I. Primero, comprenda: ¿Por qué elegir una PCB de cobre grueso? (Introducción de 30 segundos)

Las PCB de cobre grueso, en pocas palabras, son placas de circuito con un grosor de lámina de cobre ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm). Se encuentran comúnmente en escenarios de "alta potencia, alta disipación de calor" como fuentes de alimentación industriales, vehículos de nueva energía y equipos médicos, por ejemplo, los postes de carga de vehículos de nueva energía deben soportar picos de corriente altos. Las placas de cobre delgadas ordinarias son propensas al sobrecalentamiento y a quemarse. El cobre grueso actúa como una "autopista en el circuito", disipando rápidamente la corriente y el calor, y también mejorando la resistencia mecánica de la placa de circuito (resistencia a la flexión, resistencia a la vibración). Sin embargo, el cobre grueso no es "cuanto más grueso, mejor". Un diseño inadecuado puede generar problemas como "disipación de calor desigual, mala soldadura y costos crecientes". Este es el problema central en el que nos centraremos hoy: ¿cómo cumplir con los requisitos de rendimiento y, al mismo tiempo, garantizar la capacidad de fabricación (DFM)?

II. Consideraciones clave para el diseño de PCB de cobre grueso (Primer paso para evitar errores)

1. Selección del grosor de la lámina de cobre: No persiga ciegamente "cuanto más grueso, mejor". Principio clave: La clasificación de corriente determina el grosor del cobre. Una fórmula simplificada es: Corriente admisible (A) ≈ Grosor de la lámina de cobre (oz) × Ancho de la traza (mm) × 0.8 (Temperatura ambiente ≤40℃). Ejemplo: una lámina de cobre de 3oz + una traza de 3 mm de ancho puede soportar aproximadamente 7.2A de corriente, suficiente para la mayoría de los escenarios de suministro de energía industrial. Error: El cobre que excede las 10oz puede causar flexión de la PCB y dificultades de perforación. A menos que existan requisitos especiales (como equipos aeroespaciales), priorice la especificación principal de 3-6oz.

2. Diseño de trazas: Evite el "calentamiento del cuello estrecho" y asegure un flujo de corriente suave. Ancho de la traza: ¡Las trazas de cobre grueso no deben ser demasiado estrechas! Para una lámina de cobre de 3oz, el ancho de traza mínimo recomendado es ≥0.3 mm (0.1 mm es suficiente para el cobre delgado ordinario). El ancho debe aumentar proporcionalmente con la corriente (por ejemplo, para una lámina de cobre de 6oz que transporta una corriente de 10A, el ancho recomendado es ≥5 mm).

Transición de traza: Evite el estrechamiento/ensanchamiento repentino (por ejemplo, caer abruptamente de 5 mm a 1 mm). Use una "transición gradual" (longitud ≥ 3 veces la diferencia de ancho), de lo contrario, se formará un "cuello de botella de corriente", lo que provocará sobrecalentamiento localizado y quemaduras. Optimización de la disipación de calor: Bajo dispositivos de alta potencia (como MOSFET), use "chapado de cobre + vías térmicas" (diámetro de la vía 0.8-1.2 mm, espaciamiento 2-3 mm) para permitir que el calor se conduzca rápidamente al plano de tierra/alimentación.

3. Diseño de vías: Un "defecto fatal" de las placas de cobre grueso: ¡preste mucha atención! Diámetro de la vía: La capa de cobre en la pared de la vía de una placa de cobre grueso debe coincidir con el grosor de la lámina de cobre. Un diámetro de vía estándar de 0.4 mm es insuficiente para el chapado de una lámina de cobre de 3oz. Se recomienda un diámetro de vía mínimo de ≥0.8 mm (con un grosor de pared de cobre ≥20μm).

Número de vías: ¡No use una sola vía en trayectorias de alta corriente! Por ejemplo, si una lámina de cobre de 3oz transporta 5A de corriente, se recomienda usar 2-3 vías en paralelo (cada vía puede soportar aproximadamente 2-3A de corriente) para evitar que la vía se sobrecaliente y se derrita.

Apertura de máscara de soldadura: Se deben proporcionar aberturas de máscara de soldadura suficientes (0.2-0.3 mm más grandes que el diámetro de la vía) alrededor de la vía para evitar que la soldadura obstruya la vía durante la soldadura, lo que afectaría la disipación de calor y la conductividad.

III. Diseño DFM para PCB de cobre grueso: Permitir que las fábricas "produzcan con menos reelaboración"

El núcleo de DFM (Diseño para la Fabricación) es "el diseño debe adaptarse a los procesos de fabricación". DFM para PCB de cobre grueso se enfoca en resolver los "desafíos del proceso que trae el cobre grueso":

1. Grabado de lámina de cobre: Evitar el grabado desigual. Ancho de línea/espaciamiento mínimo: Para una lámina de cobre de 3oz, el ancho de línea mínimo ≥ 0.3 mm y el espaciamiento de línea mínimo ≥ 0.3 mm (0.1 mm es suficiente para el cobre delgado); para una lámina de cobre de 6oz, se recomienda un ancho de línea/espaciamiento ≥ 0.4 mm, de lo contrario, es probable que ocurran "ancho de línea inexacto" y "cortocircuitos" durante el grabado.
2. Tendido de cobre con aberturas: Para el tendido de cobre de área grande, use "tendido de cobre enrejado" (espaciamiento de la rejilla 2-3 mm, ancho de línea 0.2-0.3 mm) para evitar la contracción de la lámina de cobre durante el grabado, lo que puede causar flexión de la PCB; si se requiere un tendido de cobre sólido, se deben reservar "ranuras de disipación de calor" (0.5 mm de ancho, espaciamiento de 10-15 mm).

2. Proceso de laminación: Para evitar la "delaminación y el burbujeo", la secuencia de laminación debe ser la siguiente: La lámina de cobre gruesa debe colocarse en la "capa exterior" o "cerca de la capa exterior" para evitar que quede intercalada en el medio y evitar la disipación de calor; el grosor de la lámina de cobre de la placa multicapa debe ser simétrico (por ejemplo, 3oz para la capa superior y 3oz para la capa inferior), de lo contrario, se producirá deformación después de la laminación. Selección del sustrato: Priorice los sustratos de alto Tg (Tg≥170℃), como los sustratos FR-4 Tg170 o PI, para evitar el ablandamiento y la delaminación del sustrato durante la soldadura a alta temperatura (la temperatura de soldadura de las placas de cobre grueso suele ser 10-20℃ más alta que la del cobre delgado).

3. Proceso de soldadura: Selección de dispositivos de "alta conductividad térmica" adecuados para cobre grueso: Priorice los "paquetes de alta potencia" (como TO-220, D2PAK) para evitar soldar dispositivos de paquete pequeño sobre cobre grueso, donde el calor no puede disiparse y la soldadura se derretirá. Diseño de almohadillas: Las almohadillas de cobre grueso deben ser 0.2-0.3 mm más grandes que las almohadillas ordinarias. Por ejemplo, las almohadillas para una resistencia 0805 suelen ser 0.8×1.2 mm, pero para cobre grueso, se recomienda 1.0×1.5 mm para garantizar una unión de soldadura fuerte. Parámetros de soldadura por reflujo: El cobre grueso absorbe más calor, por lo que la temperatura de soldadura por reflujo debe aumentarse apropiadamente (5-10℃ más alta que para el cobre delgado) y el tiempo de espera prolongarse de 10 a 15 segundos para evitar "juntas de soldadura fría".

4. Control de costos: El valor oculto de DFM (Diseño para la Fabricación): Evitar el sobrediseño: Por ejemplo, use una lámina de cobre de 1-2oz en áreas donde no se requiere alta corriente, y solo use cobre grueso en trayectorias críticas para reducir los costos de material; Dimensiones estandarizadas: Use grosores de placa estándar de fábrica (por ejemplo, 1.6 mm, 2.0 mm) tanto como sea posible. Los grosores de placa especiales (por ejemplo, 3.0 mm y superiores) aumentarán la dificultad y el costo del procesamiento; Comunicación temprana: Confirme las capacidades del proceso con el fabricante de PCB antes del diseño (por ejemplo, grosor máximo de cobre, diámetro mínimo del orificio, precisión de grabado) para evitar diseños que no se puedan fabricar después de la finalización.

IV. Resumen:

Diseño de PCB de cobre grueso: "3 elementos centrales"
Grosor de cobre que coincide con la corriente: Evite aumentar ciegamente el grosor; seleccione las especificaciones principales de 3-6oz de acuerdo con los requisitos de corriente; Mitigación de riesgos a través de detalles: Transiciones de traza graduales, vías paralelas y ancho/espaciamiento de traza compatibles; Prioridad DFM: Considere los procesos de grabado, laminación y soldadura durante el diseño para reducir la reelaboración. El diseño de PCB de cobre grueso puede parecer complejo, pero al comprender los dos elementos centrales de "conducción de corriente" y "compatibilidad del proceso", se pueden evitar la mayoría de los errores.