Большая толщина меди на печатной плате: какие подводные камни?

Нам нужно нести большие токи на печатной плате (~ 30 А), поэтому мы, скорее всего, закажем наши печатные платы с большой толщиной меди. До сих пор мы использовали только 35 микрон (1 унция) в наших проектах, поэтому «высокая толщина» для нас означает 70 (2 унции) или 105 (3 унции).

Мы не знаем, на что следует обращать внимание при толщине меди. Мы будем благодарны за любой опыт. Поскольку это очень широкая тема, я буду задавать конкретные вопросы:

1. Похоже, что для многих производственных цехов 105 микрон это столько, сколько он получает. Это правильно или возможна более высокая толщина?

2. Может ли медь во внутренних слоях быть такой же толстой, как медь сверху и снизу платы?

3. Если я проталкиваю ток через несколько слоев платы, необходимо или предпочтительно (или даже возможно) распределить ток как можно более равномерно по всем слоям?

4. О правилах IPC, касающихся ширины трасс: они сохраняются в реальной жизни? Для 30 А и 10-градусного повышения температуры, если я правильно читаю графики, мне нужно около 11 мм ширины трассы в верхнем или нижнем слое.

5. При подключении нескольких слоев сильноточных трасс, что лучше: размещать массив или сетку переходных отверстий рядом с текущим источником или размещать переходы по сильнотоковой трассе?

Я опаздываю на игру, но попробую:

1. Похоже, что для многих производственных предприятий 105 микрон - это столько, сколько он получает Это правильно или возможна более высокая толщина?

Некоторые потрясающие магазины могут покрывать внутренние слои. Компромисс обычно заключается в большем допуске на общую толщину доски, например, 20% вместо 10%, более высокую стоимость и более поздние даты отгрузки.

2- Может ли медь во внутренних слоях быть такой же толстой, как медь сверху и снизу платы?

Да, хотя внутренние слои не рассеивают тепло так же, как внешние слои, и если вы используете контроль импеданса, они, скорее всего, будут полосковыми, а не микрополосковыми (т. Е. Используют две опорные плоскости вместо одной). Полоски сложнее получить целевое сопротивление; микрополоски на внешних слоях можно просто нанести до тех пор, пока импеданс не станет достаточно близким, но вы не можете сделать это с внутренними слоями после того, как слои ламинированы вместе.

3. Если я проталкиваю ток через несколько слоев платы, необходимо или предпочтительнее (или даже возможно?) Распределить ток как можно более равномерно по всем слоям?

Да, это предпочтительнее, но это также сложно. Обычно это делается только с помощью базовых плоскостей, путем сшивания переходных отверстий и предписания, чтобы отверстия и переходные отверстия соединялись со всеми плоскостями одной и той же сети.

4- О правилах IPC, касающихся ширины трасс: они сохраняются в реальной жизни? Для 30 А и 10-градусного повышения температуры, если я правильно читаю графики, мне нужно около 11 мм ширины трассы в верхнем или нижнем слое.

Новый стандарт IPC по текущей емкости (IPC-2152) хорошо работает в реальной жизни. Тем не менее, никогда не забывайте, что стандарт не учитывает соседние следы, которые также генерируют сопоставимое количество тепла. Наконец, обязательно проверьте падение напряжения на ваших следах, чтобы убедиться, что они приемлемы.

Кроме того, в стандарте не учитывается повышенное сопротивление из-за скин-эффекта для высокочастотных (например, переключающих силовой контур) цепей. Глубина кожи на 1 МГц составляет около 2 унций. (70 мкм) медь. 10 МГц - это менее 1/2 унции. меди. Обе стороны меди используются только в том случае, если обратные токи протекают в параллельных слоях с обеих сторон рассматриваемого слоя, что обычно не имеет место. Другими словами, ток предпочитает сторону, обращенную к пути соответствующего обратного тока (обычно это земля).

5. При подключении нескольких слоев сильноточных трасс, что лучше: лучше размещать массив или сетку переходных отверстий рядом с источником тока или размещать переходы по сильнотоковой трассе?

Лучше (и, как правило, легче с практической точки зрения) распространять вышивальные выемки. Также важно помнить: взаимная индуктивность. Если вы разместите переходные отверстия, которые несут ток, протекающий в одном и том же направлении, слишком близко друг к другу, между ними будет взаимная индуктивность, что увеличит общую индуктивность переходных отверстий (возможно, делая сетку переходных отверстий 4x4 похожей на конденсатор развязки 2x2 или 1x2) частот). Основное правило заключается в том, чтобы эти переходы оставались как минимум на одну толщину доски друг от друга (проще) или как минимум в два раза больше расстояния между плоскостями, которые соединяют переходы (больше математики).

Наконец, все еще целесообразно сохранять симметричную укладку слоя платы, чтобы предотвратить деформацию платы. Некоторые потрясающие магазины, возможно, захотят приложить дополнительные усилия для борьбы с варп-страницей из асимметричного стека, обычно за счет увеличения времени выполнения заказа и стоимости, так как им приходится потратить пару попыток, чтобы сделать его подходящим для вашего стека.

$\mu$$^2$

Это текущий DC? С переменным током вы можете быть ограничены скин-эффектом.

$\mu$

Я думаю, что неожиданное замечание № 1 может быть таким: маркетологи PCB рекламируют, что они могут получить очень узкие следы / зазоры, а также рекламируют, что они могут использовать медь толщиной 35, 71 и 105 мкм (обычно ее называют 1, 2 и 3 унции меди), но они не могут сделать оба на одной доске. Если вы хотите получить более толстую медь, вы должны оставить следы дальше друг от друга, чем на обычных печатных платах.

1. Вы всегда можете позвонить в сборник печатных плат и спросить, могут ли они работать с более толстой медью. Но обязательно и спросите, сколько это будет стоить. Даже если они могут сделать более толстую медь, вы можете не захотеть платить стоимость сумматора.

2. Медь на 2 внешних слоях всегда толще внутренних слоев. Фабрики печатных плат обычно покупают «чистые» доски с медной обшивкой толщиной 17,5 или 35 мкм, вытравливают их, добавляют проставки между ними и склеивают их вместе, так что это толщина каждого внутреннего слоя. Затем они просверливают отверстия и выбрасывают печатную плату в гальваническую ванну, в которой растет слой меди в каждом отверстии и на внешних слоях. В результате все внутренние слои имеют одинаковую толщину, а оба наружных слоя имеют одинаковую толщину, толще внутренних слоев.

3. При проталкивании высоких токов обычно требуются широкие и короткие трассы, чтобы уменьшить сопротивление и, следовательно, тепло I2R, генерируемое в этих трассах. Если у вас есть 2 неравных трассы на разных слоях «параллельно», уменьшение ширины любой части любой трассы увеличивает сопротивление и, следовательно, выделяемое тепло I2R, что ухудшает ситуацию - не имеет значения, если вы сделаете плату более сбалансированной за счет уменьшения ширины более широкого следа или более несбалансированного за счет уменьшения ширины более узкого следа.

5. При подключении нескольких слоев сильноточных трасс, что лучше: лучше размещать массив или сетку переходных отверстий рядом с источником тока или размещать переходы по сильнотоковой трассе?

Я подозреваю, что размещение массива близко к источнику тока даст более низкое сопротивление сети.

«Есть ли проблемы с асимметричной медной массой? Например, 35 мкм для слоев 1-4 и 70 мкм для слоев 5 и 6?»

У ранних фабрик PCB были проблемы, если слои не были "сбалансированы". Насколько я понимаю, современные фабрики по производству печатных плат больше не имеют таких проблем, поэтому в принципе люди могут создавать несбалансированные печатные платы. Но большинство людей не беспокоятся - стандартные тонкие внутренние слои, толстые внешние, с 2 различными толщинами, часто подходят для большинства досок.

Лучший источник для многих из этих вопросов - выбранный вами поставщик печатных плат. Различные поставщики печатных плат преуспевают в разных типах плат: некоторые из них хороши на высокой скорости, жесткие допуски; другие хороши в приложениях с высокой мощностью. Большинство из них будет делать все, что вы просите, но может быть и ценовая премия.

Вы не упомянули, будет ли высокий ток при высоком напряжении. Если это так, то у вас будут дополнительные требования к утечке / разрешению, чтобы соответствовать требованиям безопасности продукта.

1. Похоже, что для многих производственных цехов 105 микрон так же высоки, как и его доходы. Это правильно или возможна более высокая толщина?

Есть намного меньшее количество пансионов, которые могут делать больше, чем 3 унции. Но если вы создадите свою доску таким образом, вы можете застрять, используя их навсегда, потому что других вариантов не будет. Я бы придерживался максимум 3 унции.

Много домов правления могут сделать медь на 3 унции. Но имейте в виду, что многие пансионаты не держат 3 унции медного материала на складе. Поэтому, если вы используете его, вам, возможно, придется подождать еще одну или две недели, чтобы они заказали материал. В моем опыте это обычно не было большой проблемой, если вы планируете это в своем графике проекта.

2. Может ли медь во внутренних слоях быть такой же толстой, как медь сверху и снизу платы?

Обычно это наоборот.

Если вы собираетесь разместить какие-либо компоненты SMD на плате, то, скорее всего, ваши внешние слои будут по-прежнему 1 унцией, а некоторые из внутренних слоев будут по 3 унции.

3. Если я проталкиваю ток через несколько слоев платы, необходимо или предпочтительно (или даже возможно?) Распределить ток как можно более равномерно по всем слоям?

Как предпочтительно, так и возможно равномерно распределять ток между слоями, но это не требуется.

Расчеты намного проще, когда каждый слой одинаков.

Лучший способ сделать это - убедиться, что текущие формы распределения на всех слоях идентичны. Кроме того, все слои должны быть связаны вместе в источнике и пункте назначения, либо сеткой переходных отверстий, сквозным отверстием или обоими.

Но если у вас есть место на каком-то другом слое, тогда обязательно используйте дополнительную медь, это только уменьшит тепло.

4. О правилах IPC, касающихся ширины трасс: они сохраняются в реальной жизни? Для 30 А и 10-градусного повышения температуры, если я правильно читаю графики, мне нужно около 11 мм ширины трассы в верхнем или нижнем слое.

Я использовал рекомендации IPC для ширины трассировки без проблем. Но если у вас высокий ток на нескольких слоях, ожидайте, что повышение температуры будет выше для данного количества меди (поэтому используйте больше меди, если у вас есть место).

Также стоит оценить устойчивость к следам. Если ваш инструмент CAD может сделать это, то отлично, если он не может, вы можете просто оценить количество медных "квадратов" от одного конца до другого. Сопротивление обычно составляет 0,5 мОм на квадрат при 1 унции или 166 мкОм на квадрат при 3 унциях. Используя ток и сопротивление, рассчитайте мощность следа. Перед продолжением убедитесь, что мощность кажется приемлемой.

Также не забывайте, что мощность, генерируемая контактами разъемов, обжимами, паяными соединениями и т. Д. Все это складывается при работе с высоким током.

5.При соединении нескольких слоев сильноточных трасс, что лучше: лучше размещать массив или сетку переходных отверстий рядом с источником тока или размещать переходы по сильнотоковой трассе?

Это зависит от того, является ли ваш источник и пункт назначения поверхностным или сквозным отверстием.

Если сквозное отверстие, то покрытое металлом отверстие уже связывает все слои вместе, поэтому в дополнительных отверстиях нет необходимости.

Вы хотите, чтобы ток был на максимально возможном количестве слоев для максимально возможного маршрута. Так что для прокладок SMD должны быть переходные отверстия рядом с источником и местом назначения. В идеале вы должны поместить заполненные переходные отверстия прямо в пэд, потому что в противном случае вы будете запускать весь свой поток только на одном внешнем слое, пока не достигнете первых переходных отверстий.

Размещение любых переходов от источника и пункта назначения означает, что часть тока будет течь на меньшем количестве слоев для части маршрута. Если вы разместите переходные отверстия равномерно по всему пути, вероятно, что большая часть тока пройдет через первые несколько переходных отверстий (возможно, сильно их нагревает), а затем через проходы, расположенные дальше, пройдет меньше тока. Поэтому вы не сможете эффективно использовать эти переходы, и вам потребуется больше переходов в целом при таком подходе. Поскольку переходы убирают из пространства маршрутизации, это может увеличить размер вашей платы в целом.