Linee guida per lo spessore del rame dei PCB

Lo stack-up delle schede elettroniche sarà probabilmente una delle ultime preoccupazioni che vi verranno in mente, sia che siate progettisti di circuiti o ingegneri alle prime armi. Quando ci si butta a capofitto in un processo di progettazione, ho visto progettisti esperti dimenticare completamente alcuni elementi cruciali dello stack-up della scheda. Mi è successo in più di un'occasione. Cose semplici come Spessore del rame del PCBA e la larghezza della scheda possono essere facilmente messi da parte, ma è necessario pensare a questi due punti per diverse applicazioni, poiché non tutte le schede vengono prodotte su un PCBA universale a 2 strati da 1,57 mm. Anche se questi due punti possono essere messi in secondo piano, è comunque necessario conoscerli.

Quando si costruisce lo stack up, è essenziale considerare lo spessore complessivo della scheda, lo spessore dell'isolamento della PCBA e lo spessore del rame. Poiché lo spessore del rame può aggiungersi allo spessore complessivo dello strato più esterno, oltre alla maschera di saldatura, non è un punto da trascurare. Quando è una buona idea utilizzare un rame più spesso della deviazione standard stabilita dal produttore? Se il vostro modello si discosta dai valori medi mostrati in molti layout, ci sono circostanze specifiche e Strato PCB regole da tenere in considerazione prima di farlo.

  • Il nucleo del PCBA

La sostanza isolante che separa i due strati di rame più profondi crea la base del PCBA. Si tratta di una sostanza isolante che viene anche chiamata base. Il fondo è un involucro di rame che costituisce la maggior parte della larghezza di una patch quadrata o di una scheda multistrato impilata. Il fabbricante di per sé non modifica lo spessore del nucleo.

  • Strato interno del PCBA

All'interno di questo strato interno è necessario più materiale dielettrico per sostenere diversi strati con rame lungo entrambi i lati del nucleo. Lo spessore di questi strati interni viene regolato per ottenere lo spessore finale desiderato della scheda.

  • Strati di rame in PCBA

Lo spessore totale della scheda è determinato anche dal numero di strati di rame, dal loro volume o dalla loro larghezza. Questa larghezza è influenzata anche da eventuali rivestimenti di uno strato di rame.

  • Strati di preimpregnato in PCBA

Alcune PCBA richiedono l'utilizzo di due o più anime divise da strati di prepreg. Ciò è necessario per migliorare la rigidità del PCBA, ma anche per aumentare la larghezza della scheda.

tabella spessore rame pcb

Introduzione dello spessore del rame dei PCBA

L'importanza dello spessore del rame del PCBA:

La necessità di PCBA rigido di uno spessore specifico è in crescita nelle industrie. Gli spessori standardizzati facilitano la creazione di sistemi e consentono alla maggior parte delle linee di produzione di fare un buon uso dei PCB rigidi, con conseguenti risparmi sui costi. Il settore dei PCB rigidi produce pannelli con spessori conformi agli standard industriali di 0,0079 pollici, 0,020 pollici, 0,016 pollici, 0,093 pollici e 0,125 pollici. Gli spessori standard disponibili vanno da 0,3 a 0,8 millimetri, con incrementi di 0,1 millimetri, per poi salire a 1,0, 1,2, 1,6, 2,0, 2,4 e 3,3 millimetri. Purtroppo, i progettisti di PCBA a volte ricorrono alla creazione di schede con spessori al di fuori della norma del settore per soddisfare le esigenze operative.

Anche l'installazione di un circuito stampato può influire sullo spessore del pannello. Nel determinare lo spessore dei loro PCBA, i progettisti tengono conto di diversi fattori. Di seguito sono riportate alcune considerazioni chiave:

  • La flessibilità è un fattore essenziale.
  • Capacità di prendersi cura della corrente
  • Materiali utilizzati.
  • Conteggio degli strati.
  • Integrità dei segnali.
  • L'utilizzo di un condotto.
  • Le condizioni in cui si svolgono le operazioni.
  • Metodi di produzione meccanica.

Confronto tra lo spessore standard e quello elevato del rame:

Lo spessore del rame per PCBA è di 1 oz. Indica che un'oncia di rame in volume è distribuita uniformemente e appiattita su un'area di un metro quadro. Lo spessore finale del rame era di 1,37 millesimi di pollice, ovvero 1,37 millimetri, per dare una misura più consueta. In genere i produttori realizzano le PCBA con uno strato di rame di 1 oncia di spessore. Il produttore deve assumere e quotare solo uno spessore di 1 oncia di rame, tranne nel caso in cui il cliente specifichi diverse dimensioni.

Uno spessore di rame di 1 oncia è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni. Poiché la produzione di rame più spesso richiede più tempo ed è più impegnativa, il costo di produzione del PCBA e la complessità del processo fanno aumentare lo spessore del rame. Spesso, invece, i progettisti scelgono di estendere lo spessore della pista di rame solo sulla PCBA per renderla in grado di trasportare una corrente più significativa:

Peso del rame

Spessore del rame

                                                      Traccia la larghezza (mils)

 1oz/piedi quadrati

1,37 mil.

62.5

125

250

250

1000

2000

4000

8000

Corrente a 20 C (A)

4.6

7.6

12.5

20.7

34.2

56.6

93.6

154.7

Come specificare e selezionare lo spessore del rame del PCBA:

I produttori e i progettisti di circuiti stampati possono scegliere tra diversi materiali dielettrici, tra cui il normale FR4 (grado di lavorazione di 130 °C) e la ridicola poliimmide (temperatura di 250 °C). Se il vostro progetto è esposto ad ambienti difficili o a calore estremo, considerate l'adozione di materiali molto più esotici; ma la tracciatura dei circuiti e i cavi patch saldati possono sopravvivere alle condizioni difficili?

È stata sviluppata una tecnica di prova principalmente per il settore dei circuiti stampati per verificare l'intangibilità termica del circuito finale. Le sollecitazioni termiche sono generate in tutto il Produzione di PCBAssemblaggio di PCBe operazioni di riparazione, dove le variazioni del coefficiente di espansione (CTE) o della laminazione di Cu e PWB forniscono un impulso per lo sviluppo e la propagazione delle cricche, portando infine alla rottura del circuito. Il test del flusso di calore (TCT) cerca una resistenza crescente di un circuito quando questo viene riscaldato e raffreddato da 25 °C a 260 °C.

Qualsiasi aumento della resistenza indica una rottura della stabilità elettrica dovuta a fratture, come nei circuiti di rame. Un layout convenzionale di coupon per questo test impiega una catena di 32 fori passanti di placcatura, considerati come il punto più debole all'interno di un corso esposto a sollecitazioni termiche.

I dati del TCT dimostrano che il tasso di guasti potrebbe diventare inaccettabile, indipendentemente dal materiale. Il 32% del totale dei circuiti si rompe dopo otto cicli termici su un materiale convenzionale. FR4 PCBA con 0,8-1,2 mil di rame p(un aumento di resistenza di 20% è considerato un guasto. I pannelli realizzati con materiali esotici riducono significativamente il tasso di guasto (3% dopo otto cicli di cianato estere). Tuttavia, sono costosi (da cinque a dieci volte il costo del materiale) e complessi da produrre. Un tipico assemblaggio tecnologico a montaggio superficiale viene sottoposto a un minimo di 4 cicli termici prima della spedizione e può subire altri due cicli termici per la riparazione dei componenti.

Spessore del rame dei PCBA e costi di produzione delle schede

Nella produzione di circuiti stampati (PCB), un'oncia è lo spessore tipico dello strato di rame. Nella maggior parte dei casi, quando si parla di spessore del rame si utilizzano le once. Qual è la correlazione tra spessore, peso e costo del rame? Quando una certa quantità di rame piegato viene utilizzata per coprire un'area di un piede quadrato, si parla di spessore del rame. Pertanto, lo spessore totale del rame che risulta dall'arrotolamento di un'oncia di rame e dalla copertura di un piede quadrato sarebbe di soli 1,37 mil, pari a 0,0348 millimetri.

Lo spessore delle linee di rame di un circuito stampato e, per estensione, del rame, determina la quantità di corrente che può trasportare.

Il rame deve avere uno spessore determinato principalmente dalla larghezza di traccia necessaria per le schede con corrente di spunto. Inoltre, i requisiti di compatibilità degli elementi, il peso del PCBA e il tipo di connessioni da integrare nella scheda sono tutti aspetti critici da considerare.

Nella produzione di PCBA si utilizzano in genere strati di rame di spessore variabile da un'oncia a tre once. Il rame pesante è definito come quello che pesa più di 4 once e viene utilizzato per i seguenti scopi:

  • in grado di trasportare una corrente più elevata
  • Sono incluse anche una maggiore resistenza alle sollecitazioni termiche e una migliore gestione termica.
  • Maggiore capacità di dissipare il calore
  • Maggiore resistenza meccanica, che lo rende appropriato per l'uso in connessioni grandi e pesanti, nonché attraverso i componenti
  • Conversione di potenza e Trasformatori PCB che sono planari
 

Sui circuiti stampati (PCB), gli strati vengono talvolta creati con strati di rame diversi. Ad esempio, gli strati interni contengono un grammo di rame, mentre gli strati esterni ne contengono quattro. Una scheda a circuito stampato (PCB) produce calore durante il funzionamento, il che può causare la deformazione, la piegatura o la torsione della scheda. Per ridurre l'impatto di questo problema, lo strato deve utilizzare rame dello stesso peso sugli strati adiacenti. Ad esempio, i gruppi di strati divergenti su una scheda con otto strati potrebbero avere il seguente aspetto: 1 e 8, 2 e 7, 3 e 6, 4 e 5, ecc. Pertanto, lo strato 1 e lo strato 8 dovrebbero contenere la stessa quantità di rame, lo strato 2 e lo strato 7 e così via.

Costo:

Se il progetto del PCBA richiede rame pesante, il costo e il tempo di produzione ne risentiranno. Naturalmente, il rame con uno spessore maggiore costerà molto di più rispetto a uno spessore convenzionale. Inoltre, la produzione di rame più pesante comporta tempi e costi aggiuntivi, con conseguente aumento del prezzo di produzione.

I costi aumentano a causa dei seguenti fattori:

  • Scelta del materiale in PCBA

Il costo di un circuito stampato deve necessariamente essere influenzato dai componenti che lo compongono. La sostanza FR4 utilizzata per sovrapporre i circuiti stampati (PCB) standard è inadeguata anche per produrre pannelli per applicazioni più complesse, come quelle tipiche dei settori aeronautico e petrolifero.

  • Dimensioni del PCBA

Le dimensioni di una scheda e l'utilizzo del pannello sembrano essere due delle variabili di prezzo più significative. Il numero di circuiti previsti per un dispositivo equivalente determina in genere le dimensioni di una scheda.

Un PCB in un dispositivo minuscolo come uno smartwatch può richiedere meno parti e, di conseguenza, è meno costoso da creare rispetto a un PCB in un notebook o in un computer. Allo stesso modo, il PCB di un'importante apparecchiatura di produzione sarà più grande della maggior parte delle schede elettroniche domestiche.

  • Strati in PCBA

In generale, l'aumento dei prezzi può essere suddiviso in strati come segue: 

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

Quando si aggiunge un secondo strato a un pannello, si verificano alcuni degli aumenti più significativi dei costi di produzione. Due pannelli in più aumentano il prezzo di almeno 1/3 rispetto al prezzo precedente. Quando un progetto supera la soglia dell'8° strato, gli aumenti di costo diventano meno gravi.

  • Numero di fori nel PCBA

I diametri di questi fori all'interno di un layout sono le variabili di prezzo più importanti di questo settore. Se i fori sono estremamente sottili, saranno necessari strumenti speciali per realizzarli. Ad esempio, un foro delle dimensioni di un capello sarà più impegnativo da realizzare rispetto a un punto delle dimensioni di un foro di una vite convenzionale. Tali vuoti richiedono uno sforzo supplementare e una particolare abilità per essere riempiti.

Il numero di fori inclusi in un determinato layout può influire sul prezzo di produzione della scheda se gli spazi rimangono di dimensioni costanti o minime. A causa della manodopera aggiuntiva richiesta, il costo di una scheda con centinaia di fori aumenterebbe.

Lo spessore del materiale e il numero di strati all'interno del layout del PCB sono altri due parametri legati ai fori che possono influire sul costo di fabbricazione del PCB. A causa dello spessore di un PCB con dieci o più strati, la foratura richiederà più tempo. Il prezzo sarà influenzato se la sostanza è solida e difficile da forare.

Conclusione:

Il rame è essenziale per lo spessore totale del suo PCBA e svolge un ruolo importante. Nella maggior parte dei casi, lo spessore del rame è determinato dalla quantità di corrente che scorre nel PCBA. Gli strati di rame hanno in genere uno spessore compreso tra 1,4 e 2,8 millimetri per gli strati interni e tra 2 e 3 once per gli strati esterni. La consistenza desiderata può essere ottenuta regolando l'impostazione della corrente. Tenere presente che un aumento del rame comporta un aumento dei prezzi e difficoltà di lavorazione.

Attraverso l'uso di un calcolatore della larghezza della pista, è possibile determinare lo spessore del PCB. Inserendo tutti i requisiti nel calcolatore, si ottiene lo spessore uniforme richiesto. È necessario considerare aspetti quali lo spessore della maschera di saldatura e del prepreg. Per garantire la precisione delle misure, è possibile eseguire calcoli fino al decimo di millimetro.

Quando si sceglie lo spessore della tavola, tenere presente che una tavola spessa ha minori possibilità di rompersi rispetto a una tavola più sottile. Se il compito richiede una scheda stretta, è preferibile utilizzarne una spessa; altrimenti, è vero il contrario. Quando si determina lo spessore delle PCBA.