I. ขั้นแรก ทำความเข้าใจ: ทำไมต้องเลือก PCB ทองแดงหนา? (บทนำ 30 วินาที)

PCB ทองแดงหนา พูดง่ายๆ คือแผงวงจรที่มีความหนาของฟอยล์ทองแดง ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm) โดยทั่วไปจะพบในสถานการณ์ "กำลังไฟสูง การกระจายความร้อนสูง" เช่น แหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม ยานยนต์พลังงานใหม่ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น กองชาร์จยานยนต์พลังงานใหม่ต้องทนต่อกระแสไฟกระชากสูง แผงทองแดงบางแบบธรรมดาจะร้อนเกินไปและไหม้ได้ง่าย ทองแดงหนาทำหน้าที่เหมือน "ทางหลวงในวงจร" กระจายกระแสไฟและความร้อนอย่างรวดเร็ว และยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของแผงวงจร (ทนต่อการงอ ทนต่อการสั่นสะเทือน) อย่างไรก็ตาม ทองแดงหนาไม่ใช่ "ยิ่งหนายิ่งดี" การออกแบบที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่ปัญหาต่างๆ เช่น "การกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ การบัดกรีที่ไม่ดี และค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น" นี่คือประเด็นหลักที่เราจะเน้นในวันนี้: จะทำอย่างไรเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพในขณะเดียวกันก็มั่นใจได้ถึงความสามารถในการผลิต (DFM)?

II. ข้อควรพิจารณาหลักสำหรับการออกแบบ PCB ทองแดงหนา (ขั้นตอนแรกในการหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด)

1. การเลือกความหนาของฟอยล์ทองแดง: อย่าไล่ตาม "ยิ่งหนายิ่งดี" หลักการสำคัญ: พิกัดกระแสไฟเป็นตัวกำหนดความหนาของทองแดง สูตรอย่างง่ายคือ: กระแสไฟที่อนุญาต (A) ≈ ความหนาของฟอยล์ทองแดง (oz) × ความกว้างของร่องรอย (mm) × 0.8 (อุณหภูมิแวดล้อม ≤40℃) ตัวอย่าง: ฟอยล์ทองแดง 3oz + ร่องรอยกว้าง 3 มม. สามารถทนต่อกระแสไฟได้ประมาณ 7.2A ซึ่งเพียงพอสำหรับสถานการณ์แหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ข้อผิดพลาด: ทองแดงเกิน 10oz อาจทำให้ PCB งอและเจาะยาก เว้นแต่จะมีข้อกำหนดพิเศษ (เช่น อุปกรณ์การบินและอวกาศ) ให้จัดลำดับความสำคัญของข้อกำหนด 3-6oz หลัก

2. การออกแบบร่องรอย: หลีกเลี่ยง "การให้ความร้อนที่คอแคบ" และทำให้แน่ใจว่ากระแสไฟไหลราบรื่น ความกว้างของร่องรอย: ร่องรอยทองแดงหนาไม่ควรแคบเกินไป! สำหรับฟอยล์ทองแดง 3oz ความกว้างของร่องรอยขั้นต่ำที่แนะนำคือ ≥0.3 มม. (0.1 มม. ก็เพียงพอสำหรับทองแดงบางแบบธรรมดา) ความกว้างควรเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนกับกระแสไฟ (เช่น สำหรับฟอยล์ทองแดง 6oz ที่มีกระแสไฟ 10A ความกว้างที่แนะนำคือ ≥5 มม.)

การเปลี่ยนร่องรอย: หลีกเลี่ยงการแคบลง/กว้างขึ้นอย่างกะทันหัน (เช่น ลดลงอย่างกะทันหันจาก 5 มม. เป็น 1 มม.) ใช้ "การเปลี่ยนแบบค่อยเป็นค่อยไป" (ความยาว ≥ 3 เท่าของความแตกต่างของความกว้าง) มิฉะนั้นจะเกิด "คอขวดกระแสไฟ" ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่และไหม้ การเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อน: ภายใต้อุปกรณ์กำลังไฟสูง (เช่น MOSFET) ใช้ "การชุบทองแดง + รูระบายความร้อน" (เส้นผ่านศูนย์กลางของรู 0.8-1.2 มม. ระยะห่าง 2-3 มม.) เพื่อให้ความร้อนถูกนำไปยังระนาบกราวด์/พลังงานอย่างรวดเร็ว

3. การออกแบบรู: "ข้อบกพร่องร้ายแรง" ของแผงทองแดงหนา—ใส่ใจอย่างใกล้ชิด! เส้นผ่านศูนย์กลางของรู: ชั้นทองแดงบนผนังรูของแผ่นทองแดงหนาต้องตรงกับความหนาของฟอยล์ทองแดง เส้นผ่านศูนย์กลางของรูมาตรฐาน 0.4 มม. ไม่เพียงพอสำหรับการชุบฟอยล์ทองแดง 3oz แนะนำให้ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางของรูขั้นต่ำ ≥0.8 มม. (โดยมีความหนาของผนังทองแดง ≥20μm)

จำนวนรู: อย่าใช้รูเดียวบนเส้นทางกระแสไฟสูง! ตัวอย่างเช่น หากฟอยล์ทองแดง 3oz มีกระแสไฟ 5A ขอแนะนำให้ใช้รูขนานกัน 2-3 รู (แต่ละรูสามารถทนต่อกระแสไฟได้ประมาณ 2-3A) เพื่อป้องกันไม่ให้รูร้อนเกินไปและหลอมละลาย

การเปิดหน้ากากบัดกรี: ควรจัดให้มีการเปิดหน้ากากบัดกรีที่เพียงพอ (0.2-0.3 มม. ใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรู) รอบๆ รู เพื่อป้องกันไม่ให้บัดกรีอุดตันรูในระหว่างการบัดกรี ซึ่งจะส่งผลต่อการกระจายความร้อนและการนำไฟฟ้า

III. การออกแบบ DFM สำหรับ PCB ทองแดงหนา: ทำให้โรงงานสามารถ "ผลิตโดยมีการทำงานซ้ำน้อยลง"

หัวใจสำคัญของ DFM (การออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต) คือ "การออกแบบต้องปรับให้เข้ากับกระบวนการผลิต" DFM สำหรับ PCB ทองแดงหนาเน้นที่การแก้ปัญหา "ความท้าทายด้านกระบวนการที่เกิดจากทองแดงหนา":

1. การกัดฟอยล์ทองแดง: หลีกเลี่ยงการกัดที่ไม่สม่ำเสมอ ความกว้าง/ระยะห่างขั้นต่ำ: สำหรับฟอยล์ทองแดง 3oz ความกว้างของเส้นขั้นต่ำ ≥ 0.3 มม. และระยะห่างของเส้นขั้นต่ำ ≥ 0.3 มม. (0.1 มม. ก็เพียงพอสำหรับทองแดงบาง); สำหรับฟอยล์ทองแดง 6oz แนะนำให้ใช้ความกว้าง/ระยะห่างของเส้น ≥ 0.4 มม. มิฉะนั้น "ความกว้างของเส้นที่ไม่ถูกต้อง" และ "ไฟฟ้าลัดวงจร" มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในระหว่างการกัด
2. การวางทองแดงพร้อมช่องเปิด: สำหรับการวางทองแดงในพื้นที่ขนาดใหญ่ ให้ใช้ "การวางทองแดงแบบตาราง" (ระยะห่างของตาราง 2-3 มม. ความกว้างของเส้น 0.2-0.3 มม.) เพื่อหลีกเลี่ยงการหดตัวของฟอยล์ทองแดงในระหว่างการกัด ซึ่งอาจทำให้ PCB งอ; หากจำเป็นต้องวางทองแดงแบบทึบ ควรสงวน "ช่องระบายความร้อน" (ความกว้าง 0.5 มม. ระยะห่าง 10-15 มม.)

2. กระบวนการเคลือบ: เพื่อป้องกัน "การหลุดลอกและการเกิดฟอง" ลำดับการเคลือบควรเป็นดังนี้: ควรวางฟอยล์ทองแดงหนาบน "ชั้นนอก" หรือ "ใกล้กับชั้นนอก" เพื่อหลีกเลี่ยงการถูกประกบตรงกลางและป้องกันการกระจายความร้อน; ความหนาของฟอยล์ทองแดงของบอร์ดหลายชั้นควรสมมาตร (เช่น 3oz สำหรับชั้นบนและ 3oz สำหรับชั้นล่าง) มิฉะนั้นจะเกิดการบิดงอหลังจากเคลือบ การเลือกซับสเตรต: จัดลำดับความสำคัญของซับสเตรต Tg สูง (Tg≥170℃) เช่น ซับสเตรต FR-4 Tg170 หรือ PI เพื่อหลีกเลี่ยงการอ่อนตัวและการหลุดลอกของซับสเตรตในระหว่างการบัดกรีที่อุณหภูมิสูง (อุณหภูมิการบัดกรีของแผ่นทองแดงหนามักจะสูงกว่าทองแดงบาง 10-20℃)

3. กระบวนการบัดกรี: การเลือกอุปกรณ์ "การนำความร้อนสูง" ที่เหมาะสมสำหรับทองแดงหนา: จัดลำดับความสำคัญของ "แพ็คเกจกำลังไฟสูง" (เช่น TO-220, D2PAK) เพื่อหลีกเลี่ยงการบัดกรีอุปกรณ์ขนาดเล็กบนทองแดงหนา ซึ่งความร้อนไม่สามารถกระจายออกไปได้และการบัดกรีจะหลอมละลาย การออกแบบแผ่น: แผ่นบนทองแดงหนาควรมีขนาดใหญ่กว่าแผ่นธรรมดา 0.2-0.3 มม. ตัวอย่างเช่น แผ่นสำหรับตัวต้านทาน 0805 โดยทั่วไปคือ 0.8×1.2 มม. แต่สำหรับทองแดงหนา แนะนำให้ใช้ 1.0×1.5 มม. เพื่อให้แน่ใจว่าข้อต่อบัดกรีแข็งแรง พารามิเตอร์การบัดกรีแบบ Reflow: ทองแดงหนาดูดซับความร้อนได้มากกว่า ดังนั้นอุณหภูมิการบัดกรีแบบ Reflow ควรเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสม (สูงกว่าทองแดงบาง 5-10℃) และขยายเวลาการถือครองออกไป 10-15 วินาที เพื่อหลีกเลี่ยง "ข้อต่อบัดกรีเย็น"

4. การควบคุมต้นทุน: มูลค่าที่ซ่อนอยู่ของ DFM (การออกแบบเพื่อการผลิต) - หลีกเลี่ยงการออกแบบที่มากเกินไป: ตัวอย่างเช่น ใช้ฟอยล์ทองแดง 1-2oz ในพื้นที่ที่ไม่ต้องการกระแสไฟสูง และใช้ทองแดงหนาเฉพาะในเส้นทางวิกฤตเพื่อลดต้นทุนวัสดุ; ขนาดมาตรฐาน: ใช้ความหนาของบอร์ดมาตรฐานจากโรงงาน (เช่น 1.6 มม., 2.0 มม.) ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ ความหนาของบอร์ดพิเศษ (เช่น 3.0 มม. ขึ้นไป) จะเพิ่มความยากลำบากและต้นทุนในการประมวลผล; การสื่อสารล่วงหน้า: ยืนยันความสามารถในการประมวลผลกับผู้ผลิต PCB ก่อนการออกแบบ (เช่น ความหนาทองแดงสูงสุด เส้นผ่านศูนย์กลางรูขั้นต่ำ ความแม่นยำในการกัด) เพื่อหลีกเลี่ยงการออกแบบที่ไม่สามารถผลิตได้หลังจากเสร็จสิ้น

IV. สรุป:

การออกแบบ PCB ทองแดงหนา: "3 องค์ประกอบหลัก"
ความหนาของทองแดงที่ตรงกับกระแสไฟ: หลีกเลี่ยงการเพิ่มความหนาอย่างไม่รู้ตัว เลือกข้อกำหนดหลัก 3-6oz ตามข้อกำหนดกระแสไฟ; การลดความเสี่ยงผ่านรายละเอียด: การเปลี่ยนร่องรอยแบบค่อยเป็นค่อยไป รูขนาน และความกว้าง/ระยะห่างของร่องรอยที่สอดคล้องกัน; ลำดับความสำคัญของ DFM: พิจารณากระบวนการกัด การเคลือบ และการบัดกรีในระหว่างการออกแบบเพื่อลดการทำงานซ้ำ การออกแบบ PCB ทองแดงหนาอาจดูซับซ้อน แต่ด้วยการทำความเข้าใจองค์ประกอบหลักสองประการของ "การนำกระแสไฟ" และ "ความเข้ากันได้ของกระบวนการ" สามารถหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดส่วนใหญ่ได้