Grubość i masa powierzchniowa miedzi na PCB
Przeliczenie oz/ft² ↔ µm, typowe grubości miedzi, różnica między warstwą bazową a końcową oraz wpływ na prowadzenie ścieżek i projekt cieplny.
Opracowanie i przegląd techniczny:ElectroDesignForge Engineering Team
Zobacz proces redakcyjnyDefinicja
Miedź na płytce PCB określa się zwykle przez masę powierzchniową w uncjach na stopę kwadratową (oz/ft²) albo przez grubość nominalną w mikrometrach (µm). Są to dwa przybliżone sposoby opisu tej samej folii początkowej: 1 oz/ft² odpowiada około 35 µm miedzi.
Zestawienie grubości
| Masa powierzchniowa miedzi | Grubość nominalna | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| 0.25 oz/ft² | ≈ 9 µm | Gęsto upakowane warstwy wewnętrzne, stosy HDI |
| 0.5 oz/ft² | ≈ 18 µm | Warstwy sygnałowe o dużej gęstości ścieżek |
| 1 oz/ft² | ≈ 35 µm | Płytki ogólnego przeznaczenia |
| 2 oz/ft² | ≈ 70 µm | Tory zasilania o większym prądzie |
| 3 oz/ft² | ≈ 105 µm | Dystrybucja zasilania i rozpraszanie ciepła |
| 4 oz/ft² | ≈ 140 µm | Płytki wysokoprądowe i przemysłowe |
Do przeliczania wartości pośrednich użyj przelicznika oz ↔ µm.
Dlaczego uncja staje się grubością
„Uncja” w opisie stosu warstw PCB nie jest jednostką grubości. Oznacza masę miedzi równomiernie rozłożonej na jednej stopie kwadratowej powierzchni. Wynikająca z tego grubość zależy od gęstości miedzi i jest zwyczajowo zaokrąglana w branży PCB:
thickness (µm) ≈ copper weight (oz/ft²) × 35
Relacja odwrotna jest następująca:
copper weight (oz/ft²) ≈ thickness (µm) ÷ 35
Jest to przeliczenie nominalne przydatne w dokumentacji projektowej. Norma IPC-4562B określa folię miedzianą przez masę powierzchniową i obliczoną grubość. Jeśli tolerancja ma znaczenie, korzystaj z danych materiałowych producenta płytek.
Grubość folii początkowej a grubość gotowej miedzi
Na warstwie wewnętrznej grubość folii jest zwykle zbliżona do końcowej grubości ścieżki po trawieniu. Na warstwie zewnętrznej podczas metalizacji otworów i nakładania miedzi na wzór ścieżek dodaje się kolejną warstwę miedzi. Gotowa ścieżka może więc być grubsza od folii początkowej.
| Termin na rysunku | Znaczenie | Działanie projektowe |
|---|---|---|
| Miedź bazowa | Folia na laminacie przed metalizacją warstwy zewnętrznej | Określ ją w stosie warstw |
| Miedź końcowa | Miedź na gotowej ścieżce zewnętrznej po metalizacji | Uzgodnij z producentem wartość docelową i tolerancję |
| Miedź w przelotce | Grubość osadzonej galwanicznie miedzi na ściance otworu | Określ ją osobno od grubości miedzi ścieżek |
Na przykład określenie „1 oz miedzi zewnętrznej” jest niejednoznaczne, jeśli rysunek nie wskazuje, czy chodzi o folię bazową, czy o miedź końcową. Wyjaśnij to w uwagach produkcyjnych i uzgodnij z producentem przed przekazaniem projektu do wykonania.
Co zmienia większa grubość miedzi
Grubsza miedź zmniejsza rezystancję ścieżki o tej samej geometrii:
R = ρ × L / (w × t)
Tutaj t oznacza grubość miedzi. Podwojenie t w przybliżeniu o połowę zmniejsza rezystancję dla prądu stałego, spadek napięcia i moc strat, jeśli szerokość, długość i temperatura pozostają porównywalne.
Większa grubość miedzi wpływa także na możliwości produkcyjne:
- Wąskie ścieżki i odstępy stają się trudniejsze do powtarzalnego wytrawienia.
- Może być potrzebna większa kompensacja trawienia, zwłaszcza na warstwach zewnętrznych.
- Zmienia się geometria struktur o kontrolowanej impedancji, ponieważ grubość przewodnika wpływa na rozkład pola.
- Gruba miedź pomaga rozprowadzać ciepło, ale nie zastępuje kompletnej analizy termicznej.
Użyj kalkulatora szerokości ścieżki PCB do wstępnego oszacowania prądu i przyrostu temperatury, a następnie uzgodnij z producentem odstępy, grubość miedzi końcowej i możliwości wykonania.
Praktyczna lista kontrolna specyfikacji
Przed wysłaniem plików Gerber lub danych ODB++ określ dla każdej warstwy miedzi:
- Czy wymagana wartość dotyczy miedzi bazowej, czy końcowej.
- Wartość nominalną w oz/ft² lub µm, a w razie potrzeby także w drugiej jednostce.
- Funkcję warstwy: sygnałową, płaszczyznę zasilania, tor wysokoprądowy, RF lub odprowadzanie ciepła.
- Minimalną szerokość ścieżek i odstępów, wymiary pierścieni wokół otworów oraz odległości miedzi od krawędzi płytki odpowiednie dla danej masy powierzchniowej miedzi.
- Wymaganą grubość metalizacji gotowych otworów i ewentualną tolerancję impedancji.
W przypadku ścieżek przewodzących prąd masa powierzchniowa miedzi jest tylko jednym z parametrów. Norma IPC-2152 uwzględnia także geometrię ścieżki, przyrost temperatury, budowę płytki, sąsiednie płaszczyzny, przepływ powietrza i cykl pracy.
Bibliografia
- IPC-4562B — Metal Foil for Printed Board Applications: masa powierzchniowa folii miedzianej i obliczona grubość.
- IPC-2152 — Standard for Determining Current Carrying Capacity in Printed Board Design.
- IPC-2221C — Generic Standard on Printed Board Design.