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重い銅の PCB

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世界で最も経験豊富な PCB メーカーの 1 つとして、当社は PCB ニーズのあらゆる側面において、お客様の最良のビジネス パートナーであると同時に良き友人であることを誇りに思っています。
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概要

厚銅 PCB は、1 平方フィートあたり 2 ~ 20 オンスの銅厚で設計されています。これらの特殊な PCB は、高出力アプリケーションに不可欠です。優れた熱管理、強化された電流容量、および強化された機械的強度で知られています。

厚銅 PCB とは何ですか?

厚銅 PCB は、1 平方フィートあたり 1 ~ 2 オンスを超える銅厚のプリント回路基板です。通常、これらの基板には、1 平方フィートあたり 2 ~ 20 オンス以上の銅層が使用されています。この余分な厚みにより、より高い電流と熱レベルを処理できます。

定義と基本的な説明

厚銅 PCB は、標準 PCB よりも多くの電力を処理できるように設計されています。銅の厚さが増すと、ボードの電気伝導能力と熱放散能力が大幅に向上します。そのため、堅牢な電気性能と信頼性が求められるアプリケーションに最適です。

標準PCBとの比較

厚銅 PCB は、いくつかの重要な点で標準 PCB と異なります。

  1. 銅の厚さ: 標準的な PCB の銅の厚さは通常、1 平方フィートあたり 1 ~ 2 オンスです。対照的に、厚銅 PCB の銅層は 2 オンスから始まり、最大 20 オンス以上にもなります。
  2. 電流容量: 厚銅 PCB では銅の厚さが増すため、より多くの電流を流すことができます。これは、標準の PCB では過熱したり故障したりする高電力アプリケーションにとって非常に重要です。
  3. 熱管理: 厚銅 PCB は優れた熱管理機能を備えています。銅層が厚いほど熱をより効率的に放散できるため、高電力環境でパフォーマンスを維持し、損傷を防ぐために不可欠です。

機械的強度: 銅を追加することで、PCB の機械的強度も向上します。これにより、ヘビー銅 PCB は耐久性が高まり、機械的ストレスによる損傷を受けにくくなります。

PCB 上のマイクロビアを示す 2 つの画像。大きさの比較のためコインと比較しています。
技術仕様 重い銅の PCB 標準基板
銅の厚さ 通常は 3 oz/ft² ~ 10 oz/ft² 以上 通常は約 1 オンス/平方フィート
電流容量 銅層が厚いため大幅に高くなる 薄い銅層によって制限される
熱管理 優れた放熱性と熱耐久性 標準的な熱放散。追加の冷却機構が必要になる場合があります
機械的強度 厚い銅により強化されています。より堅牢な 標準強度;厚銅の PCB に比べて堅牢性が劣る
アプリケーション 高出力エレクトロニクス、自動車、軍事、航空宇宙 家庭用電化製品、低電力デバイス、一般的なアプリケーション
製造の複雑さ より高い。エッチング、メッキ、はんだ付けにおける課題 比較的単純で標準化されたプロセス
料金 より多くの材料と複雑な製造のため、一般的により高価になります 標準的な材料とプロセスにより安価
設計上の考慮事項 トレース幅、間隔、ビア設計の調整が必要 トレース、スペース、ビアの標準設計ルール
熱膨張 厚みによる熱膨張への対応が向上 標準的な熱膨張処理。問題を軽減するには慎重な設計が必要な場合があります
寿命と信頼性 過酷な条件下でも長寿命と高い信頼性を実現 標準寿命;信頼性はアプリケーションと設計によって異なります
材料構成 同様のベース材料 (FR4 など) ですが、銅の量が多くなります。 標準的な銅ボリュームを備えた FR4、CEM などの標準的な材料
レイヤリング 単層または多層にすることができます。銅の厚さが増すにつれて積層の複雑さが増す 通常、単層から多層までの範囲があります。標準的な階層化の複雑さ

厚銅PCBの主な利点

厚銅 PCB には、高出力アプリケーションに不可欠ないくつかの重要な利点があります。これらの利点を詳しく見てみましょう。

電流容量の増加

厚銅 PCB の最も重要な利点の 1 つは、より高い電流を流せることです。銅層が厚くなると、過熱したり損傷したりすることなく、より多くの電流が PCB を流れます。これは、大量の電力が必要なアプリケーションにとって非常に重要です。たとえば、パワー エレクトロニクスや産業機械で最適なパフォーマンスを得るには、信頼性の高い電流の流れが不可欠です。

改善された熱管理

厚銅 PCB は熱管理に優れています。厚い銅層は優れた熱伝導体として機能し、標準の PCB よりも効果的に熱を放散します。この改善された熱放散により、コンポーネントを損傷し PCB の寿命を縮める可能性のある過熱を防ぐことができます。効果的な熱管理により、高電力アプリケーションでシステムが効率的かつ確実に動作することが保証されます。

機械的強度の向上

厚銅 PCB のもう 1 つの重要な利点は、機械的強度が強化されていることです。銅が追加されたことで耐久性が高まり、曲げ、振動、機械的衝撃などの物理的ストレスに対する PCB の耐性が向上します。この強度の向上は、PCB が故障することなく過酷な条件に耐える必要がある自動車や軍事用途では重要です。

寿命の延長

電流容量の増加、熱管理の改善、機械的強度の強化により、厚銅 PCB の寿命が延びます。これらの PCB は熱や機械による損傷を受けにくく、より長く機能し続けます。この信頼性は、航空宇宙や産業環境など、メンテナンスや交換が困難でコストがかかるアプリケーションでは不可欠です。

厚銅 PCB の設計上の考慮事項

厚銅 PCB の設計には、慎重な計画と細部への配慮が必要です。ここでは重要な考慮事項について説明します。

要件の評価

設計プロセスを開始する前に、アプリケーションの特定の要件を理解することが重要です。

電流容量

PCB 上の各トレースが流す必要がある最大電流を決定します。これにより、適切な銅の厚さとトレース幅を決定するのに役立ちます。

熱負荷管理

動作中に PCB から発生する熱を考慮してください。過熱を防ぎ、信頼性の高いパフォーマンスを確保するには、効果的な熱管理が必要です。

機械的強度

振動、曲げ、衝撃など、PCB が受ける機械的ストレスを評価します。厚銅 PCB は、損傷することなくこれらのストレスに耐えられるように設計する必要があります。

企業コンプライアンス

設計が関連するすべての業界標準と規制を満たしていることを確認します。これは、自動車、航空宇宙、医療機器では特に重要です。

回路レイアウト設計

厚銅 PCB のレイアウト設計には、いくつかの重要な要素が関係します。

トレースの幅と間隔

銅トレースの幅と間隔は重要な要素です。これらは、電流容量の要件と PCB の全体的なレイアウトに基づいて最適化する必要があります。

サーマルビアとパッドの使用

熱放散を強化するために、設計にサーマルビアとパッドを組み込みます。これらの機能は、PCB 上のホットスポットから熱を逃がし、全体的な熱管理を改善するのに役立ちます。

熱管理戦略

効果的な熱管理は厚銅 PCB にとって不可欠です。

放熱技術

より大きな銅領域、より厚い銅層、追加のサーマルビアの使用など、熱を放散するためのさまざまな手法を実装します。

オンボードヒートシンク

オンボード ヒートシンクを PCB 設計に直接統合することを検討してください。これにより、熱をより効果的に管理し、最適な動作温度を維持できます。

製造計画

厚銅 PCB の設計はプロセスの一部にすぎません。製造も計画しておくと役立ちます。

メーカーの制限

PCB メーカーの能力と限界を理解します。これには、厚い銅層、精密なエッチング、複雑な設計を処理する能力が含まれます。

効率的なパネル化

製造効率を最大化し、廃棄物を最小限に抑えるために、PCB のパネル化を計画します。効率的なパネル化により、コストを削減し、生産時間を短縮することもできます。

詳細なドキュメント

PCB 設計の詳細なドキュメントを準備します。これには、製造に必要なすべての仕様、図面、および手順を含める必要があります。明確なドキュメントは、最終製品が要件を満たしていることを保証し、製造中のエラーのリスクを軽減するのに役立ちます。

厚銅 PCB の設計には、電流容量、熱管理、機械的強度、規制への準拠を慎重に考慮する必要があります。信頼性が高く効率的な厚銅 PCB を作成するには、効果的な回路レイアウト設計、熱管理戦略、徹底した製造計画が不可欠です。

詳細な層構成と厚さの測定値を示す多層 PCB の断面図

厚銅PCBの製造工程

厚銅 PCB の作成には、いくつかの正確な手順が必要です。各手順は、最終製品が要求の厳しいアプリケーションの要件を満たすことを保証するために重要です。

銅のパターン形成とエッチング

このプロセスは銅のパターン形成とエッチングから始まります。このステップでは、必要な回路パターンが PCB 上に作成されます。

  1. フォトレジストを塗布する: 銅の表面にフォトレジストの層を塗布します。この材料は光に敏感で、回路設計を銅に転写するのに役立ちます。
  2. 露出と開発: PCB は、回路レイアウトを表すマスクを通して光にさらされます。光が当たった部分のフォトレジストが硬化し、銅トレースの上に保護層が形成されます。次に、露光されていない領域が現像されて洗い流され、銅がエッチングの準備が整います。
  3. エッチング: 次に、保護されていない銅を除去するエッチング溶液に PCB を入れます。これにより、回路を形成する目的の銅トレースが残ります。厚銅 PCB の場合、欠陥を生じさせずに厚い銅層を処理するために、特殊なエッチング技術が使用されます。

ドリル加工とメッキスルーホール

次に、PCB に正確な穴が開けられます。これらの穴は、コンポーネントを取り付け、PCB の異なる層間の電気接続を作成するために使用されます。

  1. 掘削: 高精度ドリルは PCB 上の指定された場所に穴を開けます。これらの穴のサイズと配置は PCB の機能にとって重要です。
  2. メッキ: ドリルで穴を開けた後、穴に銅メッキを施します。ビアメッキまたはスルーホールメッキと呼ばれるこのプロセスにより、PCB の異なる層間で電気接続を確立できます。メッキは高電流に対応できるほど厚くする必要があり、これは厚銅 PCB に不可欠です。

レイヤースタッキングとラミネート

厚銅 PCB は、多くの場合、複数の層が積み重ねられて構成されています。この手順では、これらの層を 1 つのユニットに結合します。

  1. レイヤーの配置: PCB の個々の層は慎重に位置合わせされています。位置がずれると、ショートやその他の問題が発生する可能性があります。
  2. ラミネート加工: 次に、整列した層を熱と圧力で積層します。接合材料はエポキシ樹脂で、通常は FR-4 またはポリイミドです。これにより、層全体にわたって銅回路の整合性を維持する、強固で一体化した基板が作成されます。

はんだマスクとオーバーコート

銅トレースを保護し、信頼性の高いパフォーマンスを確保するために、はんだマスクとオーバーコートが適用されます。

  1. はんだマスクの適用: はんだマスクは銅トレース上に塗布されます。このマスクはトレースを酸化から保護し、組み立て中のはんだブリッジを防止します。また、PCB に特徴的な緑色 (または場合によっては他の色) の外観を与えます。
  2. オーバーコート: PCB を湿気、ほこり、化学物質などの環境要因から保護するために、コンフォーマルコーティングやその他のオーバーコートなどの追加の保護層を適用する場合があります。

プロファイリングとVカット

最後のステップでは、PCB を最終的な形状にカットし、使用できるように準備します。

  1. プロファイリング: PCB は、精密な CNC マシンを使用して、より大きな製造パネルから最終形状に切り出されます。このステップにより、PCB が意図した用途に完全に適合することが保証されます。
  2. Vカット: PCB が複数のユニットのパネルで製造されている場合、V カットにより個々のボードを簡単に分離できます。これらのカットは、PCB を損傷することなくきれいに分離できるように、特定の角度と深さで行われます。

厚銅 PCB の製造プロセスには、銅のパターン化、穴あけ、メッキ、層の積み重ね、保護コーティングの適用、および最終プロファイリングという細心の注意を払った手順が含まれます。各手順は、PCB が高電流を処理し、熱を効果的に管理し、要求の厳しいアプリケーションで信頼性の高いパフォーマンスを提供できるようにするために不可欠です。

厚銅PCBの検査と試験

ヘビー銅 PCB の品質と信頼性を確保するには、徹底した検査とテストのプロセスが必要です。これにより、PCB がすべてのパフォーマンス基準を満たし、欠陥がないことを確認できます。

外観検査

検査プロセスの最初のステップは目視検査です。

  1. 表面チェック: PCB 表面に傷、位置ずれ、はんだマスクの不一致などの目に見える欠陥がないか検査します。
  2. トレース品質: 銅のトレースを調べて、断線や不規則性がなく、均一で正しくエッチングされていることを確認します。
  3. コンポーネントの配置: すべてのドリル穴とパッドが正しく配置され、回路設計と適切に位置合わせされていることを確認します。

自動光学検査 (AOI)

自動光学検査 (AOI) は、高度な画像技術を使用して、肉眼では確認できない欠陥を検出します。

  1. 高解像度画像: AOI システムは PCB の高解像度画像をキャプチャし、それを設計仕様と比較します。
  2. 欠陥検出: システムは、ショート、オープン回路、トレースの細り、位置ずれなどの問題を自動的に識別します。
  3. 精度: AOI は高い精度を提供し、最も小さな欠陥でも検出して対処できるようにします。

電気試験

電気テストにより、電気負荷がかかった状態で PCB が期待どおりに動作することを確認します。

  1. 導通テストこのテストでは、PCB 上のすべての電気接続が完了し、正しく機能していることを確認します。
  2. 隔離テスト: 異なるトレースとレイヤー間の意図しない接続 (ショート) がないことを確認します。
  3. 高電流テスト: 厚銅 PCB に対して高電流テストを実施し、PCB が過熱や故障することなく必要な電気負荷を処理できることを確認します。

機械試験

機械テストでは、PCB が物理的ストレスに耐える能力を評価します。

  1. 曲げ試験このテストでは、PCB を曲げて柔軟性と強度をチェックし、ストレスを受けても割れたり壊れたりしないことを確認します。
  2. 剥離試験: 基板に対する銅トレースの接着強度を測定し、使用中にトレースが浮き上がったり剥がれたりしないことを確認します。
  3. 振動試験このテストは、自動車や産業環境などの実際のアプリケーションで PCB が遭遇する可能性のある機械的振動をシミュレートします。

熱試験

熱テストでは、さまざまな温度条件下での PCB のパフォーマンスを評価します。

  1. 熱サイクリング: PCB は、動作条件をシミュレートするために、加熱と冷却のサイクルを繰り返します。これにより、熱膨張と収縮による潜在的な障害を特定できます。
  2. 熱衝撃試験: 過酷な環境での耐久性と信頼性をテストするために、PCB を極端な温度変化にさらします。
  3. 放熱試験: PCB が動作中に発生する熱をどれだけ効率的に放散できるかを測定します。これにより、PCB が安全な動作温度を維持していることが保証されます。

厚銅 PCB の検査とテストには、包括的な一連の目視検査、自動チェック、電気テスト、機械評価、熱評価が含まれます。 

各ステップは、PCB が堅牢で信頼性が高く、厳しい条件下でも機能することを保証する上で非常に重要です。この厳格なプロセスにより、最終製品がパワー エレクトロニクス、自動車、軍事、その他の高電力産業のアプリケーションに求められる高い基準を満たすことが保証されます。

電子機器工場で部品を PCB に精密にはんだ付けする機械

重量銅 PCB のアプリケーション

厚銅 PCB は用途が広く、さまざまな高出力および高信頼性産業に不可欠です。そのユニークな特性により、幅広い用途に適しています。詳しく見ていきましょう。

パワーエレクトロニクス

厚銅 PCB はパワーエレクトロニクスにおいて極めて重要です。高電流負荷を処理し、熱を効率的に管理します。

  1. 電源ユニット (PSU): 産業用電源装置では、高負荷下でも信頼性の高いパフォーマンスを確保するために、厚銅 PCB が使用されています。
  2. インバーターとコンバーターこれらのコンポーネントは、強化された電流容量と熱管理を備えた厚銅 PCB の恩恵を受けます。
  3. 高出力アンプこれらの PCB は、安定した効率的な電力処理を必要とするアンプにとって理想的です。

自動車産業

自動車業界では、さまざまな用途に厚銅 PCB を多用しています。

  1. 電気自動車とハイブリッド車: 厚銅 PCB は、バッテリー管理システム、配電ユニット、モーター制御回路に使用され、効率的な電力フローと熱管理を保証します。
  2. エンジン制御ユニット (ECU)これらのユニットは、ボンネット下の過酷な条件に耐えられる、厚銅 PCB の耐久性と信頼性の恩恵を受けています。
  3. 充電ステーション: 厚銅 PCB は、高電流を処理し、放熱を効果的に管理する電気自動車の充電ステーションで使用されます。

軍事および航空宇宙

信頼性と耐久性は軍事および航空宇宙分野で最も重要です。厚銅 PCB はこれらの厳しい要件を満たします。

  1. レーダーシステム: 厚銅 PCB は、高電力レベルを処理し、過酷な条件下でもパフォーマンスを維持できるため、レーダー システムに使用されます。
  2. 兵器制御システムこれらのシステムには、高電流と機械的ストレスに耐える堅牢な PCB が必要です。
  3. アビオニクス: 航空機の配電システムには厚銅 PCB が使用され、高ストレス環境でも信頼性の高い動作を保証します。

産業用途

厚銅 PCB は、堅牢で信頼性の高いパフォーマンスが不可欠な産業用アプリケーションで広く使用されています。

  1. 溶接機器これらの PCB は、高電流を処理し、熱放散を効果的に管理する溶接機で使用されます。
  2. 配電パネル: 厚銅 PCB は産業環境での効率的な電力配分を保証し、過熱や電気障害のリスクを軽減します。
  3. 制御システム: さまざまな制御システムに使用される厚銅 PCB は、産業機械に不可欠な信頼性と耐久性を提供します。

再生可能エネルギーシステム

再生可能エネルギーシステムは、重銅 PCB の使用により大きな恩恵を受けます。

  1. 太陽光発電システム: 厚銅 PCB は、太陽光インバーターや電力コンバーターに使用され、高電流を処理し、太陽光パネルによって発生する熱を管理します。
  2. 風力タービンこれらの PCB は、変化する負荷条件下でも風力タービンでの効率的な電力変換と配電を保証します。
  3. エネルギー貯蔵システム: 厚銅 PCB は、高電流を処理し、長期間にわたって信頼性の高い動作を保証するバッテリー ストレージ システムに使用されます。

結論

厚銅 PCB は、多くの高出力および高信頼性アプリケーションに欠かせません。より多くの電流を流し、熱を効率的に管理し、機械的ストレスに耐える能力があるため、多くの業界で重要なコンポーネントとなっています。

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