Печатная плата с толстой медью представляет собой специализированный тип PCB, у которого проводящие слои (copper layers) изготавливаются из фольги с толщиной, значительно превышающей стандартную (стандартная толщина 1 унция/35 мкм). К данному классу согласно отраслевой практике относят платы с толщиной медной фольги от 3 унций (≈105 мкм) и выше. Производство таких плат, особенно в многослойном исполнении, требует особых технологических процессов, таких как контролируемое травление (controlled etch) и, зачастую, гальваническое наращивание меди (panel Plating).
Конструктивные особенности и применение
Высокая толщина меди обуславливает ключевые свойства этих плат:
-
Проводимость высоких токов. Площадь поперечного сечения проводника напрямую влияет на его допустимый постоянный ток (current-carrying capacity, согласно IPC-2221). Платы с толстой медью способны выдерживать токи в десятки и сотни ампер, что делает их незаменимыми в силовой электронике (power electronics), автомобильных блоках управления и промышленных контроллерах.
-
Эффективный теплоотвод. Медь обладает высокой теплопроводностью (около 400 Вт/(м·К)), уступая лишь серебру. Массивные медные проводники и полигоны (copper pours) действуют как встроенные радиаторы, эффективно отводя тепло от мощных компонентов (IGBT, MOSFET), что снижает потребность во внешних системах охлаждения и повышает надёжность.
-
Повышенная механическая прочность. Утолщённые проводники и переходные отверстия (plated-through holes, PTH) увеличивают стойкость платы к термоциклированию и вибрациям.
Вследствие этого, основными областями применения являются силовые преобразователи (power converters), автомобильные системы зажигания и управления двигателем, источники бесперебойного питания (ИБП, UPS), а также оборудование для энергетики и железнодорожного транспорта.
Особенности проектирования и производства
Проектирование плат с толстой медью требует учёта специфических ограничений, что влияет на процесс контрактного производства (contract manufacturing).
-
Ширина дорожек и зазоры (trace width/spacing). Из-за значительной боковой подтравки (undercut) при травлении толстой фольги минимальная ширина проводников и расстояние между ними должны быть увеличены. Например, при толщине меди 6 унций (≈210 мкм) минимальная ширина дорожки может составлять 0.4–0.5 мм.
-
Процесс травления. Используется дифференциальное травление или специальные техники для формирования трапециевидного профиля дорожки, предотвращающего образование тонких перемычек.
-
Многослойные конструкции (multilayer boards). При ламинировании (lamination) требуется тщательный контроль давления и температуры для обеспечения заполнения препрегом (prepreg) увеличенных межслойных промежутков и предотвращения расслоения (delamination).
В контрактном производстве это приводит к необходимости применения специализированного технологического оборудования, более длительных производственных циклов и, как следствие, к более высокой себестоимости изделия. Тестирование таких плат включает не только стандартные электрические проверки, но и контроль целостности переходных отверстий с помощью микросечений (cross-sectioning), а также тепловизионный анализ (thermal imaging) под нагрузкой.
Источники: Стандарты IPC-6012 (спецификация для жёстких печатных плат, классы 2 и 3), IPC-2221 (стандарт проектирования печатных плат), отраслевые технические руководства по проектированию силовой электроники.