Come selezionare il giusto spessore del rame per PCB?

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:

• Handles higher current without overheating traces – The thicker copper has lower resistance, consentendo a più corrente di fluire senza eccessivo riscaldamento resistivo. Ciò impedisce danni dovuti alla temperatura eccessiva.
• Lower voltage drop across traces at high currents – Thicker copper traces reduce unwanted voltage drop along the trace length, garantendo che segnali e potenza vengano forniti ai livelli corretti attraverso il PCB.
• Improved heat spreading and thermal management – Copper is an excellent thermal conductor. 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.
• 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.
• Riduce EMI compared to thinner traces – Thicker traces generate less electromagnetic interference vs thin traces with identical current, a causa della ridotta resistenza AC. Questa riduzione delle EMI è vantaggiosa per la conformità EMC.
• Increases overall reliability and product lifetime – The superior current capacity, 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:

• Current levels – The expected maximum current in each trace determines the minimum thickness needed to avoid overheating. 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.
• Number of layers – A PCB with more copper layers allows the use of thinner copper overall, 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.
• Target trace resistance – Lower resistance requires thicker traces all else being equal. Calcolare la resistenza per unità di lunghezza per diversi spessori alla larghezza della traccia desiderata per raggiungere gli obiettivi di resistenza.
• Cost – Thicker copper material intrinsically costs more than thin material. Valutare l'aumento dei costi rispetto ai vantaggi in termini di prestazioni elettriche per rientrare nel budget.
• Manufacturing limits – Thick copper over 2oz may require special processing equipment. Influisce anche sulla risoluzione della traccia ottenibile, spaziatura tra le tracce, e l'accuratezza della registrazione. Consultare le capacità del produttore.
• Thermal loads – Carefully calculate the overall thermal power dissipation in the PCB to ensure the copper can spread and sink the heat without overheating. 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.