PCB Kupferdicke Richtlinien

Der Aufbau von Leiterplatten gehört wahrscheinlich zu den letzten Dingen, an die Sie denken, ganz gleich, ob Sie ein Schaltkreisdesigner oder ein Ingenieur sind, der gerade erst in seinem Beruf anfängt. Ich habe schon erlebt, dass erfahrene Designer, die sich mit vollem Elan in einen Designprozess stürzen, am Ende einige der entscheidenden Elemente des Leiterplattenaufbaus völlig vergessen. Das ist mir schon mehr als einmal passiert. Einfache Dinge wie PCBA Kupferstärke und die Leiterplattenbreite können leicht zur Seite geschoben werden, aber Sie müssen diese 2 Punkte für verschiedene Anwendungen berücksichtigen, da nicht jede Leiterplatte auf einer universellen 1,57 mm 2-Lagen PCBA hergestellt werden kann. Auch wenn diese 2 Punkte in den Hintergrund gedrängt werden können, müssen Sie sie dennoch kennen.

Bei der Konstruktion Ihres Stapels müssen Sie unbedingt die Gesamtdicke der Leiterplatte, die Isolationsdicke Ihrer PCBA und die Dicke des Kupfers berücksichtigen. Da die Kupferdicke zusätzlich zur Lötmaske zur Gesamtdicke der äußersten Schicht beitragen kann, ist dies kein Punkt, der als unwichtig außer Acht gelassen werden sollte. Wann ist es eine gute Idee, Kupfer zu verwenden, das dicker ist als die von Ihrem Hersteller festgelegte Standardabweichung? Wenn Ihr Modell von den in vielen Layouts angegebenen Durchschnittswerten abweicht, gibt es bestimmte Umstände und PCB-Schicht Regeln, die Sie beachten sollten, bevor Sie dies tun.

Der PCBA-Kern

Die isolierende Substanz, die die beiden tiefsten Kupferschichten trennt, bildet die Basis der PCBA. Es ist eine isolierende Substanz, die auch als Boden bezeichnet wird. Der Boden ist eine Kupferumhüllung, die den größten Teil der Breite eines solchen quadratischen Patches oder eines mehrlagigen Leiterplattenstapels ausmacht. Der Hersteller selbst ändert die Dicke des Kerns nicht.

Interne Schicht auf der PCBA

Innerhalb dieser inneren Schicht wird mehr dielektrisches Material benötigt, um verschiedene Schichten mit Kupfer auf beiden Seiten des Kerns zu tragen. Die Dicke dieser inneren Schichten wird angepasst, um die gewünschte endgültige Plattendicke zu erreichen.

Kupferschichten in PCBA

Die Gesamtdicke der Platte wird auch durch die Anzahl der Kupferschichten, ihr Volumen oder ihre Breite bestimmt. Diese Breite wird auch durch eine eventuelle Beschichtung auf einer Kupferschicht beeinflusst.

Schichten von Prepreg in PCBA

Einige PCBAs erfordern die Verwendung von zwei oder mehreren Kernen, die durch Prepreg-Schichten getrennt sind. Dies ist erforderlich, um die Steifigkeit der PCBA zu verbessern, aber auch um die Breite der Leiterplatte zu erhöhen.

Einführung der PCBA-Kupferdicke

Die Bedeutung der PCBA-Kupferdicke:

Der Bedarf an Starre PCBA einer bestimmten Dicke nimmt in den Industrien zu. Standardisierte Dicken erleichtern die Erstellung von Systemen und ermöglichen es den meisten Produktionslinien, Rigid PCBs gut zu nutzen, was zu Kosteneinsparungen führt. Der Geschäftsbereich Rigid PCB produziert Platten mit Dicken, die den Industriestandards von 0,0079 Zoll, 0,020 Zoll, 0,016 Zoll, 0,093 Zoll und 0,125 Zoll entsprechen. Die verfügbaren Standarddicken reichen von 0,3 bis 0,8 Millimeter, mit Abstufungen von 0,1 Millimetern, und gehen dann bis zu 1,0, 1,2, 1,6, 2,0, 2,4 und 3,3 Millimetern. Leider greifen PCBA-Designer manchmal auf Platinen zurück, deren Dicke nicht der Industrienorm entspricht, um den betrieblichen Anforderungen gerecht zu werden.

Der Einbau einer Leiterplatte kann sich auch auf die Dicke der Platte auswirken. Bei der Bestimmung der Dicke ihrer PCBAs berücksichtigen die Designer mehrere Dinge. Im Folgenden finden Sie einige wichtige Überlegungen:

Flexibilität ist ein wesentlicher Faktor.
Fähigkeit zur Pflege von Strom
Materialien, die verwendet werden.
Anzahl der Ebenen.
Unversehrtheit von Signalen.
Die Verwendung eines Conduits.
Die Bedingungen, unter denen die Operationen stattfinden.
Mechanische Produktionsmethoden.

Vergleich zwischen Standard- und hoher Kupferdicke:

Die Dicke von PCBA-Kupfer beträgt 1 Unze. Das bedeutet, dass eine Unze Kupfer nach Volumen gleichmäßig und flach über eine Fläche von einem Quadratfuß verteilt ist. Die endgültige Kupferdicke beträgt 1,37 Tausendstel Zoll, d.h. 1,37 Millimeter, um das übliche Maß zu verwenden. Hersteller verwenden bei der Herstellung von PCBAs in der Regel eine Kupferschicht mit einer Dicke von 1 Unze. Der Hersteller geht standardmäßig von einer Kupferdicke von nur 1 Unze aus und macht ein Angebot, es sei denn, der Kunde gibt verschiedene Größen an.

Eine Kupferstärke von 1 Unze ist für die meisten Anwendungen ausreichend. Da die Herstellung von dickerem Kupfer länger dauert und schwieriger ist, haben die Kosten für die Herstellung der PCBA und die Komplexität des Prozesses die Dicke des Kupfers erhöht. Stattdessen entscheiden sich die Designer oft dafür, die Dicke der Kupferbahn nur auf der Leiterplatte zu erhöhen, damit sie einen größeren Strom führen kann:

Gewicht des Kupfers	Dicke des Kupfers	Verfolgen Sie die Breite (mils)
1 Unze/qm	1,37 Millimeter	62.5	125	250	250	1000	2000	4000	8000
Stromstärke bei 20 C (A)		4.6	7.6	12.5	20.7	34.2	56.6	93.6	154.7

Wie Sie die Kupferstärke der PCBA festlegen und auswählen:

Leiterplattenhersteller und -designer können aus verschiedenen dielektrischen Materialien wählen, darunter gewöhnliches FR4 (Arbeitstemperatur von 130 °C) und lächerlich heißes Polyimid (Temperatur von 250 °C). Wenn Ihr Projekt rauen Umgebungen oder extremer Hitze ausgesetzt ist, sollten Sie die Verwendung exotischerer Materialien in Erwägung ziehen. Aber können die Leiterbahnen und die gelöteten Patch-Kabel die rauen Bedingungen überstehen?

Eine Testtechnik wurde hauptsächlich für den Leiterplattensektor entwickelt, um die Hitzebeständigkeit der fertigen Leiterplatte zu überprüfen. Thermische Spannungen werden im gesamten PCB-Herstellung, PCB-Montage& Reparaturvorgänge, bei denen Variationen des Ausdehnungskoeffizienten (CTE) oder der Cu- und PWB-Laminierung einen Impuls für die Rissentwicklung und -ausbreitung liefern, was letztendlich zum Ausfall des Schaltkreises führt. Bei der Wärmeflussprüfung (TCT) wird der steigende Widerstand eines Schaltkreises bei einer Erwärmung und Abkühlung durch Wind von 25 °C bis 260 °C geprüft.

Jeder Anstieg des Widerstands deutet auf eine Verletzung der elektrischen Stabilität durch Brüche hin, wie sie in Kupferschaltungen auftreten. Ein herkömmliches Coupon-Layout für diesen Test besteht aus einer Kette von 32 Durchgangslöchern, die als schwächste Stelle innerhalb einer Schicht gelten, wenn sie thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

Die TCT-Daten zeigen, dass die Ausfallrate inakzeptabel werden könnte, unabhängig vom Material. 32 Prozent der gesamten Schaltkreise brechen nach acht thermischen Zyklen bei herkömmlichen FR4 PCBA mit 0,8 bis 1,2 mils Kupfer p(ein Widerstandsanstieg von 20% wird als Ausfall gewertet. Paneele aus exotischen Materialien verringern die Ausfallrate erheblich (3% nach acht Zyklen mit Cyanat-Ester). Sie sind jedoch kostspielig (das Fünf- bis Zehnfache der Materialkosten) und komplex in der Herstellung. Eine typische oberflächenmontierte technologische Baugruppe wird vor dem Versand mindestens 4 Wärmezyklen unterzogen und kann pro Komponentenreparatur zwei weitere Wärmezyklen durchlaufen.

PCBA-Kupferdicke und Herstellungskosten der Platine

Bei der Herstellung von Leiterplatten (PCBs) ist eine Unze die typische Dicke der Kupferschicht. In den meisten Fällen werden Unzen verwendet, wenn von der Dicke des Kupfers die Rede ist. Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Dicke des Kupfers, dem Gewicht und den Kosten? Wenn eine bestimmte Menge an gefaltetem Kupfer verwendet wird, um eine Fläche von einem Quadratfuß abzudecken, spricht man von der Dicke des Kupfers. Die Gesamtdicke des Kupfers, die sich ergibt, wenn man eine Unze Kupfer ausrollt und eine Fläche von einem Quadratfuß abdeckt, beträgt also nur 1,37 mils, was 0,0348 Millimetern entspricht.

Die Dicke der Kupferleitungen einer Leiterplatte und damit auch des Kupfers bestimmt die Stromstärke, die sie tragen kann.

Die Dicke des Kupfers wird hauptsächlich durch die erforderliche Leiterbahnbreite für Einschaltstromplatinen bestimmt. Darüber hinaus sind die Anforderungen an die Kompatibilität der Elemente, das Gewicht der Leiterplatte und die Art der Anschlüsse, die in die Leiterplatte integriert werden sollen, wichtige Aspekte, die berücksichtigt werden müssen.

Bei der Herstellung von PCBA werden in der Regel Kupferschichten mit einer Dicke von einer bis drei Unzen verwendet. Schweres Kupfer ist definiert als ein Gewicht von mehr als 4 Unzen und wird für die folgenden Zwecke verwendet:

die einen höheren Strom führen können
Eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastungen und ein verbessertes Wärmemanagement sind ebenfalls enthalten.
Verbesserte Fähigkeit zur Wärmeableitung
Höhere mechanische Festigkeit, die den Einsatz in großen und schweren Verbindungen sowie durch die Komponenten hindurch ermöglicht
Energieumwandlung und Transformatoren, die planar sind

Bei Leiterplatten (PCBs) werden die Schichten manchmal mit unterschiedlichen Kupferlagen erstellt. Die inneren Lagen enthalten zum Beispiel eine Unze Kupfer, während die äußeren Lagen vier Unzen Kupfer enthalten. Eine Leiterplatte (PCB) erzeugt während des Betriebs Wärme, die dazu führen kann, dass sich die Platte verzieht, verbiegt oder verdreht. Um die Auswirkungen dieses Problems zu verringern, sollte die Schicht Kupfer mit gleichem Gewicht auf den nebeneinander liegenden Lagen verwenden. Auf einer Platine mit acht Lagen könnten die divergierenden Lagengruppen zum Beispiel so aussehen: 1 und 8, 2 und 7, 3 und 6, 4 und 5, usw. Daher sollten Schicht 1 und Schicht acht die gleiche Menge Kupfer enthalten, Schicht 2 und Schicht 7 und so weiter.

Kosten:

Sie müssen sich darüber im Klaren sein, dass es sich sowohl auf die Kosten als auch auf die Produktionszeit auswirkt, wenn das PCBA-Design schweres Kupfer erfordert. Natürlich kostet Kupfer mit einer dickeren Stärke viel mehr als eine herkömmliche Stärke. Außerdem ist die Herstellung von schwerem Kupfer mit zusätzlichem Zeit- und Kostenaufwand verbunden, was sich in einem höheren Produktionspreis niederschlägt.

Die Kosten steigen aufgrund der folgenden Faktoren:

Wahl des Materials in PCBA

Die Kosten einer Leiterplatte müssen zwangsläufig von den Komponenten beeinflusst werden, aus denen sie besteht. Die FR4-Substanz, die für die Beschichtung von Standard-Leiterplatten (PCBs) verwendet wird, ist auch nicht geeignet, um Leiterplatten für größere Anwendungen herzustellen, wie sie in der Luftfahrt- und Erdölbranche üblich sind.

Größe der PCBA

Die Abmessungen einer Leiterplatte und die Verwendung des Panels scheinen zwei der wichtigsten Preisvariablen zu sein. Die Anzahl der Schaltkreise, die für das entsprechende Gerät erwartet werden, bestimmt in der Regel die Größe einer Platine.

Eine Leiterplatte in einem so winzigen Gerät wie einer Smartwatch benötigt möglicherweise weniger Teile und ist daher in der Herstellung günstiger als eine Leiterplatte in einem Notebook oder Computer. Ebenso ist die Leiterplatte in einer großen Produktionsanlage größer als die meisten Platinen für Haushaltselektronik.

Schichten in PCBA

Insgesamt lassen sich die Preiserhöhungen wie folgt aufschlüsseln:

1-2L: 35 - 40%
2- 4L: 35 - 40%
4- 6L: 30 - 40%
6- 8L: 30 - 35%
8- 10L: 20 - 30%
10- 12L: 20 - 30%

Wenn eine 2. Lage auf eine Platte aufgebracht wird, kommt es zu einigen der bedeutendsten erheblichen Erhöhungen der Produktionskosten. Zwei zusätzliche Platten erhöhen den Preis um mindestens 1/3 des vorherigen Preises. Wenn ein Design die Schwelle von 8 Schichten überschreitet, werden die Kostensteigerungen weniger stark.

Anzahl der Löcher in der PCBA

Die Durchmesser solcher Löcher im Inneren eines Layouts sind die wichtigsten Preisvariablen in diesem Bereich. Wenn die Löcher extrem dünn sind, werden spezielle Werkzeuge benötigt, um sie zu erstellen. Ein Loch von der Größe eines Haarschafts ist zum Beispiel schwieriger herzustellen als eine Stelle von der Größe eines herkömmlichen Schraubenlochs. Solche Löcher zu füllen, erfordert zusätzlichen Aufwand und besondere Fähigkeiten.

Die Anzahl der Löcher in einem bestimmten Layout kann sich auf den Preis der Platinenherstellung auswirken, wenn die Lücken gleich groß oder winzig bleiben. Aufgrund des zusätzlichen Arbeitsaufwands würden sich die Kosten für eine Platine mit Hunderten von Löchern erhöhen.

Die Dicke des Materials und die Anzahl der Lagen im Leiterplattenlayout sind zwei weitere Parameter, die sich auf die Kosten der Leiterplattenherstellung auswirken können. Aufgrund der Dicke einer Leiterplatte mit zehn oder mehr Lagen dauert das Bohren von Löchern länger. Die Preisgestaltung wird beeinflusst, wenn die Substanz fest und schwer zu bohren ist.

Fazit:

Kupfer ist wesentlich für die Gesamtdicke seiner PCBA und spielt dabei eine Rolle. In den meisten Fällen wird die Dicke des Kupfers durch die Stromstärke bestimmt, die durch die PCBA fließt. Kupferschichten haben in der Regel eine Dicke zwischen 1,4 und 2,8 Millimetern für innere Schichten und zwischen 2 und 3 Unzen für äußere Schichten. Die von Ihnen gewünschte Konsistenz können Sie erreichen, indem Sie die Stromeinstellung anpassen. Seien Sie sich bewusst, dass eine Erhöhung des Kupferanteils zu höheren Preisen und Schwierigkeiten bei der Verarbeitung führt.

Mit Hilfe eines Leiterbahnbreiten-Rechners können Sie die Dicke der Leiterplatte bestimmen. Geben Sie alle Anforderungen in den Rechner ein und Sie erhalten die erforderliche einheitliche Dicke. Dabei müssen Sie Dinge wie die Dicke der Lötmaske und des Prepregs berücksichtigen. Um die Genauigkeit Ihrer Messungen zu gewährleisten, können Sie Berechnungen bis auf einen Zehntel Millimeter genau durchführen.

Bedenken Sie bei der Wahl der Brettstärke, dass ein dickes Brett eine geringere Bruchgefahr hat als ein dünnes Brett. Wenn die Aufgabe eine schmale Platine erfordert, ist es besser, eine dicke Platine zu verwenden; andernfalls ist das Gegenteil der Fall. Bei der Bestimmung der Dicke von PCBAs.