PCB de cobre pesado: fabricantes, aplicaciones e industrias clave

Los PCB de cobre pesado, definidos por espesores de cobre de 3 oz (105 μm) o más, son la columna vertebral de la electrónica de alta potencia.que permite la distribución eficiente de grandes corrientes en aplicaciones que van desde vehículos eléctricos (VE) hasta maquinaria industrialA diferencia de los PCB estándar (1 ¢ 2 oz de cobre), los diseños de cobre pesado ofrecen una conductividad térmica superior, capacidad de carga de corriente y resistencia mecánica.haciendo que sean indispensables para los sistemas que exigen fiabilidad en condiciones extremas.

Esta guía explora las propiedades únicas de los PCB de cobre pesado, sus desafíos de fabricación, los principales fabricantes y las aplicaciones del mundo real en todas las industrias.Ya sea que esté diseñando un sistema de gestión de baterías EV de 500A o un inversor industrial de alta potencia, el conocimiento de la tecnología de cobre pesado le ayudará a seleccionar la solución adecuada para sus necesidades de alta corriente.

Las cosas que hay que aprender
1Los PCB de cobre pesado utilizan cobre de 3 oz (105 μm) a 20 oz (700 μm), soportando corrientes de hasta 500A ¢ 10 veces más que los PCB estándar de 1 oz.
2Disparan calor 3 veces más rápido que los PCB estándar, reduciendo las temperaturas de los componentes en 20-30 °C en aplicaciones de alta potencia.
3Las técnicas de fabricación críticas incluyen el grabado controlado, la tecnología de ajuste de prensa y las características de gestión térmica como las vías llenas de cobre.
4Los principales fabricantes (por ejemplo, LT CIRCUIT, Sanmina) se especializan en PCB de cobre pesado, ofreciendo tolerancias tan ajustadas como ± 5% para anchos de traza.
5Las industrias clave incluyen los vehículos eléctricos, las energías renovables, la automatización industrial y la industria aeroespacial, donde la alta corriente y la durabilidad no son negociables.

¿Qué son los PCB de cobre pesado?
Los PCB de cobre pesado son placas de circuito con capas gruesas de cobre (3 oz +) en los planos de potencia y trazas, diseñadas para transportar grandes corrientes y disipar el calor de manera eficiente.El espesor del cobre se mide en onzas por pie cuadrado (oz/ft2)Los diseños de cobre pesado generalmente varían de 3 oz (105 μm) a 20 oz (700 μm), aunque las aplicaciones personalizadas pueden usar capas aún más gruesas.

Cómo funcionan los PCB de cobre pesado
Las gruesas capas de cobre cumplen dos funciones principales:

1.Alto manejo de corriente: las huellas más anchas y gruesas reducen la resistencia (ley de Ohm), lo que permite que fluya más corriente sin sobrecalentamiento.4 onzas de rastro de cobre puede llevar 50A 5 veces más que un 1 onza de rastro de la misma anchura.
2Dissipación térmica: La alta conductividad térmica del cobre (401 W/m·K) dispersa el calor de componentes como MOSFET y transformadores, evitando puntos calientes que degradan el rendimiento.

El cobre pesado frente a los PCB de cobre estándar

Propiedades clave de los PCB de cobre pesado
Los PCB de cobre pesado ofrecen un conjunto único de características que los hacen ideales para aplicaciones de alta potencia:

1Capacidad de carga de alta corriente
La ventaja más crítica del cobre pesado es su capacidad para manejar grandes corrientes.que aumenta de espesor y de ancho.:

Nota: Las temperaturas ambientales más altas reducen la ampacidad, ya que la disipación de calor se vuelve menos eficiente.

2. Gestión térmica superior
Las capas gruesas de cobre actúan como disipadores de calor incorporados, diseminando el calor lejos de los componentes:

a. Un plano de cobre de 4 onzas reduce la temperatura del componente en 25 °C en comparación con un plano de 1 onza en una fuente de alimentación de 100 W.
b. Las vías térmicas llenas de cobre (0,3 ∼0,5 mm de diámetro) transfieren calor de los componentes montados en la superficie a las capas internas, mejorando aún más la disipación.

Datos de prueba: Un inversor EV que utiliza PCB de cobre pesado de 4 onzas operado a 85 °C bajo carga completa, frente a 110 °C para un diseño de 2 onzas que extiende la vida útil del semiconductor en 2 veces.

3Durabilidad mecánica
Las huellas de cobre pesado y los aviones son más resistentes al estrés físico:

a. Resistencia a las vibraciones (20-2.000 Hz) en entornos automotrices e industriales (conforme a la norma MIL-STD-883H).
b. Resiste la fatiga por el ciclo térmico (-40 °C a 125 °C), reduciendo los fallos de las juntas de soldadura en un 50% en comparación con los PCB estándar.

Fabricación de PCB de cobre pesado: retos y soluciones
La producción de PCB de cobre pesado requiere procesos especializados para manejar cobre grueso manteniendo la precisión:

1. grabado controlado
El grabado de cobre grueso (3 oz +) sin recortar (eliminación excesiva de los lados de traza) es un desafío.

a.Etirado con sulfato de cobre ácido: velocidades de etirado más lentas (1μm/min) con un control preciso de la temperatura (45°C-50°C) para mantener la exactitud de los rastros.
b.Etapos de grabado: múltiples pasos con una concentración reducida de grabador para minimizar el corte bajo, logrando tolerancias de rastros de ± 5%.

Resultado: Un rastro de cobre de 4 onzas con un ancho objetivo de 10 mm mantiene dimensiones de 9,5 ∼ 10,5 mm, asegurando un flujo de corriente constante.

2Laminado y enlace
Las capas gruesas de cobre requieren una adhesión más fuerte al sustrato (por ejemplo, FR4, cerámica) para evitar la delaminación:

a.Laminación a alta presión: la presión de 400-500 psi a 180 °C garantiza una unión adecuada entre el cobre y el sustrato.
b.Procesos libres de adhesivos: la unión directa (por ejemplo, DBC para sustratos cerámicos) elimina las capas epoxi, mejorando la conductividad térmica.

3Vias térmicas y características de gestión del calor
Los PCB de cobre pesado a menudo incluyen características térmicas adicionales:

a. Vias llenas de cobre: Revestidas con cobre de 20 ‰ 30 μm para mejorar la transferencia de calor entre capas.
b.Equipo integrado de disipadores de calor: planos de cobre grueso (10 ̊20 oz) unidos a núcleos de aluminio para cargas térmicas extremas (por ejemplo, sistemas EV de 500 A).

Los principales fabricantes de PCB de cobre pesado
La elección del fabricante adecuado es fundamental para garantizar la calidad y el rendimiento.
1- ¿ Qué es eso?
Capacidades: 3 ′′ 20 oz de cobre, 4 ′′ 20 capas de PCB, tolerancias ajustadas (± 5% de ancho de traza).
Especialidades: sistemas de gestión de baterías de vehículos eléctricos, inversores industriales y PCB de energía renovable.
Certificaciones: IATF 16949 (automóvil), ISO 9001, UL 94 V-0.

2- ¿ Por qué?
Capacidades: 3 ′′ 12 oz de cobre, PCB de gran formato (hasta 600 mm × 1200 mm).
Especialidades: Aeroespacial y defensa, equipo de imágenes médicas.
Las certificaciones: AS9100, ISO 13485.

3. Tecnologías TTM
Capacidades: 3 ¢ 20 oz de cobre, PCB híbridos (cobre pesado + HDI).
Especialidades: fuentes de alimentación de centros de datos, inversores de tracción de vehículos eléctricos.
Certificaciones: ISO 9001, IATF 16949.

4. Multek
Capacidades: 3 ¢ 10 oz de cobre, producción en gran volumen (10k+ unidades / semana).
Especialidades: electrónica de consumo (cargadores de alta potencia), motores industriales.
Certificaciones: ISO 9001, certificado por UL.

Aplicaciones de los PCB de cobre pesado
Los PCB de cobre pesado se utilizan en todas las industrias donde la alta corriente y la durabilidad son críticas:

1Vehículos eléctricos (VE) y vehículos eléctricos híbridos
a. Sistemas de gestión de baterías (BMS): 4 ‰ 10 oz de trazas de cobre monitorean y equilibran los paquetes de baterías de 800 V, manejando 200 ‰ 500 A durante la carga / descarga.
b. Inversores de tracción: Convierten la corriente continua de la batería en CA para el motor, utilizando cobre de 6 ¢ 12 oz para gestionar corrientes de 300 ¢ 600 A.
c. Cargadores a bordo (OBC): los PCB de cobre de 3 ̊6 oz manejan la conversión de AC a CC de 10 ̊40 A, con vías térmicas para disipar el calor.

2Energía renovable
a. Inversores solares: los PCB de cobre de 4 ¢ 8 oz convierten la corriente continua de los paneles solares en CA, soportando corrientes de 50 ¢ 100 A en entornos exteriores.
b. Controladores de turbinas eólicas: 6 ̊10 oz de cobre gestiona la energía de las turbinas, resistiendo las vibraciones y los cambios de temperatura (-40 ° C a 85 ° C).

3Automatización industrial
a.Motores de accionamiento: PCB de cobre de 3 6oz controlan motores industriales (10 50 CV), manejando 50 200 A en unidades de frecuencia variable (VFD).
b. Equipo de soldadura: 10 ′′ 20 oz de cobre lleva corrientes de 100 ′′ 500 A en soldadores de arco, con planos gruesos para disipar el calor de arcos de alta potencia.

4Aeroespacial y Defensa
a. Distribución de energía de los aviones: los PCB de cobre de 612 oz manejan sistemas de corriente continua de 28 V en aviones, resistentes a los cambios de temperatura relacionados con la altitud.
b. Vehículos militares: PCBs de cobre de 10 a 15 oz para sistemas de radar y comunicación, resistentes a los golpes y vibraciones en entornos de combate.

5. Dispositivos médicos
a. Equipo de imagen (TC, MRI): los PCB de cobre de 3 ̊6 oz manejan altas corrientes en las fuentes de alimentación, lo que garantiza un funcionamiento estable para una imagen precisa.
b.Sistemas de terapia con láser: el cobre de 4 8oz disipa el calor de los láseres de 50 100W, manteniendo un rendimiento constante durante los tratamientos.

Preguntas frecuentes sobre los PCB de cobre pesado
P1: ¿Cuál es el ancho mínimo de traza para los PCB de cobre pesado?
R: Para el cobre de 3 oz, el ancho mínimo de la huella es de 0.5 mm (20 mil) para evitar problemas de grabado.

P2: ¿Se pueden utilizar PCB de cobre pesado con señales de alta frecuencia?
R: Sí, pero el cobre grueso puede causar pérdida de señal a >1 GHz. Los fabricantes mitigan esto mediante el uso de diseños híbridos: cobre pesado para capas de energía y cobre estándar (1 oz) para capas de señal de alta frecuencia.

P3: ¿Cómo reducen los PCB de cobre pesado los costes del sistema?
R: Al eliminar la necesidad de disipadores de calor externos y barras de bus, los PCB de cobre pesado reducen el número de componentes y el tiempo de ensamblaje.un inversor de EV que utiliza 4 oz de cobre ahorra $ 15 ¢ $ 20 por unidad mediante la sustitución de un PCB de 1 oz + disipador de calor.

P4: ¿Qué sustratos se utilizan con cobre pesado?
R: FR4 (alto Tg, Tg≥170°C) es el estándar para la mayoría de las aplicaciones.

P5: ¿Son los PCB de cobre pesado compatibles con RoHS?
R: Sí. Los fabricantes utilizan cobre y sustratos libres de plomo, garantizando el cumplimiento de las normas RoHS, REACH e IATF 16949 (automotriz).

Conclusión
Los PCB de cobre pesado son esenciales para la electrónica de alta potencia, lo que permite el manejo eficiente de grandes corrientes en vehículos eléctricos, sistemas de energía renovable y maquinaria industrial.Su capacidad para combinar la capacidad de alta corriente, disipación térmica y durabilidad mecánica los hacen irremplazables en aplicaciones donde los PCB estándar fallan.

Mientras que los PCB de cobre pesado cuestan más por adelantado, su capacidad para reducir la complejidad del sistema (por ejemplo, eliminar los disipadores de calor) y extender la vida útil de los componentes resulta en menores costos totales a lo largo del tiempo.Al asociarse con fabricantes experimentados como LT CIRCUIT o TTM Technologies, los ingenieros pueden aprovechar la tecnología de cobre pesado para construir sistemas confiables y de alto rendimiento que satisfagan las demandas de la electrónica energética del mañana.

A medida que las industrias como los vehículos eléctricos y las energías renovables continúan creciendo, los PCB de cobre pesado desempeñarán un papel cada vez más crítico para permitir una eficiencia,La distribución sostenible de energía demostrando que cuando se trata de alta corriente, el cobre más grueso es siempre mejor.