PCB 打样特殊工艺介绍厚铜工艺

在PCB（印制电路板）打样中，厚铜工艺是一种特殊工艺，主要针对需要承载大电流、高功率或需要优异散热性能的应用场景。以下是关于厚铜工艺的详细介绍：

1. 厚铜工艺的定义

厚铜工艺是指PCB的铜箔厚度显著高于常规标准（通常≥3 oz，即≥105 μm）的制造工艺。常规PCB的铜厚一般为1 oz（35 μm）或2 oz（70 μm），而厚铜工艺的铜厚可达3 oz、4 oz，甚至更高（如10 oz或以上）。

2. 厚铜工艺的优势

• 高电流承载能力：铜层越厚，导体的横截面积越大，可显著降低电阻和温升，适合大电流（如电源模块、电机驱动、电力电子设备）。

• 优异散热性能：厚铜层可作为散热通道，将热量快速传导至PCB表面或散热器，降低器件温度。

• 增强机械强度：厚铜结构可提升PCB的机械稳定性和抗弯曲能力，适用于高振动环境。

• 减少层数需求：通过厚铜替代多根细线并联，可简化设计并减少PCB层数。

3. 典型应用场景

• 电源设备：大功率开关电源、逆变器、UPS（不间断电源）。

• 汽车电子：电动汽车的电机控制器、车载充电器（OBC）、电池管理系统（BMS）。

• 工业控制：电机驱动器、伺服控制器、焊接设备。

• 新能源领域：光伏逆变器、风力发电变流器。

• 高功率LED照明：需要散热和电流承载的LED驱动板。

4. 厚铜PCB的制作流程

厚铜工艺在常规PCB制造基础上需额外处理：

• 铜箔选择：使用超厚铜箔（如3 oz以上）或通过电镀工艺叠加铜层。

• 蚀刻控制：

  • 厚铜蚀刻难度大，需调整蚀刻液浓度、时间和喷淋压力。

  • 多次蚀刻或采用阶梯式蚀刻（Step Etching）以保证线宽精度。

• 线宽/间距设计：

  • 厚铜PCB的线宽和间距需更大（如≥0.3 mm），避免蚀刻残留或短路。

  • 侧蚀效应更明显，需补偿设计（如加大线宽）。

• 层压工艺：

  • 铜厚增加可能导致层压不均匀，需采用高温高压工艺。

  • 基材需选择高耐热性材料（如FR-4 High Tg、铝基板、陶瓷基板）。

• 散热处理：

  • 可能需增加散热孔（Thermal Via）、铜块嵌入或金属基板设计。

5. 设计注意事项

• 线宽与电流匹配：根据铜厚计算载流能力（如IPC-2152标准），避免过热。

• 铜厚与层压平衡：过厚铜层可能导致基材分层，需优化叠层结构。

• 散热设计：

  • 优先使用大面积覆铜（铜平面）或添加散热铜条（Copper Bar）。

  • 结合散热孔和导热垫片（如导热硅胶）提升散热效率。

• 成本控制：厚铜工艺材料成本高，且良率较低，需在设计中平衡性能与成本。

6. 打样与量产难点

• 加工设备要求：需要高精度蚀刻和电镀设备支持厚铜工艺。

• 铜厚均匀性：需严格控制铜层分布，避免局部过薄或过厚。

• 钻孔与孔铜：厚铜板钻孔易产生毛刺，需优化钻头参数；孔壁镀铜需加厚以保证可靠性。

7. 厚铜工艺的成本与交期

• 成本：因材料、工艺复杂度提升，厚铜PCB价格通常比常规PCB高30%~100%。

• 交期：打样周期可能延长1~2周（视铜厚和工艺难度而定）。

总结

厚铜工艺是应对高功率、高散热需求的关键技术，广泛应用于电力电子和工业领域。设计时需结合载流能力、散热方案和工艺限制进行优化，同时需与PCB制造商充分沟通工艺细节，以确保设计可行性和可靠性。