Como selecionar a espessura correta de cobre para PCB?

Os traços de cobre em uma placa de circuito impresso transportam sinais eletrônicos e distribuem energia entre componentes e dispositivos. Esta complexa rede de caminhos condutores permite que todos os elementos funcionais da placa operem em harmonia. Uma das decisões de projeto mais importantes ao projetar uma PCB é determinar a espessura apropriada do cobre da PCB para os traços. Neste artigo, examinaremos atentamente as espessuras comuns de cobre usadas em PCBs, discutir por que a utilização de cobre mais espesso é vantajosa em aplicações de alta potência, e examinar os principais fatores que os projetistas devem considerar ao selecionar a espessura ideal de cobre da placa de circuito para seus requisitos e restrições de circuito específicos. Vamos mergulhar.

Espessuras comuns de cobre usadas em PCB

A espessura do cobre refere-se ao peso da folha de cobre laminada no Substrato PCB, expresso em onças por pé quadrado (onças/ft2). Os pesos típicos variam de 0.5 onças para 3 oz:

0.5-1 onças de espessura de cobre: Uma folha de cobre extremamente fina em 0.0007 polegadas de espessura. Usado para peso leve, PCBs de baixa corrente onde são necessários espaçamentos estreitos entre traços e perfil de placa fina. O tamanho mínimo do traço e o espaçamento são muito pequenos, com uma onça de espessura de cobre.

1-2 oz de cobre: O peso de cobre padrão e mais comum para projetos gerais de PCB. Ele fornece um equilíbrio entre desempenho eletrotérmico e capacidade de fabricação. Adequado para a maioria dos PCBs de média complexidade.

3 oz de cobre: Considerado um PCB de cobre pesado. É robusto o suficiente para circuitos de potência de alta corrente, que pode suportar cerca de 8-10A por traço antes que o superaquecimento ou a queda de tensão se tornem um problema. Ele fornece maior estabilidade e confiabilidade.

Por que usar cobre pesado em PCB?

Embora a utilização de folhas de cobre pesadas aumente o custo do PCB, existem vantagens importantes que o tornam a escolha certa para projetos de circuitos de alta potência:

• Handles higher current without overheating traces – The thicker copper has lower resistance, permitindo que mais corrente flua sem aquecimento resistivo excessivo. Isso evita danos por excesso de temperatura.
• Lower voltage drop across traces at high currents – Thicker copper traces reduce unwanted voltage drop along the trace length, garantindo que os sinais e a energia sejam entregues nos níveis corretos em todo o PCB.
• Improved heat spreading and thermal management – Copper is an excellent thermal conductor. Heavycopper atua como um dissipador de calor, conduzindo rapidamente o calor para longe dos pontos quentes e distribuindo-o por uma área maior para dissipação. Isso permite a operação adequada do circuito em temperaturas mais altas.
• 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.
• Reduz EMI compared to thinner traces – Thicker traces generate less electromagnetic interference vs thin traces with identical current, devido à resistência CA reduzida. Esta redução de EMI é benéfica para conformidade com EMC.
• Increases overall reliability and product lifetime – The superior current capacity, Performance térmica, e durabilidade de PCB de cobre pesado aumentar a confiabilidade e a vida útil do produto, especialmente em ambientes exigentes de alta potência.
  

Como escolher a espessura do cobre PCB?

A seleção da espessura ideal de cobre da PCB para um projeto específico requer a consideração de vários fatores inter-relacionados:

• Current levels – The expected maximum current in each trace determines the minimum thickness needed to avoid overheating. Por exemplo, traços transportando mais de 5A normalmente precisam de cobre mais espesso de 2 onças ou mais. Combine a espessura com a corrente.
• Number of layers – A PCB with more copper layers allows the use of thinner copper overall, já que a corrente pode ser dividida em múltiplas camadas. UMA 2-placa de camada muitas vezes precisa de cobre mais espesso de 2 onças em comparação com uma placa de 4 ou 6 camadas para a mesma corrente.
• Target trace resistance – Lower resistance requires thicker traces all else being equal. Calcule a resistência por unidade de comprimento para diferentes espessuras na largura de traço desejada para atender às metas de resistência.
• Cost – Thicker copper material intrinsically costs more than thin material. Pese o aumento de custos em relação aos benefícios de desempenho elétrico para caber no orçamento.
• Manufacturing limits – Thick copper over 2oz may require special processing equipment. Também afeta a resolução de rastreamento alcançável, espaçamento entre traços, e precisão de registro. Consulte as capacidades do fabricante.
• Thermal loads – Carefully calculate the overall thermal power dissipation in the PCB to ensure the copper can spread and sink the heat without overheating. Considere a temperatura ambiente e as opções de resfriamento a ar/líquido.

Pensamentos finais

Selecionar a espessura ideal de cobre no projeto de PCB é um ato de equilíbrio complexo que requer uma análise minuciosa das cargas de corrente esperadas, características de dissipação térmica, limitações de fabricação, e compensações de custos de materiais. Pesos de cobre mais pesados ​​com excelente capacidade de corrente e desempenho térmico têm o preço de maiores dimensões e despesas da placa. Os projetistas de PCB devem combinar criteriosamente a espessura do traço de cobre com as necessidades elétricas e restrições da aplicação, ao considerar todos os fatores de design interdependentes. Com decisões informadas sobre espessura de traços, o desempenho da placa pode ser maximizado dentro do orçamento disponível e dos recursos de fabricação. Contate-Nos se precisar de ajuda para determinar o peso ideal de cobre para sua próxima PCB.