Ketebalan tembaga PCB tinggi: Apa perangkapnya?

Kita perlu membawa arus tinggi pada PCB (~ 30Amps berkelanjutan), jadi kita cenderung memesan PCB kita dengan ketebalan tembaga tinggi. Sejauh ini kami hanya menggunakan 35 mikron (1 ons) dalam desain kami, jadi 'ketebalan tinggi' bagi kami berarti, 70 (2 ons) atau 105 (3 ons).

Kita tidak tahu apa saja hal yang harus diperhatikan dengan ketebalan tembaga. Kami akan menghargai pengalaman apa pun. Karena ini adalah topik yang sangat luas, saya akan melanjutkan dan mengajukan pertanyaan spesifik:

1. Tampaknya untuk banyak rumah manufaktur, 105 mikron setinggi yang didapatnya. Apakah itu benar atau apakah ketebalannya lebih tinggi?

2. Dapatkah tembaga di lapisan dalam setebal tembaga di bagian atas dan bawah papan?

3. Jika saya mendorong arus melalui beberapa lapisan papan, apakah perlu atau lebih disukai (atau bahkan mungkin?) Untuk mendistribusikan arus ini secara merata di seluruh lapisan?

4. Tentang aturan IPC tentang lebar jejak: Apakah mereka bertahan dalam kehidupan nyata? Untuk 30 Amps dan kenaikan suhu 10 derajat, jika saya membaca grafik dengan benar, saya membutuhkan sekitar 11mm jejak lebar di lapisan atas atau bawah.

5. Saat menghubungkan beberapa lapisan jejak arus tinggi, praktik apa yang lebih baik: Menempatkan array atau kisi vias dekat dengan sumber saat ini, atau menempatkan vias di seluruh jejak arus tinggi?

Saya terlambat ke pertandingan, tetapi saya akan mencobanya:

1 - Tampaknya untuk banyak rumah manufaktur, 105 mikron setinggi yang didapatnya. Apakah itu benar atau apakah ketebalannya lebih tinggi?

Beberapa toko yang luar biasa dapat menggunakan lapisan internal. Imbalan biasanya toleransi yang lebih besar dalam ketebalan keseluruhan papan, misalnya 20%, bukan 10%, biaya lebih tinggi, dan tanggal pengiriman kemudian.

2- Dapatkah tembaga di lapisan dalam setebal tembaga di bagian atas dan bawah papan?

Ya, meskipun lapisan dalam tidak menghilangkan panas maupun lapisan luar, dan jika Anda menggunakan kontrol impedansi, mereka lebih cenderung menjadi striplines daripada microstrips (yaitu menggunakan dua pesawat referensi, bukan satu). Striplines lebih sulit untuk mendapatkan impedansi target; microstrips pada lapisan luar hanya dapat disepuh sampai impedansi cukup dekat, tetapi Anda tidak dapat melakukannya dengan lapisan internal setelah lapisan dilaminasi bersama.

3 - Jika saya mendorong arus melalui beberapa lapisan papan, apakah perlu atau lebih disukai (atau bahkan mungkin?) Untuk mendistribusikan arus sama mungkin di seluruh lapisan?

Ya, lebih disukai, tetapi juga sulit. Biasanya ini hanya dilakukan dengan pesawat tanah, dengan cara menjahit vias dan mengamanatkan bahwa lubang dan vias terhubung ke semua pesawat dari jaring yang sama.

4 - Tentang aturan IPC tentang lebar jejak: Apakah mereka bertahan dalam kehidupan nyata? Untuk 30 Amps dan kenaikan suhu 10 derajat, jika saya membaca grafik dengan benar, saya membutuhkan sekitar 11mm jejak lebar di lapisan atas atau bawah.

Standar IPC baru pada kapasitas saat ini (IPC-2152) bertahan dengan baik dalam kehidupan nyata. Namun, jangan pernah lupa bahwa standar tidak memperhitungkan jejak di dekatnya juga menghasilkan jumlah panas yang sebanding. Akhirnya, pastikan untuk memeriksa voltase jatuh pada jejak Anda juga untuk memastikan mereka dapat diterima.

Selain itu, standar ini tidak memperhitungkan peningkatan resistensi karena efek kulit untuk sirkuit frekuensi tinggi (misalnya switching power loop). Kedalaman kulit untuk 1 MHz adalah sekitar 2 oz. (70 μm) tembaga. 10 MHz kurang dari 1/2 ons. tembaga. Kedua sisi tembaga hanya digunakan jika arus balik mengalir dalam lapisan paralel di kedua sisi lapisan tersebut, yang biasanya tidak demikian. Dengan kata lain, arus lebih memilih sisi yang menghadap jalur arus balik yang sesuai (biasanya bidang tanah).

5- Saat menyambungkan beberapa lapisan jejak arus tinggi, praktik apa yang lebih baik: Menempatkan array atau kisi vias dekat dengan sumber saat ini, atau menempatkan vias di seluruh jejak arus tinggi?

Yang terbaik (dan biasanya lebih mudah dari sudut pandang praktis) untuk menyebarkan vias jahitan. Juga, ada hal penting yang perlu diingat: saling induktansi. Jika Anda menempatkan vias yang membawa arus yang mengalir dalam arah yang sama terlalu dekat satu sama lain, akan ada induktansi bersama di antara mereka, meningkatkan total induktansi vias (mungkin membuat kotak vias 4x4 terlihat seperti 2x2 atau 1x2 pada kapasitor decoupling) frekuensi). Aturan praktisnya adalah untuk menjaga vias ini setidaknya satu ketebalan papan satu sama lain (lebih mudah) atau setidaknya dua kali jarak antara pesawat yang dihubungkan vias (lebih banyak matematika).

Akhirnya, masih bijak untuk menjaga agar layer stackup simetris untuk mencegah warpage board. Beberapa toko yang hebat mungkin bersedia untuk melakukan upaya ekstra untuk memerangi warpage dari tumpukan asimetris, biasanya dengan menambah waktu dan biaya karena mereka harus melakukan beberapa percobaan untuk memperbaikinya untuk tumpukan Anda.

$\mu$$^2$

Apakah ini DC saat ini? Dengan arus AC Anda mungkin dibatasi oleh efek kulit.

$\mu$

Saya pikir gotcha # 1 yang tak terduga mungkin adalah: Orang-orang pemasaran yang hebat PCB mengiklankan bahwa mereka dapat membuat jejak / celah lebar yang sangat ketat, dan juga mengiklankan bahwa mereka dapat memiliki tembaga tebal 35, 71, dan 105 um (biasanya disebut 1, 2, dan 3 ons tembaga), tetapi mereka tidak dapat melakukan keduanya di papan yang sama. Jika Anda ingin tembaga yang lebih tebal, Anda harus melacak ruang lebih jauh daripada yang biasa Anda gunakan pada PCB yang lebih khas.

1. Anda selalu dapat menghubungi Fab PCB dan bertanya apakah mereka dapat menangani tembaga yang lebih tebal. Tapi pastikan dan tanyakan berapa biayanya. Bahkan jika mereka dapat membuat tembaga lebih tebal, Anda mungkin tidak ingin membayar biaya tambahan.

2. Tembaga pada 2 lapisan luar selalu lebih tebal dari pada lapisan dalam. Fab PCB biasanya membeli papan berbalut tembaga "kosong" dengan ketebalan 17,5 um atau 35 um, etsa dan tambahkan spacer di antara mereka dan rekatkan, jadi itulah ketebalan setiap lapisan internal. Kemudian mereka mengebor lubang dan melemparkan PCB ke dalam bak pelapis, yang menumbuhkan lapisan tembaga di setiap lubang dan di lapisan luar. Hasilnya adalah semua lapisan dalam memiliki ketebalan yang sama, dan kedua lapisan luar memiliki ketebalan yang sama, lebih tebal dari lapisan dalam.

3. Saat mendorong arus tinggi, Anda biasanya menginginkan jejak pendek dan lebar untuk mengurangi resistansi dan karenanya panas I2R dihasilkan di jejak tersebut. Jika Anda memiliki 2 jejak yang tidak sama pada lapisan yang berbeda "secara paralel", mengurangi lebar bagian mana pun dari kedua jejak meningkatkan resistensi dan karenanya panas I2R dihasilkan, membuat segalanya lebih buruk - tidak masalah jika Anda membuat papan lebih seimbang dengan mengurangi lebar jejak yang lebih luas atau lebih tidak seimbang dengan mengurangi lebar jejak yang lebih sempit.

5- Saat menyambungkan beberapa lapisan jejak arus tinggi, praktik apa yang lebih baik: Menempatkan array atau kisi vias dekat dengan sumber saat ini, atau menempatkan vias di seluruh jejak arus tinggi?

Saya menduga bahwa menempatkan array dekat dengan sumber saat ini akan memberikan resistansi bersih yang lebih rendah.

"Apakah ada masalah memiliki berat tembaga asimetris? Misalnya 35 um pada layer 1-4 dan 70 um pada layer 5 dan 6?"

Fab PCB awal memiliki masalah kecuali lapisan-lapisannya "seimbang". Pemahaman saya adalah bahwa fab PCB modern tidak lagi memiliki masalah itu, sehingga orang pada prinsipnya dapat membuat PCB tidak seimbang. Tetapi kebanyakan orang tidak peduli - lapisan tipis-internal standar, tebal-eksternal-lapisan, dengan 2 ketebalan yang berbeda, seringkali memadai untuk sebagian besar papan.

Sumber terbaik untuk banyak pertanyaan ini adalah vendor PCB yang telah Anda pilih. Vendor PCB yang berbeda unggul di berbagai jenis papan: beberapa hebat dengan kecepatan tinggi, toleransi yang ketat; yang lain bagus dalam aplikasi daya tinggi. Sebagian besar akan melakukan apa saja yang Anda minta, tetapi mungkin ada harga premium.

Anda tidak menyebutkan apakah arus tinggi akan berada pada tegangan tinggi. Jika demikian maka Anda akan memiliki persyaratan rambat / izin tambahan yang harus dipenuhi untuk memenuhi persyaratan keamanan produk.

1. Tampaknya untuk banyak rumah manufaktur, 105 mikron setinggi yang didapatnya. Apakah itu benar atau apakah ketebalannya lebih tinggi?

Ada sejumlah kecil rumah kos yang bisa melakukan lebih dari 3 oz. Tetapi jika Anda mendesain papan Anda dengan cara itu Anda mungkin akan terjebak menggunakannya selamanya karena tidak akan ada banyak pilihan lain. Saya akan tetap dengan 3oz paling banyak.

Banyak rumah papan dapat melakukan 3 oz tembaga. Namun perlu diingat bahwa banyak rumah papan tidak menyimpan stok tembaga 3 oz. Jadi, jika Anda menggunakannya, Anda mungkin harus menunggu satu atau dua minggu ekstra untuk memesan bahan. Ini biasanya bukan masalah yang terlalu besar dalam pengalaman saya selama Anda merencanakannya dalam jadwal proyek Anda.

2. Dapatkah tembaga di lapisan dalam setebal tembaga di bagian atas dan bawah papan?

Biasanya sebaliknya.

Jika Anda akan meletakkan komponen SMD di papan maka kemungkinan lapisan luar Anda masih 1oz dan beberapa lapisan dalam akan 3oz.

3.Jika saya mendorong arus melalui beberapa lapisan papan, apakah perlu atau lebih disukai (atau bahkan mungkin?) Untuk mendistribusikan arus secara merata di seluruh lapisan?

Lebih disukai dan mungkin untuk mendistribusikan arus secara merata antar lapisan, tetapi tidak ada persyaratan.

Perhitungannya jauh lebih mudah ketika setiap layer adalah sama.

Cara terbaik untuk melakukannya adalah memastikan bahwa bentuk carying saat ini pada semua lapisan adalah identik. Semua lapisan harus diikat bersama pada sumber dan tujuan, baik dengan kisi-kisi vias, lubang berlapis, atau keduanya.

Tetapi jika Anda memiliki ruang pada lapisan lain maka gunakan tembaga ekstra, itu hanya akan mengurangi panas.

4.Tentang aturan IPC tentang lebar jejak: Apakah mereka bertahan dalam kehidupan nyata? Untuk 30 Amps dan kenaikan suhu 10 derajat, jika saya membaca grafik dengan benar, saya membutuhkan sekitar 11mm jejak lebar di lapisan atas atau bawah.

Saya telah menggunakan rekomendasi IPC untuk lebar jejak tanpa masalah. Tetapi jika Anda memiliki arus tinggi pada beberapa lapisan, perkirakan kenaikan suhu akan lebih tinggi untuk jumlah tembaga tertentu (jadi gunakan lebih banyak tembaga jika Anda memiliki ruang).

Juga nilainya memperkirakan jejak resistensi. Jika alat cad Anda dapat melakukan ini, maka hebat, jika tidak bisa Anda bisa memperkirakan jumlah "kotak" tembaga dari satu ujung ke ujung lainnya. Resistensinya biasanya 0,5m Ohm per persegi pada 1oz atau 166u Ohm per persegi pada 3oz. Menggunakan arus dan hambatan menghitung watt jejak. Periksa apakah wattnya masuk akal sebelum melanjutkan.

Juga jangan lupa watt yang dihasilkan oleh kontak konektor, keriting, sambungan solder, dll. Semua itu bertambah ketika berhadapan dengan arus tinggi.

5.Saat menghubungkan beberapa lapisan jejak arus tinggi, apa praktik yang lebih baik: Menempatkan array atau kisi vias dekat dengan sumber saat ini, atau menempatkan vias di seluruh jejak arus tinggi?

Itu tergantung pada apakah sumber dan tujuan Anda adalah permukaan mount atau melalui lubang.

Jika melalui lubang maka lubang berlapis sudah mengikat semua lapisan bersama sehingga thre mungkin tidak perlu untuk vias tambahan.

Anda ingin arus berada di lapisan sebanyak mungkin untuk rute sebanyak mungkin. Jadi untuk bantalan SMD harus ada vias di dekat sumber dan tujuan. Idealnya Anda akan meletakkan vias yang terisi tepat di pad karena jika tidak, Anda akan menjalankan semua arus Anda hanya pada satu lapisan luar sampai Anda mencapai vias pertama.

Menempatkan vias apa pun dari sumber dan tujuan berarti bahwa sebagian arus akan mengalir pada lapisan yang lebih sedikit untuk sebagian rute. Jika Anda menempatkan vias secara merata di sepanjang jalan, kemungkinan sebagian besar arus akan melalui beberapa vias pertama (mungkin memanaskannya banyak) dan kemudian lebih sedikit arus akan melewati vias yang lebih jauh. Oleh karena itu Anda tidak akan mendapatkan penggunaan yang sangat efisien dari vias-vias tersebut, dan Anda akan membutuhkan lebih banyak vias secara keseluruhan dengan pendekatan ini. Karena vias mengambil dari ruang perutean, ini dapat meningkatkan ukuran papan Anda secara keseluruhan.