В сегодняшнем стремлении к миниатюризации и интеллектуальным электронным продуктам, казалось бы, обычная печатная плата (PCB) является источником жизненной силы всей системы. Когда приложения переходят от обработки сигналов уровня микроампер- к преобразованию мощности уровня-киловатт, традиционные печатные платы становятся неадекватными. В этой ситуации толстые медные печатные платы с их высокой токовой-емкостью пропускания тока и превосходным рассеиванием тепла стали краеугольным камнем конструкций высокой-мощности и-надежности, возможно, «надежной основой» эпохи силовой электроники.
I. Подробный технический обзор: что такое печатная плата из толстой меди?
Толстая медная печатная плата — это не строгое определение, а скорее общий отраслевой термин. Как правило, печатные платы определяются как толстые медные, если толщина внешней медной фольги после травления достигает или превышает 3 унции на квадратный фут (приблизительно 105 микрон). Это значение значительно выше, чем у обычных печатных плат от 0,5 до 2 унций. Его основные технические характеристики отражены в следующих аспектах:
Производственные проблемы и прорывы: Производство толстых медных печатных плат представляет собой серьезную проблему для традиционных процессов.
Травление и однородность рисунка. При травлении слоев меди толщиной в несколько унций основными проблемами являются обеспечение вертикальных боковых стенок и предотвращение чрезмерного- и недостаточного-травления. Это требует точного контроля рецептуры травильного раствора и современного оборудования.
Надежность ламинирования: толстые медные слои занимают пространство для течения препрега (ПП), что может легко привести к недостаточному заполнению смолой, вызывая расслоение или пустоты. Поэтому для обеспечения межслойной адгезии необходимы специальные полипропиленовые листы с высоким содержанием смолы, многократное ламинирование или специальные процессы наполнения.
Сверление и покрытие. Отверстия в толстых медных подложках требуют гальваники достаточной толщины меди для передачи высокого тока между слоями. Это предъявляет чрезвычайно высокие требования к чистоте и активации стенок отверстий, а также к способности глубокого нанесения покрытия и однородности гальванического раствора во избежание эффекта «собачьей кости» (толстая медь в устье отверстия и тонкая медь в отверстии).
Основные преимущества: двойная мощность и рассеивание тепла
Проведение большого тока. Основываясь на фундаментальном принципе, согласно которому площадь поперечного сечения проводника-пропорциональна его допустимой нагрузке по току-, толстая медь означает более низкий импеданс и меньшую плотность тока, что обеспечивает безопасную передачу больших токов в десятки или даже сотни ампер, уменьшая потери энергии из-за выделения тепла.
Превосходное управление температурой: Медь является отличным проводником тепла. Толстый медный слой действует как встроенный-"радиатор", быстро проводя тепло, выделяемое силовыми устройствами (такими как МОП-транзисторы и IGBT), и равномерно рассеивая его по всей поверхности платы. При подключении к корпусу или внешнему радиатору температура перехода основных компонентов значительно снижается, что значительно повышает надежность и срок службы продукта.
Обеспечение интеграции с высокой-плотностью. В таких приложениях, как силовые модули, технология толстой меди позволяет интегрировать-цепи с сильным током, схемы управления и структуры рассеивания тепла на одну и ту же печатную плату, заменяя некоторые громоздкие кабели и отдельные радиаторы, тем самым достигая миниатюризации и облегчения системы.
II. Взгляд на рынок: широкие перспективы, движимые спросом
Спрос на толстые медные печатные платы быстро растет вместе с глобальным энергетическим переходом и стремлением к электрификации, а перспективы рынка широки и обусловлены различными факторами.
Основные рынки вождения:
Новая энергия и хранение энергии: в настоящее время это крупнейший драйвер роста производства толстых медных печатных плат. Фотоэлектрические инверторы, преобразователи ветряных турбин, системы управления батареями (BMS) и системы преобразования энергии (PCS) в системах хранения энергии (BESS) — все они требуют работы с чрезвычайно высокой плотностью мощности, что делает толстые медные печатные платы важным компонентом ядра.
Автомобильная электроника. Растущая популярность электромобилей напрямую стимулирует спрос на толстые медные печатные платы. Ключевые компоненты, такие как инверторы главного привода, бортовые зарядные устройства (OBC) и преобразователи постоянного-постоянного тока (DC-DC), работают при уровнях тока, значительно превышающих уровни тока обычных транспортных средств, что требует использования технологии толстой меди для обеспечения безопасной и эффективной работы.
Промышленные системы управления и электропитания. Мощные-инверторы, сервоприводы, источники бесперебойного питания (ИБП), а также оборудование для передачи и распределения интеллектуальной сети уже давно используют толстые медные печатные платы для достижения стабильной и долговечной выходной мощности.
Тенденции технологического развития:
Ультра-Толстый и Ультра-Толстый медь. Стремление рынка к более высокой мощности выводит технологические достижения на все-все более высокие уровни. Плиты «чрезвычайно толстой меди» и «сверхтолстой меди», толщина меди которых достигает 10 унций или даже превышает 20 унций, начинают использоваться в специализированных отраслях промышленности и на железнодорожном транспорте.
Технология размещения толстых медных слоев и встраивания блоков во внутренний слой. Для удовлетворения более сложных требований к терморегулированию и распределению тока постепенно совершенствуется технология размещения толстых медных слоев на внутренних слоях печатных плат или встраивания медных блоков в определенных местах, обеспечивая большую гибкость в трехмерном проектировании системы охлаждения.
Инновации в материалах. Чтобы справиться с высокими термическими напряжениями, вызванными толстой медью, одновременно развиваются исследования и применение материалов подложек с более высокими температурами стеклования (Tg), более низкими коэффициентами теплового расширения (КТР) и улучшенной термостойкостью (такими как керамический-наполненный ПТФЭ и высокоэффективные-эпоксидные смолы).
III. Вызовы и перспективы
Несмотря на свои многообещающие перспективы, индустрия печатных плат из толстой меди также сталкивается с такими проблемами, как высокие производственные затраты, высокие технологические барьеры и трудный контроль выхода продукции. Это требует от производителей постоянного участия в технологических исследованиях и разработках, а также оптимизации процессов, что также означает, что в этой области существуют высокие барьеры для входа, что дает ведущим компаниям значительное конкурентное преимущество.
В будущем, с появлением источников питания базовых станций 5G, блоков питания серверов центров обработки данных, устройств быстрой зарядки и многих других новых-приложений с высоким энергопотреблением, стратегическая важность толстых медных печатных плат как «магистрали» для потоков энергии станет все более заметной. Они больше не являются просто средством связи; они являются ключевым фактором в определении удельной мощности, эффективности и надежности всех электронных систем. Освоение технологии печатных плат с толстым медным сердечником означает обеспечение выгодной позиции на быстро развивающемся рынке силовой электроники.