Espesor del cobre de PCB alto: ¿Cuáles son las trampas?

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Necesitamos transportar altas corrientes en una PCB (~ 30Amps sostenidas), por lo que es probable que ordenemos nuestras PCB con un alto espesor de cobre. Hasta ahora solo hemos usado 35 micrones en nuestros diseños, por lo que "alto espesor" significa 70 o 105.

No sabemos cuáles son las cosas a tener en cuenta con el espesor del cobre. Apreciaríamos cualquier experiencia. Dado que este es un tema muy amplio, seguiré adelante y formularé preguntas específicas:

1- Parece que para muchas casas de fabricación, 105 micrones es tan alto como se obtiene. ¿Es correcto o son posibles mayores espesores?

2- ¿Puede el cobre en las capas internas ser tan grueso como el cobre en la parte superior e inferior del tablero?

3- Si estoy enviando corriente a través de varias capas de la placa, ¿es necesario o preferido (o incluso posible) distribuir la corriente lo más equitativamente posible en todas las capas?

4- Sobre las reglas de IPC con respecto a los anchos de traza: ¿Se mantienen en la vida real? Para 30 amperios y un aumento de temperatura de 10 grados, si estoy leyendo los gráficos correctamente, necesito aproximadamente 11 mm de ancho de traza en la capa superior o inferior.

5- Al conectar varias capas de trazas de alta corriente, ¿cuál es la mejor práctica: colocar una matriz o cuadrícula de vías cerca de la fuente actual, o colocar las vías a lo largo de la traza de alta corriente?

    
pregunta SomethingBetter

5 respuestas

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Llego tarde al juego, pero lo intentaré:

  

1- Parece que para muchas casas de fabricación, 105 micrones es tan alto como se obtiene. ¿Es correcto o son posibles mayores espesores?

Algunas tiendas fabulosas pueden colocar capas internas. La compensación generalmente es mayor tolerancia en el grosor total de la tabla, por ejemplo. 20% en lugar de 10%, mayor costo y fechas de envío posteriores.

  

2- ¿Puede el cobre en las capas internas ser tan grueso como el cobre en la parte superior e inferior del tablero?

Sí, aunque las capas internas no disipan el calor tan bien como las capas externas, y si está utilizando el control de impedancia, es más probable que sean líneas de disciplina que microstrips (es decir, que utilicen dos planos de referencia en lugar de uno). Las tiras son más difíciles de conseguir una impedancia objetivo; los microstrips en las capas externas pueden colocarse hasta que la impedancia esté lo suficientemente cerca, pero no se puede hacer eso con las capas internas después de que las capas se laminan juntas.

  

3- Si estoy enviando corriente a través de varias capas de la placa, ¿es necesario o preferido (o incluso posible) distribuir la corriente lo más equitativamente posible en todas las capas?

Sí, se prefiere, pero también es difícil. Por lo general, esto solo se hace con los planos de tierra, mediante la unión de vías y ordenando que los orificios y las vías se conecten a todos los planos de la misma red.

  

4- Sobre las reglas de IPC con respecto a los anchos de traza: ¿Se mantienen en la vida real? Para 30 amperios y un aumento de temperatura de 10 grados, si estoy leyendo los gráficos correctamente, necesito aproximadamente 11 mm de ancho de traza en la capa superior o inferior.

El nuevo estándar de IPC sobre la capacidad actual (IPC-2152) se mantiene bien en la vida real. Sin embargo, nunca olvide que la norma no tiene en cuenta los rastros cercanos, que también generan cantidades comparables de calor. Finalmente, asegúrese de verificar las caídas de voltaje en sus trazas también para asegurarse de que sean aceptables.

Además, la norma no tiene en cuenta el aumento de la resistencia debida al efecto de la piel para circuitos de alta frecuencia (por ejemplo, conmutación de bucle de alimentación). La profundidad de la piel para 1 MHz es aproximadamente del grosor de 2 oz. (70 µm) de cobre. 10 MHz es menos de 1/2 oz. cobre. Ambos lados del cobre solo se usan si las corrientes de retorno fluyen en capas paralelas en ambos lados de la capa en cuestión, lo que generalmente no es el caso. En otras palabras, la corriente prefiere el lado que mira hacia la trayectoria de la corriente de retorno correspondiente (generalmente un plano de tierra).

  

5- Al conectar varias capas de trazas de alta corriente, ¿cuál es la mejor práctica: colocar una matriz o cuadrícula de vías cerca de la fuente actual, o colocar las vías a lo largo de la traza de alta corriente?

Es mejor (y generalmente más fácil desde un punto de vista práctico) difundir los puntos de costura. Además, hay una cosa importante a tener en cuenta: la inductancia mutua. Si coloca vías que transportan la corriente que circula en la misma dirección demasiado cerca entre sí, habrá una inductancia mutua entre ellas, aumentando la inductancia total de las vías (posiblemente haciendo que una cuadrícula de vías 4x4 parezca un 2x2 o 1x2 en el condensador de desacoplamiento frecuencias). La regla de oro es mantener estas vías al menos un grosor de la placa entre sí (más fácil) o al menos el doble de la distancia entre los planos a los que se conectan las vías (más matemática).

Finalmente, aún es prudente mantener la acumulación de capas de la placa simétrica para evitar la deformación de la placa. Es posible que algunas tiendas fabulosas estén dispuestas a hacer un esfuerzo adicional para combatir la alabanza de un stackup asimétrico, generalmente aumentando los tiempos de entrega y los costos, ya que tienen que intentarlo un par de veces para que sea más adecuado para su stackup.

    
respondido por el Mike DeSimone
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Si solo la fracción de trazas necesita 30A, aún sugeriría soldar alambre de cobre en la parte superior de la traza. Esto podría ser incluso más barato de fabricar, ya que no está utilizando ningún material "raro" (como 100 \ $ \ mu \ $ Cu). El cable de cobre de 2 mm \ $ ^ 2 \ $ es muy barato y mucho más robusto que el rastro de PCB delgado.

¿Es esta corriente DC? Con la corriente alterna puede estar limitado por el efecto de piel.

    
respondido por el BarsMonster
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Creo que 105 \ $ \ mu \ $ es lo más grueso que puedes conseguir, pero no veo ninguna razón por la que no lo obtendrías en las capas internas. Un PCB es solo una pila de epoxi, cobre y fibra de vidrio. Puedes jugar con grosor a voluntad. Las capas internas más gruesas no serán tan eficientes, por supuesto, ya que no pueden desprender su calor al medio ambiente fácilmente; el epoxi es un mal conductor térmico .
Tuvimos un diseño que exigía 16A en varias trazas, y terminamos con trazas de 4 mm en la parte superior e inferior, y vias de gran diámetro en ellas de principio a fin . Sin huellas internas, no recuerdo el espesor del cobre.

    
respondido por el stevenvh
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Creo que el # 1 gotcha inesperado puede ser: La gente de mercadeo de PCB Fab anuncia que pueden fabricar anchos de separación / separación muy ajustados, y también anuncian que pueden obtener cobre de 35, 71 y 105 um de espesor (comúnmente llamado cobre de 1, 2 y 3 onzas), pero no pueden hacer ambas cosas en el mismo tablero. Si desea cobre más grueso, debe espaciar los rastros más separados de lo que puede estar acostumbrado en PCB más típicos.

  1. Siempre puedes llamar a una PCB fab y preguntar si pueden manejar cobre más grueso. Pero asegúrate de preguntar cuánto costará. Incluso si pueden producir cobre más grueso, es posible que no desee pagar el sumador de costos.

  2. El cobre en las 2 capas externas siempre es más grueso que las capas internas. Los fabricantes de PCB generalmente compran tableros revestidos de cobre "en blanco" con un grosor de 17.5 um o 35 um, los graban y agregan espaciadores entre ellos y los pegan, de modo que es el grosor de cada capa interna. Luego perforan agujeros y arrojan el PCB al baño de enchapado, que produce una capa de cobre en cada agujero y en las capas externas. El resultado es que todas las capas internas tienen el mismo grosor, y ambas capas externas tienen el mismo grosor, más gruesas que las capas internas.

  3. Al empujar corrientes altas, normalmente se desean trazas cortas y cortas para reducir la resistencia y, por lo tanto, el calor I2R generado en esas trazas. Si tiene 2 trazas desiguales en diferentes capas "en paralelo", reducir el ancho de cualquier parte de cualquiera de las trazas aumenta la resistencia y, por lo tanto, el calor I2R generado empeora las cosas. No importa si hace que la tabla esté más balanceada al reducir el ancho de la traza más ancha o más desequilibrada al reducir la ancho de la traza más estrecha.

5- Al conectar varias capas de trazas de alta corriente, ¿cuál es la mejor práctica: colocar una matriz o cuadrícula de vías cerca de la fuente actual, o colocar las vías a lo largo de la traza de alta corriente?

Sospecho que colocar la matriz cerca de la fuente actual dará una menor resistencia neta.

"¿Hay algún problema al tener pesos de cobre asimétricos? Por ejemplo, 35 um en la capa 1-4 y 70 um en la capa 5 y 6?"

Las primeras configuraciones de PCB tuvieron problemas a menos que las capas estuvieran "equilibradas". Tengo entendido que las fábricas modernas de PCB ya no tienen esos problemas, por lo que la gente en principio podría hacer PCB desequilibrada. Pero la mayoría de la gente no se molesta: las capas internas delgadas estándar, las capas externas gruesas, con 2 espesores distintos, a menudo son adecuadas para la mayoría de las tablas.

    
respondido por el davidcary
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La mejor fuente para muchas de estas preguntas es el proveedor de PCB que ha seleccionado. Los diferentes proveedores de PCB sobresalen en diferentes tipos de tableros: algunos son excelentes a alta velocidad, con tolerancias ajustadas; otros son buenos en aplicaciones de alta potencia. La mayoría hará casi cualquier cosa que usted solicite, pero puede haber una prima de precio.

No mencionaste si la corriente alta estará en altos voltajes. Si es así, tendrá que cumplir con los requisitos adicionales de creación / separación para pasar los requisitos de seguridad del producto.

    
respondido por el Fix It Until It's Broken

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