I. Primeiro, entenda: Por que escolher um PCB de cobre espesso? (Introdução de 30 segundos)

Os PCBs de cobre espesso, simplesmente, são placas de circuito com uma espessura de folha de cobre ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm). Eles são comumente encontrados em cenários de "alta potência, alta dissipação de calor", como fontes de alimentação industriais, veículos de nova energia e equipamentos médicos - por exemplo, pilhas de carregamento de veículos de nova energia precisam suportar picos de alta corrente. Placas de cobre finas comuns são propensas a superaquecimento e queima. O cobre espesso age como uma "rodovia no circuito", dissipando rapidamente corrente e calor, e também melhorando a resistência mecânica da placa de circuito (resistência à flexão, resistência à vibração). No entanto, o cobre espesso não é "quanto mais espesso, melhor". O design inadequado pode levar a problemas como "dissipação de calor desigual, soldagem deficiente e custos crescentes". Esta é a questão central em que nos concentraremos hoje: como atender aos requisitos de desempenho, garantindo também a capacidade de fabricação (DFM)?

II. Considerações-chave para o design de PCB de cobre espesso (Primeiro passo para evitar armadilhas)

1. Seleção da espessura da folha de cobre: Não persiga cegamente "quanto mais espesso, melhor". Princípio-chave: A classificação de corrente determina a espessura do cobre. Uma fórmula simplificada é: Corrente admissível (A) ≈ Espessura da folha de cobre (oz) × Largura da trilha (mm) × 0,8 (Temperatura ambiente ≤40℃). Exemplo: folha de cobre de 3oz + trilha de 3mm de largura pode suportar aproximadamente 7,2A de corrente, suficiente para a maioria dos cenários de fonte de alimentação industrial. Armadilha: O cobre com mais de 10oz pode causar flexão do PCB e dificuldades de perfuração. A menos que haja requisitos especiais (como equipamentos aeroespaciais), priorize a especificação principal de 3-6oz.

2. Design da trilha: Evite "aquecimento do pescoço estreito" e garanta um fluxo de corrente suave. Largura da trilha: As trilhas de cobre espesso não devem ser muito estreitas! Para folha de cobre de 3oz, a largura mínima recomendada da trilha é ≥0,3mm (0,1mm é suficiente para cobre fino comum). A largura deve aumentar proporcionalmente com a corrente (por exemplo, para folha de cobre de 6oz transportando 10A de corrente, a largura recomendada é ≥5mm).

Transição da trilha: Evite estreitamento/alargamento repentino (por exemplo, cair abruptamente de 5mm para 1mm). Use uma "transição gradual" (comprimento ≥ 3 vezes a diferença de largura), caso contrário, um "gargalo de corrente" se formará, causando superaquecimento localizado e queima. Otimização da dissipação de calor: Sob dispositivos de alta potência (como MOSFETs), use "revestimento de cobre + vias térmicas" (diâmetro da via 0,8-1,2mm, espaçamento 2-3mm) para permitir que o calor seja conduzido rapidamente para o plano de terra/alimentação.

3. Design da via: Uma "falha fatal" de placas de cobre espesso - preste muita atenção! Diâmetro da via: A camada de cobre na parede da via de uma placa de cobre espesso deve corresponder à espessura da folha de cobre. Um diâmetro de via padrão de 0,4 mm é insuficiente para revestir folha de cobre de 3oz. Recomenda-se um diâmetro mínimo da via de ≥0,8mm (com uma espessura da parede de cobre ≥20μm).

Número de vias: Não use uma única via em caminhos de alta corrente! Por exemplo, se uma folha de cobre de 3oz transportar 5A de corrente, recomenda-se usar 2-3 vias em paralelo (cada via pode suportar aproximadamente 2-3A de corrente) para evitar que a via superaqueça e derreta.

Abertura da máscara de solda: Devem ser fornecidas aberturas de máscara de solda suficientes (0,2-0,3 mm maiores que o diâmetro da via) ao redor da via para evitar que a solda obstrua a via durante a soldagem, o que afetaria a dissipação de calor e a condutividade.

III. Design DFM para PCBs de cobre espesso: Permitindo que as fábricas "produzam com menos retrabalho"

O cerne do DFM (Design para Fabricação) é "o design deve se adaptar aos processos de fabricação". O DFM para PCBs de cobre espesso se concentra em resolver os "desafios do processo trazidos pelo cobre espesso":

1. Gravação da folha de cobre: Evitando gravação desigual. Largura/espaçamento mínimo da linha: Para folha de cobre de 3oz, a largura mínima da linha ≥ 0,3 mm e o espaçamento mínimo da linha ≥ 0,3 mm (0,1 mm é suficiente para cobre fino); para folha de cobre de 6oz, recomenda-se uma largura/espaçamento da linha ≥ 0,4 mm, caso contrário, "largura da linha imprecisa" e "curtos-circuitos" são prováveis ​​de ocorrer durante a gravação.
2. Colocação de cobre com aberturas: Para colocação de cobre em grandes áreas, use "colocação de cobre em grade" (espaçamento da grade 2-3 mm, largura da linha 0,2-0,3 mm) para evitar o encolhimento da folha de cobre durante a gravação, o que pode causar flexão do PCB; se a colocação de cobre sólido for necessária, "ranhuras de dissipação de calor" (largura de 0,5 mm, espaçamento de 10-15 mm) devem ser reservadas.

2. Processo de laminação: Para evitar "delaminação e bolhas", a sequência de laminação deve ser a seguinte: A folha de cobre espesso deve ser colocada na "camada externa" ou "perto da camada externa" para evitar ser intercalada no meio e impedir a dissipação de calor; a espessura da folha de cobre da placa multicamadas deve ser simétrica (por exemplo, 3oz para a camada superior e 3oz para a camada inferior), caso contrário, ocorrerá empenamento após a laminação. Seleção do substrato: Priorize substratos de alta Tg (Tg≥170℃), como FR-4 Tg170 ou substratos PI, para evitar o amolecimento e a delaminação do substrato durante a soldagem em alta temperatura (a temperatura de soldagem de placas de cobre espesso geralmente é 10-20℃ maior do que a do cobre fino).

3. Processo de soldagem: Seleção de dispositivos de "alta condutividade térmica" adequados para cobre espesso: Priorize "pacotes de alta potência" (como TO-220, D2PAK) para evitar a soldagem de dispositivos embalados pequenos em cobre espesso, onde o calor não pode dissipar e a solda derreterá. Design da almofada: As almofadas em cobre espesso devem ser 0,2-0,3 mm maiores que as almofadas comuns. Por exemplo, as almofadas para um resistor 0805 são normalmente 0,8×1,2 mm, mas para cobre espesso, recomenda-se 1,0×1,5 mm para garantir uma junta de solda forte. Parâmetros de soldagem por refluxo: O cobre espesso absorve mais calor, portanto, a temperatura de soldagem por refluxo deve ser apropriadamente aumentada (5-10℃ maior do que para cobre fino) e o tempo de espera estendido em 10-15 segundos para evitar "juntas de solda frias".

4. Controle de custos: O valor oculto do DFM (Design para Fabricação) - Evitando o excesso de design: Por exemplo, use folha de cobre de 1-2oz em áreas onde alta corrente não é necessária e use apenas cobre espesso em caminhos críticos para reduzir os custos de material; Dimensões padronizadas: Use espessuras de placa padrão de fábrica (por exemplo, 1,6 mm, 2,0 mm) o máximo possível. Espessuras de placa especiais (por exemplo, 3,0 mm e acima) aumentarão a dificuldade e o custo do processamento; Comunicação antecipada: Confirme as capacidades do processo com o fabricante do PCB antes do projeto (por exemplo, espessura máxima do cobre, diâmetro mínimo do furo, precisão da gravação) para evitar projetos que não podem ser fabricados após a conclusão.

IV. Resumo:

Design de PCB de cobre espesso: "3 Elementos Essenciais"
Espessura do cobre correspondente à corrente: Evite aumentar cegamente a espessura; selecione as especificações principais de 3-6oz de acordo com os requisitos de corrente; Mitigação de riscos por meio de detalhes: Transições graduais de trilhas, vias paralelas e largura/espaçamento de trilhas compatíveis; Prioridade DFM: Considere os processos de gravação, laminação e soldagem durante o projeto para reduzir o retrabalho. O design de PCB de cobre espesso pode parecer complexo, mas, ao entender os dois elementos principais de "condução de corrente" e "compatibilidade de processo", a maioria das armadilhas pode ser evitada.