Elevato spessore del rame PCB: quali sono le insidie?

Dobbiamo portare alte correnti su un PCB (~ 30Amps sostenuti), quindi è probabile che ordiniamo i nostri PCB con elevato spessore di rame. Finora abbiamo utilizzato solo 35 micron (1 oz) nei nostri progetti, quindi "alto spessore" per noi significa 70 (2 oz) o 105 (3 oz).

Non sappiamo quali sono le cose a cui prestare attenzione con lo spessore del rame. Apprezzeremmo qualsiasi esperienza. Poiché questo è un argomento molto ampio, andrò avanti e farò domande specifiche:

1. Sembra che per molte case produttrici, 105 micron siano alti quanto si arriva. È corretto o sono possibili spessori maggiori?

2. Il rame negli strati interni può essere spesso come il rame nella parte superiore e inferiore della scheda?

3. Se sto spingendo la corrente attraverso diversi livelli di scheda, è necessario o preferito (o addirittura possibile?) Distribuire la corrente il più equamente possibile tra i livelli?

4. Informazioni sulle regole IPC relative alle larghezze di traccia: reggono nella vita reale? Per 30 Amp e un aumento della temperatura di 10 gradi, se sto leggendo correttamente i grafici, ho bisogno di circa 11 mm di larghezza della traccia sul livello superiore o inferiore.

5. Quando si collegano più livelli di tracce ad alta corrente, qual è la pratica migliore: posizionare un array o una griglia di via vicino alla sorgente corrente o posizionare i via lungo la traccia ad alta corrente?

Sono in ritardo al gioco, ma ci proverò:

1- Sembra che per molte case produttrici, 105 micron sia alto quanto si ottiene. È corretto o sono possibili spessori maggiori?

Alcuni negozi favolosi possono placcare strati interni. Il compromesso è generalmente maggiore tolleranza nello spessore complessivo della scheda, ad esempio 20% anziché 10%, costi più elevati e date di spedizione successive.

2- Il rame negli strati interni può essere spesso come il rame nella parte superiore e inferiore della scheda?

Sì, anche se gli strati interni non dissipano il calore così come gli strati esterni e, se si utilizza il controllo dell'impedenza, è più probabile che siano strisce di strisciamento rispetto alle microstrip (ovvero utilizzando due piani di riferimento anziché uno). Le stripline sono più difficili da ottenere un'impedenza target; le microstrip sugli strati esterni possono essere placcate fino a quando l'impedenza non è abbastanza vicina, ma non è possibile farlo con gli strati interni dopo che gli strati sono stati laminati insieme.

3- Se sto spingendo la corrente attraverso diversi strati della scheda, è necessario o preferito (o addirittura possibile?) Distribuire la corrente il più equamente possibile tra gli strati?

Sì, è preferito, ma è anche difficile. Di solito questo viene fatto solo con i piani di terra, mediante la cucitura di vie e il mandato che fori e vie si collegano a tutti i piani della stessa rete.

4- Informazioni sulle regole IPC relative alle larghezze di traccia: reggono nella vita reale? Per 30 Amp e un aumento della temperatura di 10 gradi, se sto leggendo correttamente i grafici, ho bisogno di circa 11 mm di larghezza della traccia sul livello superiore o inferiore.

Il nuovo standard IPC sulla capacità attuale (IPC-2152) regge bene nella vita reale. Tuttavia, non dimenticare mai che lo standard non tiene conto delle tracce vicine che generano anche quantità comparabili di calore. Infine, assicurati di controllare anche le cadute di tensione sulle tue tracce per assicurarti che siano accettabili.

Inoltre, lo standard non tiene conto della maggiore resistenza dovuta all'effetto pelle per i circuiti ad alta frequenza (ad es. Commutazione del circuito di alimentazione). La profondità della pelle per 1 MHz è circa lo spessore di 2 oz. (70 µm) rame. 10 MHz è meno di 1/2 oz. rame. Entrambi i lati del rame vengono utilizzati solo se le correnti di ritorno fluiscono in strati paralleli su entrambi i lati dello strato in questione, che di solito non è il caso. In altre parole, la corrente preferisce il lato rivolto verso il percorso della corrente di ritorno corrispondente (di solito un piano di massa).

5- Quando si collegano più livelli di tracce ad alta corrente, qual è la pratica migliore: posizionare un array o una griglia di via vicino alla sorgente corrente o posizionare i via lungo la traccia ad alta corrente?

È meglio (e di solito più facile da un punto di vista pratico) distribuire via le cuciture. Inoltre, c'è una cosa importante da tenere a mente: l'induttanza reciproca. Se si posizionano vie che portano corrente che scorre nella stessa direzione troppo vicine l'una all'altra, vi sarà un'induttanza reciproca tra loro, aumentando l'induttanza totale delle vie (possibilmente facendo apparire una griglia 4x4 di vie come un 2x2 o 1x2 al condensatore di disaccoppiamento frequenze). La regola empirica è quella di mantenere questi via almeno uno spessore della tavola l'uno dall'altro (più facile) o almeno il doppio della distanza tra i piani che i viali stanno collegando (più matematica).

Infine, è ancora saggio mantenere simmetrico lo stackup del livello della scheda per evitare la deformazione della scheda. Alcuni negozi favolosi potrebbero essere disposti a fare lo sforzo extra per combattere la deformazione da uno stackup asimmetrico, di solito aumentando i tempi di consegna e i costi poiché devono fare un paio di tentativi per ottenerlo giusto per il tuo stackup.

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Questa corrente continua? Con la corrente alternata potresti essere limitato dall'effetto pelle.

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Penso che il gotcha inaspettato n. 1 possa essere: i professionisti del marketing di PCB pubblicizzano che possono creare larghezze di traccia / gap molto strette e pubblicizzano anche che possono rame spesso 35, 71 e 105 um (comunemente chiamati 1, 2 e 3 once di rame), ma non possono fare entrambe le cose sulla stessa scheda. Se si desidera rame più spesso, è necessario distanziare le tracce più distanti di quanto si possa fare su PCB più tipici.

1. Puoi sempre chiamare un fab PCB e chiedere se possono gestire rame più spesso. Ma assicurati e chiedi quanto costerà. Anche se possono rendere il rame più spesso, potresti non voler pagare il sommatore dei costi.

2. Il rame sui 2 strati esterni è sempre più spesso degli strati interni. I produttori di PCB in genere acquistano schede "vuote" rivestite in rame con spessore di 17,5 o 35 um, incisioni e aggiunta di distanziali tra loro e incollali insieme, quindi è lo spessore di ogni strato interno. Quindi praticano i fori e gettano il PCB nel bagno di placcatura, che fa crescere uno strato di rame in ciascun foro e sugli strati esterni. Il risultato è che tutti gli strati interni hanno lo stesso spessore ed entrambi gli strati esterni hanno lo stesso spessore, più spesso degli strati interni.

3. Quando si spingono correnti elevate, si desidera in genere tracce ampie e brevi per ridurre la resistenza e quindi il calore I2R generato in tali tracce. Se hai 2 tracce disuguali su diversi strati "in parallelo", ridurre la larghezza di qualsiasi parte di una delle tracce aumenta la resistenza e quindi il calore I2R generato, peggiorando le cose - non importa se rendi la scheda più bilanciata riducendo la larghezza della traccia più ampia o più sbilanciata riducendo la larghezza della traccia più stretta.

5- Quando si collegano più livelli di tracce ad alta corrente, qual è la pratica migliore: posizionare un array o una griglia di via vicino alla sorgente corrente o posizionare i via lungo la traccia ad alta corrente?

Ho il sospetto che posizionando l'array vicino alla sorgente corrente si otterrà una resistenza netta inferiore.

"Ci sono problemi con pesi asimmetrici in rame? Ad esempio 35 um su strato 1-4 e 70 um su strato 5 e 6?"

I primi produttori di PCB avevano problemi a meno che gli strati non fossero "bilanciati". La mia comprensione è che i moderni produttori di PCB non hanno più questi problemi, quindi in linea di principio le persone potrebbero creare PCB non bilanciati. Ma la maggior parte delle persone non si preoccupa: gli strati interni sottili standard, gli strati esterni spessi, con 2 spessori distinti, sono spesso adeguati per la maggior parte delle schede.

La migliore fonte per molte di queste domande è il fornitore di PCB che hai selezionato. Diversi produttori di PCB eccellono in diversi tipi di schede: alcune sono ottime ad alta velocità, tolleranze strette; altri sono bravi in ​​applicazioni ad alta potenza. La maggior parte farà qualsiasi cosa tu chieda, ma potrebbe esserci un premio di prezzo.

Non hai menzionato se l'alta corrente sarà ad alta tensione. In tal caso, dovrai soddisfare ulteriori requisiti di creepage / liquidazione per soddisfare i requisiti di sicurezza del prodotto.

1. Sembra che per molte case produttrici, 105 micron siano alti quanto si arriva. È corretto o sono possibili spessori maggiori?

Ci sono un numero molto più piccolo di case di consiglio che possono fare più di 3 once. Ma se progetti la tua scheda in quel modo potresti rimanere bloccato ad usarli per sempre perché non ci saranno molte altre opzioni. Vorrei rimanere con 3 once al massimo.

Molte case del consiglio possono fare 3oz di rame. Ma tieni presente che molte case di cartone non tengono in magazzino il materiale di rame da 3 once. Quindi, se lo usi, potresti dover aspettare una settimana o due in più per ordinare il materiale. Questo in genere non è stato un grosso problema nella mia esperienza, purché tu lo pianifichi nella pianificazione del progetto.

2.Il rame negli strati interni può essere spesso come il rame nella parte superiore e inferiore della scheda?

Di solito è il contrario.

Se hai intenzione di mettere componenti SMD sulla scheda, è probabile che i tuoi strati esterni siano ancora 1oz e alcuni degli strati interni saranno 3oz.

3.Se sto spingendo la corrente attraverso diversi livelli della scheda, è necessario o preferito (o addirittura possibile?) Distribuire la corrente il più equamente possibile tra i livelli?

È sia preferito che possibile distribuire equamente la corrente tra i livelli, ma non è necessario.

I calcoli sono molto più semplici quando ogni livello è uguale.

Il modo migliore per farlo è assicurarsi che le forme carie attuali su tutti i livelli siano identiche. Inoltre, tutti gli strati dovrebbero essere legati insieme alla sorgente e alla destinazione, o da una griglia di vie, un foro passante placcato o entrambi.

Ma se hai spazio su qualche altro strato, usa sicuramente il rame in più, ridurrà solo il calore.

4. Informazioni sulle regole IPC relative alle larghezze di traccia: reggono nella vita reale? Per 30 Amp e un aumento della temperatura di 10 gradi, se sto leggendo correttamente i grafici, ho bisogno di circa 11 mm di larghezza della traccia sul livello superiore o inferiore.

Ho usato le raccomandazioni IPC per la larghezza della traccia senza problemi. Ma se hai corrente elevata su più strati, prevedi che l'aumento di temperatura sarà più elevato per un dato ammontare di rame (quindi usa più rame se hai spazio).

Vale anche la pena stimare la resistenza alla traccia. Se il tuo strumento cad può fare questo, fantastico, in caso contrario puoi solo stimare il numero di "quadrati" di rame da un'estremità all'altra. La resistenza è in genere 0,5 m Ohm per quadrato a 1oz o 166u Ohm per quadrato a 3oz. Utilizzando la corrente e la resistenza calcolare la potenza di traccia. Verificare che la potenza appaia rara prima di procedere.

Inoltre, non dimenticare la potenza generata da contatti del connettore, piegature, giunti di saldatura, ecc. Tutte queste cose si sommano quando si tratta di alta corrente.

5.Quando si collegano più livelli di tracce ad alta corrente, qual è la pratica migliore: posizionare un array o una griglia di via vicino alla sorgente corrente o posizionare i via lungo la traccia ad alta corrente?

Dipende se l'origine e la destinazione sono montate in superficie o attraverso un foro passante.

Se il foro passante quindi il foro placcato lega già tutti gli strati insieme, quindi potrebbero non essere necessari ulteriori passaggi.

Volete che la corrente sia su più livelli possibili per il più possibile il percorso. Quindi per i pad SMD ci dovrebbero essere via vicino alla sorgente e alla destinazione. Idealmente, inseriresti le vie riempite nel pad perché altrimenti eseguiresti tutta la tua corrente su un solo strato esterno fino a raggiungere le prime vie.

Posizionare eventuali via di distanza dalla sorgente e dalla destinazione significa che parte della corrente fluirà su un numero inferiore di strati per una parte del percorso. Se si posizionano i via in modo uniforme lungo l'intero percorso, è probabile che la maggior parte della corrente passi attraverso i primi via (possibilmente riscaldandoli molto) e quindi meno corrente attraverserà i via che sono più lontani. Pertanto non otterrete un uso molto efficiente di questi via e avrete bisogno di più via in generale con questo approccio. Dato che i via tolgono dallo spazio di routing può aumentare complessivamente le dimensioni della scheda.