Le tracce di rame su un circuito stampato trasportano segnali elettronici e distribuiscono l'energia tra componenti e dispositivi. Questa complessa rete di percorsi conduttivi consente a tutti gli elementi funzionali della scheda di operare in armonia. Una delle decisioni di progettazione più importanti quando si ingegnerizza un PCB è determinare lo spessore di rame appropriato del PCB per le tracce. In questo articolo, esamineremo da vicino gli spessori di rame comuni utilizzati nei PCB, discutere perché l'utilizzo di rame più spesso è vantaggioso nelle applicazioni ad alta potenza, ed esaminare i fattori chiave che i progettisti devono considerare quando selezionano lo spessore ottimale del rame del circuito stampato per i requisiti e i vincoli particolari del circuito. Immergiamoci.
Spessori di rame comuni utilizzati nei PCB
Lo spessore del rame si riferisce al peso del foglio di rame laminato sul Substrato PCB, espresso in once per piede quadrato (once/piedi2). I pesi tipici vanno da 0.5 oz a 3 oz:
0.5-1 oz di spessore del rame: Una lamina di rame estremamente sottile a 0.0007 pollici di spessore. Utilizzato per leggerezza, PCB a bassa corrente dove sono necessari una spaziatura ridotta tra le tracce e un profilo sottile della scheda. La dimensione minima della traccia e la spaziatura sono molto piccole con uno spessore di rame di un'oncia.
1-2 once di rame: Il peso del rame standard e più comune per la progettazione generale di PCB. Fornisce un equilibrio tra prestazioni elettrotermiche e producibilità. Adatto per la maggior parte dei PCB di media complessità.
3 once di rame: Considerato un PCB in rame pesante. È sufficientemente robusto per circuiti di alimentazione ad alta corrente, che può gestire fino a circa 8-10 A per traccia prima che il surriscaldamento o la caduta di tensione diventino un problema. Fornisce maggiore stabilità e affidabilità.
Perché utilizzare il rame pesante nei PCB?
Mentre l'utilizzo di fogli di rame pesanti aumenta il costo del PCB, ci sono importanti vantaggi che lo rendono la scelta giusta per i progetti di circuiti ad alta potenza:
- Gestisce correnti più elevate senza tracce di surriscaldamento – Il rame più spesso ha una resistenza inferiore, consentendo a più corrente di fluire senza eccessivo riscaldamento resistivo. Ciò impedisce danni dovuti alla temperatura eccessiva.
- Caduta di tensione inferiore sulle tracce a correnti elevate – Tracce di rame più spesse riducono la caduta di tensione indesiderata lungo la lunghezza della traccia, garantendo che segnali e potenza vengano forniti ai livelli corretti attraverso il PCB.
- Migliore diffusione del calore e gestione termica – Il rame è un ottimo conduttore termico. Il rame pesante funge da diffusore di calore, conduce rapidamente il calore lontano dai punti caldi e lo distribuisce su un'area più ampia per la dissipazione. Ciò consente il corretto funzionamento del circuito a temperature più elevate.
- Resiste alle alte temperature e ai ripetuti cicli termici – L'elevata massa termica e la conduttività del rame spesso lo rendono molto più resistente ai danni causati dalle alte temperature e dai ripetuti cicli di riscaldamento/raffreddamento rispetto alle lamine sottili.
- Riduce EMI rispetto alle tracce più sottili – Tracce più spesse generano meno interferenze elettromagnetiche rispetto a tracce sottili con corrente identica, a causa della ridotta resistenza AC. Questa riduzione delle EMI è vantaggiosa per la conformità EMC.
- Aumenta l'affidabilità complessiva e la durata del prodotto – La capacità di corrente superiore, prestazioni termiche, e durabilità di PCB in rame pesante migliorare l'affidabilità e la durata utile del prodotto, soprattutto in ambienti esigenti ad alta potenza.
Come scegliere lo spessore del rame del PCB?
La selezione dello spessore ottimale del rame del PCB per un particolare progetto richiede la considerazione di diversi fattori correlati:
- Livelli attuali – La corrente massima prevista in ciascuna traccia determina lo spessore minimo necessario per evitare il surriscaldamento. Per esempio, le tracce che trasportano più di 5 A in genere richiedono rame più spesso da 2 once o più. Abbina lo spessore alla corrente.
- Numero di strati – Un PCB con più strati di rame consente l'uso di rame complessivamente più sottile, poiché la corrente può essere suddivisa su più strati. UN 2-tavola a strati spesso necessita di rame da 2 once più spesso rispetto a una scheda a 4 o 6 strati per la stessa corrente.
- Resistenza alla traccia target – Una resistenza inferiore richiede tracce più spesse, a parità di altre condizioni. Calcolare la resistenza per unità di lunghezza per diversi spessori alla larghezza della traccia desiderata per raggiungere gli obiettivi di resistenza.
- Costo – Il materiale in rame più spesso costa intrinsecamente più del materiale sottile. Valutare l'aumento dei costi rispetto ai vantaggi in termini di prestazioni elettriche per rientrare nel budget.
- Limiti di produzione – Il rame spesso superiore a 2 once può richiedere apparecchiature di lavorazione speciali. Influisce anche sulla risoluzione della traccia ottenibile, spaziatura tra le tracce, e l'accuratezza della registrazione. Consultare le capacità del produttore.
- Carichi termici – Calcolare attentamente la dissipazione di potenza termica complessiva nel PCB per garantire che il rame possa diffondersi e assorbire il calore senza surriscaldarsi. Considerare le opzioni di temperatura ambiente e raffreddamento ad aria/liquido.
Pensieri finali
La selezione dello spessore ottimale del rame nella progettazione del PCB è un atto di bilanciamento complesso che richiede un'analisi approfondita dei carichi di corrente previsti, caratteristiche di dissipazione termica, limiti di producibilità, e compromessi sui costi materiali. Pesi di rame più pesanti con eccellente capacità di corrente e prestazioni termiche hanno il prezzo di maggiori dimensioni e costi della scheda. I progettisti di PCB devono adattare con giudizio lo spessore della traccia di rame alle esigenze elettriche e ai vincoli dell'applicazione, considerando tutti i fattori di progettazione interdipendenti. Con decisioni informate sullo spessore delle tracce, le prestazioni della scheda possono essere massimizzate entro il budget disponibile e le capacità di fabbricazione. Contattaci se hai bisogno di assistenza per determinare il peso del rame ideale per il tuo prossimo PCB.
