हेवी कॉपर पीसीबी के लिए उत्पादन तकनीक: उच्च-वर्तमान इलेक्ट्रॉनिक्स को आगे बढ़ाना

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भारी तांबे के पीसीबी जो तांबे के निशान और विमानों द्वारा परिभाषित होते हैं जिनकी मोटाई 3 औंस (105 μm) या अधिक होती है, उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों की रीढ़ हैं।इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) इन्वर्टर से लेकर औद्योगिक मोटर नियंत्रकों तक, ये विशेष सर्किट बोर्ड आधुनिक पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आवश्यक वर्तमान-वाहक क्षमता और थर्मल प्रदर्शन प्रदान करते हैं।भारी तांबा उत्पादन प्रौद्योगिकी में प्रगति ने उनकी क्षमताओं का विस्तार किया है, उच्च वर्तमान रेटिंग और बेहतर विश्वसनीयता के साथ पतले बोर्डों को सक्षम करता है।

इस गाइड में भारी तांबे के पीसीबी के लिए नवीनतम उत्पादन प्रौद्योगिकियों, मानक तांबे के डिजाइनों की तुलना में उनके प्रमुख लाभों की जांच की गई है,और कैसे निर्माता उच्च शक्ति अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए पारंपरिक चुनौतियों को दूर कर रहे हैं.

महत्वपूर्ण बातें
1भारी तांबे के पीसीबी (3 औंस+) मानक 1 औंस तांबे के पीसीबी की तुलना में 2 ̊5 गुना अधिक धारा को संभालते हैं, गर्मी अपव्यय के लिए 40 ̊60% बेहतर थर्मल चालकता के साथ।
2उन्नत प्लेटिंग तकनीक (प्रत्यक्ष धातुकरण, पल्स प्लेटिंग) अब बड़े पैनलों में एक समान तांबे की मोटाई (± 5%) प्राप्त करती है, जो 50A+ पावर पथों के लिए महत्वपूर्ण है।
3लेजर एब्लेशन और प्लाज्मा उत्कीर्णन भारी तांबे के डिजाइनों में ठीक निशान चौड़ाई (0.2 मिमी) को सक्षम करते हैं, उच्च वर्तमान क्षमता को संकेत अखंडता के साथ संतुलित करते हैं।
4भारी तांबे के पीसीबी के लिए उत्पादन लागत मानक पीसीबी की तुलना में 2×4 गुना अधिक है, लेकिन उनकी स्थायित्व लंबे जीवनकाल और कम हीट सिंक के माध्यम से सिस्टम लागत को 15×25% तक कम करती है।

भारी तांबे के पीसीबी क्या हैं?
भारी तांबे के पीसीबी में तांबे के निशान, विमान और 3oz (105μm) से शुरू होने वाली मोटाई के साथ व्यास होते हैं, जो अत्यधिक उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए 20oz (700μm) तक बढ़ते हैं।यह मोटी तांबा दो महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है:
1उच्च वर्तमान क्षमताः मोटी तांबा प्रतिरोध को कम करता है (ओहम का नियम), बिना ओवरहीटिंग के 30 से 200 ए धाराओं की अनुमति देता है। 3 औंस तांबा निशान (105μm) 30 ए को संभालता है,जबकि एक 10oz निशान (350μm) एक ही चौड़ाई में 80A ले जाता है.
2.उच्च ताप चालकताः तांबे की उच्च ताप चालकता (401 W/m·K) बिजली घटकों (जैसे, IGBT, MOSFET) से पूरे बोर्ड में गर्मी फैलाती है, जिससे हॉटस्पॉट 30-50°C तक कम हो जाते हैं।
ये गुण भारी तांबे के पीसीबी को इलेक्ट्रिक वाहनों, नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों और औद्योगिक मशीनरी में अपरिहार्य बनाते हैं जहां बिजली घनत्व और विश्वसनीयता पर कोई बातचीत नहीं की जाती है।

भारी तांबे के पीसीबी के लिए उत्पादन प्रौद्योगिकी
भारी तांबे के पीसीबी के निर्माण के लिए सटीकता बनाए रखते हुए मोटी तांबे को संभालने के लिए विशेष प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। नीचे उनके उत्पादन को चलाने वाली प्रमुख प्रौद्योगिकियां दी गई हैंः
1तांबा जमाव: मोटी, समान परतें बनाना
भारी तांबे के पीसीबी उत्पादन में मोटी तांबे को समान रूप से जमा करना सबसे महत्वपूर्ण चुनौती है। पारंपरिक इलेक्ट्रोप्लेटिंग मोटाई स्थिरता के साथ संघर्ष करती है, लेकिन उन्नत तरीकों ने इसे हल किया है:
a.पल्स प्लेटिंग: निरंतर डीसी के बजाय पल्स करंट (ऑन/ऑफ चक्र) का उपयोग करता है, जिससे "एज अपग्रेड" (ट्रेस किनारों पर मोटी तांबा) कम होता है। यह 18"×24" पैनलों में ±5% मोटाई एकरूपता प्राप्त करता है।.±15% पारंपरिक चढ़ाना के साथ. पल्स चढ़ाना 3 ¢ 10 औंस तांबे के लिए आदर्श है, 20μm/घंटे की जमाव दर के साथ.
प्रत्यक्ष धातुकरण: विद्युत रहित तांबे के बीज की पारंपरिक परतों को बायपास करता है, जो सीधे डायलेक्ट्रिक से तांबे को जोड़ने के लिए प्रवाहकीय पॉलिमर का उपयोग करता है।यह 10 20oz तांबे डिजाइन में आसंजन मुद्दों को समाप्त करता है, जो कि 40% तक विघटन को कम करता है।
सी.लामिनेटेड कॉपर फोइलः अल्ट्रा-घने तांबे (10 ¢ 20 औंस) के लिए, प्री-लामिनेटेड कॉपर फोइल (एक प्रेस में डाइलेक्ट्रिक से बंधे) कोटिंग की जगह लेते हैं।इस विधि 20 औंस डिजाइन के लिए उत्पादन समय 50% द्वारा कटौती करता है, लेकिन 0 के लिए निशान बारीकता सीमित करता है.5mm +

2उत्कीर्णन: मोटी तांबे में सटीकता
निशान बनाने के लिए मोटी तांबे (≥3 औंस) को उत्कीर्ण करने के लिए मानक 1 औंस तांबे की तुलना में अधिक आक्रामक प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती हैः
प्लाज्मा उत्कीर्णन: 3 ̊5 औंस डिजाइनों में ठीक निशान चौड़ाई (0.2 मिमी) प्राप्त करने के लिए तांबे को उत्कीर्ण करने के लिए आयनित गैस (O2, CF4) का उपयोग करता है।रासायनिक उत्कीर्णन की तुलना में प्लाज्मा उत्कीर्णन 2 गुना धीमा है लेकिन 70% तक कम कटौती (प्रतिरोध के तहत अधिक उत्कीर्णन) को कम करता है, उच्च धारा के निशानों के लिए महत्वपूर्ण जहां चौड़ाई सटीकता वर्तमान क्षमता को प्रभावित करती है।
लेजर एब्लेशनः 5 ̊10 औंस तांबे के लिए, लेजर (सीओ 2 या फाइबर) चुनिंदा रूप से तांबे को बिना प्रतिरोध के हटा देते हैं, जटिल पैटर्न बनाते हैं (जैसे, 0.3 मिमी के अंतर के साथ 0.3 मिमी के निशान) ।लेजर एब्लेशन प्रोटोटाइप या कम मात्रा में चलने के लिए आदर्श है, क्योंकि यह महंगे फोटोमास्क से बचता है।
सी. रासायनिक उत्कीर्णन (उन्नत): संशोधित उत्कीर्णक (अतिरिक्तों के साथ लौह क्लोराइड) 3 ̊5 औंस तांबे के उत्कीर्णन को तेज करते हैं, असमान हटाने से रोकने के लिए स्प्रे दबावों को अनुकूलित करते हैं।यह उच्च मात्रा में उत्पादन के लिए सबसे अधिक लागत प्रभावी विधि बनी हुई है.

3भरने और प्लैटिंग के माध्यम से उच्च-वर्तमान कनेक्शन सुनिश्चित करना
भारी तांबे के पीसीबी में व्यासों को बड़े धाराओं को ले जाना चाहिए, जिसमें भरे या मोटे रूप से लेपित बैरल की आवश्यकता होती हैः
क. तांबा के माध्यम से भरनाः इलेक्ट्रोप्लाटिंग पूरी तरह से तांबे के साथ बीयर्स को भरता है, ठोस कंडक्टर बनाता है जो 20 ¢ 50 ए (मानक लेपित बीयर्स के लिए 10 ¢ 20 ए) को संभालता है।भरे हुए वायस भी ताप प्रवाहकता में सुधार करते हैं, आंतरिक परतों से गर्मी को बाहरी विमानों में स्थानांतरित करता है।
b. उच्च मोटाई के माध्यम से प्लेटिंगः भरने के लिए बहुत बड़े माध्यमों के लिए, 75 ‰ 100 μm तांबे (3 ‰ 4x मानक मोटाई) के साथ प्लेटिंग वर्तमान क्षमता सुनिश्चित करती है।बैरल की समान मोटाई बनाए रखने के लिए यहां पल्स प्लेटिंग का प्रयोग किया जाता है, "गर्दन" (पतले वर्गों) को रोकने के लिए जो ओवरहीटिंग का कारण बनता है।

4लेमिनेशनः बिना लेमिनेशन के लिंकिंग लेयर
भारी तांबे के पीसीबी अक्सर बहु-परत डिजाइन का उपयोग करते हैं, जिसमें परतों के अलगाव को रोकने के लिए मजबूत लेमिनेशन की आवश्यकता होती हैः
a.नियंत्रित दबाव लेमिनेशनः प्रोग्राम करने योग्य दबाव प्रोफाइल (लगातार 300-500 psi तक बढ़ते हुए) वाले प्रेस तांबे और डाइलेक्ट्रिक के बीच उचित बंधन सुनिश्चित करते हैं, यहां तक कि 10oz+ तांबे के साथ भी।यह विलायन को 60% तक कम करता है. मानक टुकड़े टुकड़े।
b.High-Tg Dielectrics: FR4 glass transition temperatures (Tg) ≥170°C (standard FR4 के लिए 130°C के मुकाबले) के साथ भारी तांबे द्वारा उत्पन्न उच्च तापमान का सामना करता है,लेमिनेशन और ऑपरेशन के दौरान राल के अपघटन को रोकना.

उन्नत भारी तांबा उत्पादन प्रौद्योगिकियों के फायदे
इन विनिर्माण प्रगति ने भारी तांबे के पीसीबी के लिए नई क्षमताओं को अनलॉक किया हैः

1उच्चतर धारा घनत्व
बेहतर निशान, अधिक वर्तमानः लेजर एब्लेशन और प्लाज्मा उत्कीर्णन 0.2 मिमी के निशान को 3 औंस तांबे में पहले की तुलना में 30% संकीर्ण बनाने में सक्षम बनाता है। यह 0.2 मिमी के निशान में 30 ए की अनुमति देता है,कॉम्पैक्ट ईवी बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) में अधिक बिजली मार्गों को फिट करना.
क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में कमीः उन्नत प्लेटिंग एक समान मोटाई प्राप्त करती है, इसलिए डिजाइनर स्थान बचाने के लिए पतले निशान (एक ही वर्तमान क्षमता के साथ) निर्दिष्ट कर सकते हैं।एक 5 औंस तांबा निशान अब एक 7 औंस निशान की जगह ले सकता है, जिससे बोर्ड का वजन 15% कम हो जाता है।

2थर्मल प्रदर्शन में सुधार
बेहतर गर्मी फैलाव: समान तांबे के विमान (इंपल्स प्लेटिंग के माध्यम से प्राप्त) असमान परतों की तुलना में 40% अधिक समान रूप से गर्मी फैलाते हैं, 100A + औद्योगिक मोटर ड्राइव में हॉटस्पॉट को समाप्त करते हैं।
एकीकृत हीट सिंक: मोटे तांबे के विमान अंतर्निहित हीट सिंक के रूप में कार्य करते हैं, बाहरी शीतलन की आवश्यकता को कम करते हैं। एक सौर इन्वर्टर में 10 औंस तांबे का पीसीबी $ 15 हीट सिंक को समाप्त करता है, सिस्टम लागत में कटौती करता है।

3बढ़ी हुई विश्वसनीयता
कम थकान: प्रत्यक्ष धातुकरण तांबे के आसंजन में सुधार करता है, जिससे कंपन (20 जी) और थर्मल साइक्लिंग (-40 डिग्री सेल्सियस से 125 डिग्री सेल्सियस) के लिए निशान अधिक प्रतिरोधी होते हैं।यह ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में जीवनकाल को 2×3 गुना बढ़ाता है.
कम विफलता जोखिमः भरे हुए वायस रिक्तियों (वायु जेबों) को समाप्त करते हैं जो आर्किंग का कारण बनते हैं, उच्च वोल्टेज (600V+) प्रणालियों में क्षेत्र की विफलताओं को 50% तक कम करते हैं।

भारी तांबे के पीसीबी के अनुप्रयोग
उन्नत उत्पादन प्रौद्योगिकियों ने उद्योगों में भारी तांबे पीसीबी के उपयोग के मामलों का विस्तार किया हैः
1इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) और हाइब्रिड ईवी
इन्वर्टर: मोटरों के लिए डीसी बैटरी पावर को एसी में परिवर्तित करें, 100 से 300 ए को संभालने के लिए 3 10 औंस तांबे के निशान का उपयोग करें। पल्स-प्लेट किए गए तांबे एक समान वर्तमान वितरण सुनिश्चित करते हैं, ओवरहीटिंग को रोकते हैं।
बैटरी मैनेजमेंट सिस्टम (बीएमएस): 5 औंस तांबे के निशान बैटरी कोशिकाओं को जोड़ते हैं, भरे हुए वायस के साथ कॉम्पैक्ट मॉड्यूल में उच्च-वर्तमान संतुलन (20 ए) को सक्षम करते हैं।

2नवीकरणीय ऊर्जा
सौर इन्वर्टरः 7 ̊10 औंस तांबे के पीसीबी सौर पैनलों से 50 ̊100 ए को संभालते हैं, जिसमें मोटे तांबे के विमान बिजली अर्धचालकों से गर्मी को दूर करते हैं।
पवन टरबाइन नियंत्रक: 10 15oz तांबा टरबाइन पिच नियंत्रण में 150A धाराओं का सामना करता है, कठोर वातावरण में विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए टुकड़े टुकड़े किए गए तांबे की पन्नी के साथ।

3औद्योगिक मशीनरी
मोटर ड्राइवः वैरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (वीएफडी) में 3 ̊7 औंस कॉपर पीसीबी 30 ̊80 ए ले जाते हैं, जिसमें प्लाज्मा-एट किए गए निशान तंग संलग्नकों में फिट होते हैं।
वेल्डिंग उपकरण: 15 ̊20 औंस तांबा वेल्डिंग बिजली आपूर्ति में 200 ए + धाराओं को संभालता है, उच्च गर्मी के तहत विघटन को रोकने के लिए प्रत्यक्ष धातुकरण का उपयोग करता है।

4एयरोस्पेस और रक्षा
पावर डिस्ट्रीब्यूशन यूनिट (पीडीयू): विमानों में 5 ̊10 औंस तांबे के पीसीबी 50 ̊100 ए वितरित करते हैं, जिसमें 40,000 फीट की ऊंचाई पर विश्वसनीयता सुनिश्चित करने वाले भरा हुआ वायस होता है।
रडार प्रणालियाँ: भारी तांबे के विमान उच्च-शक्ति वाले ट्रांसमीटरों के लिए पावर कंडक्टर और हीट सिंक दोनों के रूप में कार्य करते हैं, पारंपरिक डिजाइनों की तुलना में 20% वजन कम करते हैं।

लागत और आरओआई पर विचार
विशेष सामग्री और प्रक्रियाओं के कारण भारी तांबे के पीसीबी की कीमत मानक 1 औंस पीसीबी की तुलना में 2 ¢ 4 गुना अधिक होती है। हालांकि, स्वामित्व की कुल लागत अक्सर कम होती हैः
a. कम घटक लागतः एकीकृत गर्मी फैलाव उच्च-शक्ति डिजाइनों में (5 ̊) 20 हीट सिंक को समाप्त करता है।
b.लंबा जीवन कालः औद्योगिक और एयरोस्पेस प्रणालियों में प्रतिस्थापन लागत में 2 से 3 गुना अधिक परिचालन जीवन कम होता है।
c.कम पदचिह्नः उच्च वर्तमान घनत्व बोर्ड के आकार को 20-30% तक कम करता है, जिसमें संलग्नक और शिपिंग लागत की बचत होती है।
उदाहरण: 5 औंस के तांबे के ईवी इन्वर्टरों के 1000 यूनिट चलने की लागत (1 औंस के पीसीबी की तुलना में 20,000 अधिक अग्रिम है लेकिन बचत करता है) हीट सिंक में 30,000 और वारंटी दावों में 15,000) बचत में 25,000।

सामान्य प्रश्न
प्रश्न: भारी तांबे के पीसीबी के लिए अधिकतम तांबे की मोटाई क्या है?
एः वाणिज्यिक उत्पादन 20oz (700μm) तक का समर्थन करता है, हालांकि विशेष सैन्य अनुप्रयोगों के लिए कस्टम डिजाइन 30oz (1050μm) तक पहुंच सकते हैं।

प्रश्न: क्या भारी तांबे के पीसीबी उच्च गति संकेतों का समर्थन कर सकते हैं?
A: हाँ ¢ प्लाज्मा उत्कीर्णन नियंत्रित प्रतिबाधा (50Ω/100Ω) के साथ 0.2 मिमी के निशान को सक्षम करता है, जिससे वे पावर-इलेक्ट्रॉनिक्स-कम्युनिकेशन सिस्टम (जैसे, EV CAN बसों) में 1 ¢ 10Gbps संकेतों के लिए उपयुक्त होते हैं।

प्रश्न: भारी तांबे के पीसीबी थर्मल साइकिल को कैसे संभालते हैं?
A: उन्नत टुकड़े टुकड़े और प्रत्यक्ष धातुकरण तांबे-डिलेक्ट्रिक तनाव को कम करते हैं, जिससे 1000+ थर्मल चक्र (-40°C से 125°C) बिना टुकड़े टुकड़े किए IPC-6012 कक्षा 3 मानकों को पूरा करते हैं।

प्रश्न: क्या भारी तांबे के पीसीबी सीसा मुक्त मिलाप के साथ संगत हैं?
A: हाँ ¢ उच्च-Tg डाईलेक्ट्रिक्स और मजबूत तांबा आसंजन बिना गिरावट के 260°C सीसा मुक्त रिफ्लो तापमान का सामना करते हैं।

प्रश्न: भारी तांबे के पीसीबी के लिए विशिष्ट नेतृत्व समय क्या है?
A: प्रोटोटाइप के लिए 4 ¢ 6 सप्ताह (3 ¢ 5 औंस), उच्च मात्रा के उत्पादन के लिए 6 ¢ 8 सप्ताह (5 ¢ 10 औंस) अल्ट्रा मोटी (15 ¢ 20 औंस) डिजाइन विशेष टुकड़े टुकड़े के कारण 8 ¢ 10 सप्ताह लग सकते हैं।

निष्कर्ष
भारी तांबे के पीसीबी के लिए उत्पादन प्रौद्योगिकियों ने नाटकीय रूप से प्रगति की है, जिससे उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए पतले, अधिक विश्वसनीय और उच्च-प्रदर्शन वाले बोर्ड संभव हो गए हैं।एक समान मोटाई के लिए पल्स प्लेटिंग से लेकर ठीक निशान के लिए लेजर एब्लेशन तकइन नवाचारों ने इलेक्ट्रिक वाहनों, नवीकरणीय ऊर्जा और औद्योगिक प्रणालियों में भारी तांबे के पीसीबी की भूमिका का विस्तार किया है, जहां बिजली घनत्व और स्थायित्व महत्वपूर्ण हैं।
जबकि भारी तांबे के पीसीबी में अधिक प्रारंभिक लागत होती है, सिस्टम के आकार को कम करने, हीट सिंक को खत्म करने और जीवन काल को बढ़ाने की उनकी क्षमता उन्हें दीर्घकालिक विश्वसनीयता के लिए लागत प्रभावी विकल्प बनाती है।जैसे-जैसे उच्च-प्रवाह इलेक्ट्रॉनिक्स की मांग बढ़ती है, जमाव, उत्कीर्णन में आगे की प्रगति,और टुकड़े टुकड़े करने से पीसीबी के लिए भारी तांबा की सीमाओं को आगे बढ़ाया जाएगा।.