Placas de Circuito Impresso (PCIs) de Cobre Pesado: Fabricantes, Aplicações e Indústrias Chave

Os PCBs de cobre pesado, definidos por espessuras de cobre de 3 oz (105 μm) ou mais, são a espinha dorsal da eletrónica de alta potência.permitir a distribuição eficiente de grandes correntes em aplicações que vão desde veículos elétricos (VE) até máquinas industriaisAo contrário dos PCBs padrão (1 ′′ 2oz de cobre), os projetos de cobre pesado oferecem condutividade térmica superior, capacidade de transporte de corrente e resistência mecânica,tornando-os indispensáveis para sistemas que exigem fiabilidade em condições extremas.

Este guia explora as propriedades únicas dos PCBs de cobre pesado, seus desafios de fabricação, os principais fabricantes e aplicações no mundo real em todas as indústrias.Quer esteja a conceber um sistema de gestão de baterias de 500A EV ou um inversor industrial de alta potência, a compreensão da tecnologia de cobre pesado irá ajudá-lo a selecionar a solução certa para as suas necessidades de alta corrente.

Principais conclusões
1.PCBs de cobre pesado usam 3oz (105μm) a 20oz (700μm) de cobre, suportando correntes de até 500A10x mais do que PCBs padrão de 1oz.
2Dissipam o calor 3 vezes mais rapidamente do que os PCBs padrão, reduzindo as temperaturas dos componentes em 20-30°C em aplicações de alta potência.
3Técnicas críticas de fabricação incluem gravação controlada, tecnologia de press-fit e recursos de gerenciamento térmico como vias cheias de cobre.
4Os principais fabricantes (por exemplo, LT CIRCUIT, Sanmina) especializam-se em PCB de cobre pesado, oferecendo tolerâncias tão apertadas como ± 5% para larguras de traço.
5As principais indústrias incluem veículos elétricos, energia renovável, automação industrial e aeroespacial, onde a alta corrente e a durabilidade não são negociáveis.

O que são PCBs de cobre pesado?
PCBs de cobre pesado são placas de circuito com camadas de cobre grossas (3 oz +) em planos de potência e traços, projetados para transportar grandes correntes e dissipar o calor de forma eficiente.A espessura do cobre é medida em onças por pé quadrado (oz/ft2), onde 1 oz é igual a 35 μm. Os projetos de cobre pesado geralmente variam de 3 oz (105 μm) a 20 oz (700 μm), embora as aplicações personalizadas possam usar camadas ainda mais espessas.

Como funcionam os PCBs de cobre pesado
As espessas camadas de cobre têm duas funções principais:

1.High Current Handling: traços mais largos e mais grossos reduzem a resistência (Lei de Ohm), permitindo que mais corrente flua sem superaquecimento.4 onças de traço de cobre pode transportar 50A5x mais do que um traço de 1 onça da mesma largura.
2Dissipação térmica: A alta condutividade térmica do cobre (401 W/m·K) espalha o calor de componentes como MOSFETs e transformadores, evitando pontos quentes que degradam o desempenho.

PCB de cobre pesado versus PCB de cobre padrão

Principais propriedades dos PCB de cobre pesado
Os PCB de cobre pesado oferecem um conjunto único de características que os tornam ideais para aplicações de alta potência:

1. Capacidade de carga de corrente elevada
A vantagem mais crítica do cobre pesado é a sua capacidade de lidar com grandes correntes.que aumenta em espessura e largura.:

Nota: As temperaturas ambientais mais elevadas reduzem a ampacidade, uma vez que a dissipação de calor torna-se menos eficiente.

2. Gestão térmica superior
As camadas grossas de cobre atuam como dissipadores de calor incorporados, espalhando o calor para longe dos componentes:

a. Um plano de cobre de 4 oz reduz a temperatura dos componentes em 25 °C em comparação com um plano de 1 oz numa fonte de alimentação de 100 W.
b. As vias térmicas cheias de cobre (0,3 ∼0,5 mm de diâmetro) transferem calor dos componentes montados na superfície para as camadas internas, melhorando ainda mais a dissipação.

Dados de teste: Um inversor EV usando PCBs de cobre pesados de 4 onças operado a 85 °C sob carga total, versus 110 °C para um projeto de 2 onças, estendendo a vida útil do semicondutor em 2x.

3Durabilidade mecânica
Traços pesados de cobre e aviões são mais resistentes ao estresse físico:

a. Resistência a vibrações (20 000 Hz) em ambientes automotivos e industriais (conforme à norma MIL-STD-883H).
b. Resiste à fadiga do ciclo térmico (-40°C a 125°C), reduzindo as falhas das juntas de solda em 50% em comparação com os PCBs padrão.

Fabricação de PCB de cobre pesado: desafios e soluções
A produção de PCB de cobre pesado requer processos especializados para lidar com cobre grosso mantendo a precisão:

1. Gravura controlada
É um desafio gravar cobre grosso (3 oz +) sem subcortar (remoção excessiva de lados de vestígios).

a. Gravura por sulfato de cobre ácido: taxas de gravura mais lentas (1μm/min) com controlo preciso da temperatura (45°C-50°C) para manter a precisão dos traços.
b. Gravação por etapas: passagens múltiplas com concentração reduzida de gravador para minimizar o subcorte, alcançando tolerâncias de rastreamento de ±5%.

Resultado: Um traço de cobre de 4 onças com uma largura de alvo de 10 mm mantém dimensões de 9,5 × 10,5 mm, garantindo um fluxo de corrente constante.

2Laminagem e Ligação
As camadas grossas de cobre exigem uma maior adesão ao substrato (por exemplo, FR4, cerâmica) para evitar a deslaminagem:

a. Laminagem sob alta pressão: a pressão de 400-500 psi a 180 °C garante uma ligação adequada entre o cobre e o substrato.
b.Processos sem adesivos: a ligação directa (por exemplo, DBC para substratos cerâmicos) elimina as camadas de epoxi, melhorando a condutividade térmica.

3. Vias térmicas e características de gestão do calor
Os PCBs de cobre pesado geralmente incluem características térmicas adicionais:

a. Vias de cobre: revestidas com cobre de 20-30 μm para melhorar a transferência de calor entre as camadas.
b.Curadores de calor integrados: Planos de cobre grossos (10-20 oz) ligados a núcleos de alumínio para cargas térmicas extremas (por exemplo, sistemas EV de 500 A).

Os principais fabricantes de PCB de cobre pesado
A escolha do fabricante certo é fundamental para garantir a qualidade e o desempenho.
1- O que é isso?
Capacidades: 3 ′′20 oz de cobre, 4 ′′20 camadas de PCB, tolerâncias apertadas (± 5% de largura de traço).
Especialidades: sistemas de gestão de baterias de veículos eléctricos, inversores industriais e PCB de energia renovável.
Certificações: IATF 16949 (automóvel), ISO 9001, UL 94 V-0.

2Sanmina.
Capacidades: 3 ′′ 12 oz de cobre, PCB de grande formato (até 600 mm × 1200 mm).
Especialidades: aeroespacial e defesa, equipamento médico de imagem.
Certificações: AS9100, ISO 13485.

3Tecnologias TTM
Capacidades: 3 ¢ 20 oz de cobre, PCBs híbridos (cobre pesado + HDI).
Especialidades: fontes de alimentação de centros de dados, inversores de tração de veículos eléctricos.
Certificações: ISO 9001, IATF 16949.

4Multek.
Capacidades: 3 ̊10 oz de cobre, produção em grande volume (10k+ unidades/semana).
Especialidades: electrónica de consumo (carregadores de alta potência), motores industriais.
Certificações: ISO 9001, certificado UL.

Aplicações dos PCB de cobre pesado
Os PCB de cobre pesado são utilizados em indústrias onde a alta corrente e a durabilidade são críticas:

1Veículos elétricos (VE) e VE híbridos
a. Sistemas de Gestão de Bateria (BMS): traços de cobre de 410 oz monitorizam e equilibram pacotes de baterias de 800 V, lidando com 200 500 A durante a carga/descarga.
b. Inversores de tração: Convertem a corrente contínua da bateria em CA para o motor, usando cobre de 6 ¢ 12 oz para gerenciar correntes de 300 ¢ 600A.
c. Carregadores a bordo (OBC): PCBs de cobre de 3 ′′ 6 oz lidam com conversão AC-DC de 10 ′′ 40A, com vias térmicas para dissipar o calor.

2Energia renovável
a. Inversores solares: PCBs de cobre de 4 ¢ 8 oz convertem DC de painéis solares em CA, resistindo a correntes de 50 ¢ 100A em ambientes externos.
b. Controladores de turbinas eólicas: cobre de 6 ̊10 oz gerencia a energia das turbinas, resistindo a vibrações e oscilações de temperatura (-40°C a 85°C).

3Automatização industrial
a.Avancamentos de motores: PCBs de cobre de 3 6oz controlam motores industriais (10 50 HP), gerindo 50 200 A em acionamentos de frequência variável (VFD).
b.Equipamento de solda: 10 ̊20 oz de cobre carrega 100 ̊500 A de correntes em soldadores de arco, com planos grossos para dissipar o calor de arcos de alta potência.

4Aeronáutica e Defesa
a. Distribuição de energia dos aviões: PCBs de cobre de 612 oz gerenciam sistemas de corrente contínua de 28 V em aviões, resistindo a alterações de temperatura relacionadas com a altitude.
b. Veículos militares: PCBs de cobre de 10 a 15 oz, sistemas de radar e comunicação, resistentes a choques e vibrações em ambientes de combate.

5Dispositivos médicos
a. Equipamento de imagem (TC, RMN): PCBs de cobre de 3 ̊6 oz lidam com altas correntes nas fontes de alimentação, garantindo uma operação estável para imagens precisas.
b.Sistemas de terapia a laser: cobre de 4 8oz dissipa o calor dos lasers de 50 100W, mantendo um desempenho consistente durante os tratamentos.

Perguntas frequentes sobre PCBs de cobre pesado
Q1: Qual é a largura mínima de traço para PCB de cobre pesado?
R: Para cobre de 3 onças, a largura mínima de traço é de 0,5 mm (20 mil) para evitar problemas de gravação.

P2: Os PCB de cobre pesado podem ser utilizados com sinais de alta frequência?
R: Sim, mas o cobre grosso pode causar perda de sinal em >1 GHz. Os fabricantes mitigam isso usando projetos híbridos: cobre pesado para camadas de energia e cobre padrão (1 oz) para camadas de sinal de alta frequência.

P3: Como os PCBs de cobre pesado reduzem os custos do sistema?
R: Ao eliminar a necessidade de dissipadores de calor externos e barras de transmissão, os PCB de cobre pesado reduzem a quantidade de componentes e o tempo de montagem.um inversor EV usando 4oz de cobre economiza US $ 15 ~ US $ 20 por unidade substituindo um PCB de 1oz + dissipador de calor.

Q4: Que substratos são utilizados com cobre pesado?
A: FR4 (alto Tg, Tg≥170°C) é padrão para a maioria das aplicações.

Q5: Os PCBs de cobre pesado são compatíveis com a RoHS?
R: Sim, os fabricantes utilizam cobre e substratos sem chumbo, garantindo a conformidade com as normas RoHS, REACH e IATF 16949 (automóveis).

Conclusão
Os PCB de cobre pesado são essenciais para a eletrônica de alta potência, permitindo o manuseio eficiente de grandes correntes em veículos elétricos, sistemas de energia renovável e máquinas industriais.Capacidade de combinar alta capacidade de corrente, dissipação térmica e durabilidade mecânica os tornam insubstituíveis em aplicações em que os PCBs padrão falham.

Embora os PCB de cobre pesado custem mais no início, sua capacidade de reduzir a complexidade do sistema (por exemplo, eliminar dissipadores de calor) e prolongar a vida útil dos componentes resulta em custos totais mais baixos ao longo do tempo.Em parceria com fabricantes experientes como LT CIRCUIT ou TTM Technologies, os engenheiros podem aproveitar a tecnologia de cobre pesado para construir sistemas confiáveis e de alto desempenho que atendam às exigências da eletrónica energética do futuro.

À medida que as indústrias como os veículos elétricos e as energias renováveis continuam a crescer, os PCBs de cobre pesado desempenharão um papel cada vez mais crítico em permitir uma eficiência,Distribuição de energia sustentávelO cobre mais espesso é sempre melhor.