et le plus courant pour les conceptions générales de PCB. Il offre un équilibre entre performances électrothermiques et fabricabilité. Convient à la plupart des PCB de complexité moyenne.

3 onces de cuivre: Considéré comme un PCB en cuivre lourd. Il est suffisamment robuste pour les circuits de puissance à courant élevé, qui peut gérer jusqu'à environ 8-10A par trace avant qu'une surchauffe ou une chute de tension ne devienne un problème. Il offre une stabilité et une fiabilité améliorées.

Pourquoi utiliser du cuivre lourd dans les PCB?

Alors que l'utilisation de feuilles de cuivre lourdes augmente le coût des PCB, il présente des avantages importants qui en font le bon choix pour les conceptions de circuits haute puissance:

• Handles higher current without overheating traces – The thicker copper has lower resistance, permettant à plus de courant de circuler sans chauffage résistif excessif. Cela évite les dommages dus à une surchauffe.
• Lower voltage drop across traces at high currents – Thicker copper traces reduce unwanted voltage drop along the trace length, s'assurer que les signaux et la puissance sont fournis aux niveaux corrects à travers le PCB.
• Improved heat spreading and thermal management – Copper is an excellent thermal conductor. Le cuivre lourd agit comme un dissipateur de chaleur, évacuant rapidement la chaleur des points chauds et la distribuant sur une plus grande surface pour la dissiper. Cela permet un bon fonctionnement du circuit à des températures plus élevées.
• Withstands high temps and repeated thermal cycling – The high thermal mass and conductivity of thick copper make it far more resistant to damage from high temperatures and repeated heating/cooling cycles compared to thin foils.
• Réduit EMI compared to thinner traces – Thicker traces generate less electromagnetic interference vs thin traces with identical current, en raison de la résistance AC réduite. Cette réduction EMI est bénéfique pour la conformité EMC.
• Increases overall reliability and product lifetime – The superior current capacity, performance thermique, et la durabilité de PCB en cuivre lourd améliorer la fiabilité et la durée de vie du produit, en particulier dans les environnements exigeants à haute puissance.
  

Comment choisir l'épaisseur du cuivre des PCB?

La sélection de l'épaisseur optimale du cuivre du PCB pour une conception particulière nécessite de prendre en compte plusieurs facteurs interdépendants.:

• Current levels – The expected maximum current in each trace determines the minimum thickness needed to avoid overheating. Par exemple, les traces transportant plus de 5 A nécessitent généralement du cuivre plus épais de 2 onces ou plus. Faire correspondre l'épaisseur au courant.
• Number of layers – A PCB with more copper layers allows the use of thinner copper overall, puisque le courant peut être divisé sur plusieurs couches. UNE 2-panneau de couches nécessite souvent du cuivre plus épais de 2 onces par rapport à une carte à 4 ou 6 couches pour le même courant.
• Target trace resistance – Lower resistance requires thicker traces all else being equal. Calculez la résistance par unité de longueur pour différentes épaisseurs à la largeur de trace souhaitée pour atteindre les objectifs de résistance.
• Cost – Thicker copper material intrinsically costs more than thin material. Pesez l’augmentation des coûts par rapport aux avantages en matière de performances électriques pour respecter le budget.
• Manufacturing limits – Thick copper over 2oz may require special processing equipment. Cela a également un impact sur la résolution de trace réalisable, espacement entre les traces, et l'exactitude de l'enregistrement. Consulter les capacités du fabricant.
• Thermal loads – Carefully calculate the overall thermal power dissipation in the PCB to ensure the copper can spread and sink the heat without overheating. Tenez compte de la température ambiante et des options de refroidissement air/liquide.

Dernières pensées

La sélection de l'épaisseur de cuivre optimale dans la conception de circuits imprimés est un exercice d'équilibre complexe qui nécessite une analyse approfondie des charges de courant attendues., caractéristiques de dissipation thermique, limites de fabricabilité, et les compromis en matière de coût des matériaux. Des poids de cuivre plus lourds avec une excellente capacité de courant et d'excellentes performances thermiques se font au prix de dimensions et de coûts accrus pour la carte.. Les concepteurs de circuits imprimés doivent judicieusement adapter l'épaisseur des traces de cuivre aux besoins électriques et aux contraintes de l'application., tout en considérant tous les facteurs de conception interdépendants. Avec des décisions éclairées sur l’épaisseur des traces, les performances de la carte peuvent être maximisées dans le cadre du budget disponible et des capacités de fabrication. Nous contacter si vous avez besoin d'aide pour déterminer le poids de cuivre idéal pour votre prochain PCB.