El espesor del cobre del PCB: factores clave para la selección y las mejores prácticas para un rendimiento óptimo

The thickness of copper in a printed circuit board (PCB) is far more than a technical detail—it’s a critical design choice that impacts everything from current carrying capacity to thermal management and manufacturing costsYa sea que esté diseñando un controlador industrial de alta potencia o un dispositivo portátil compacto, seleccionar el espesor de cobre adecuado garantiza que su PCB funcione confiablemente en condiciones reales.

Esta guía desglosa la ciencia detrás del grosor del cobre del PCB, explorando cómo influye en el rendimiento eléctrico, térmico y mecánico.establecer criterios de selección para las solicitudes específicas, y proporcionar mejores prácticas prácticas para evitar trampas comunes.Al final, estará equipado para elegir espesores de cobre que equilibren el rendimiento, el coste, el rendimiento y el rendimiento.y fabricabilidad, ya sea para productos electrónicos de consumo, sistemas de automóviles o equipos industriales.

Las cosas que hay que aprender
1.Básicos del espesor del cobre: Medido en onzas por pie cuadrado (oz/ft2), siendo 1 oz = 35μm (1.37 millas) el estándar de la industria para la mayoría de las aplicaciones.
2.Compromisos de rendimiento: un cobre más grueso (2 oz +) mejora la capacidad de corriente y la disipación térmica, pero aumenta el costo y reduce la flexibilidad.5 oz) permite diseños de tono fino, pero limita el manejo de la energía.
3Necesidades específicas de la aplicación: los dispositivos de alta potencia (por ejemplo, controladores de motores) requieren 2 ¢ 3 onzas de cobre, mientras que los wearables y los teléfonos inteligentes utilizan 0.5 ¢ 1 onza para ser compactos.
4.Cuestiones de fabricabilidad: el cobre más grueso exige tolerancias más estrictas y grabado especializado, lo que aumenta la complejidad y el costo de la producción.
5.Cumplimiento IPC: el cumplimiento de las normas IPC-2221 garantiza que las anchuras de las huellas y los espesores de cobre cumplan con los requisitos de seguridad y rendimiento.

Comprender el grosor del cobre de los PCB
El cobre es el alma de los PCB, formando las pistas conductoras, las almohadillas y los planos que transportan señales eléctricas y energía.y cargas de corriente.

Unidades de medida y conversiones
El espesor del cobre se especifica más comúnmente en onzas por pie cuadrado (oz/ft2), una unidad heredada que se refiere al peso del cobre extendido sobre un pie cuadrado de sustrato.

Nota: IPC-4562 especifica una tolerancia de ± 10% para el grosor del cobre.

Estándar contra cobre pesado
a.Cobre estándar: 0,5 oz a 2 oz, utilizado en el 90% de los dispositivos electrónicos de consumo, dispositivos IoT y PCB de baja potencia.
b.Cobre pesado: 3 oz o más, reservado para aplicaciones de alta potencia (por ejemplo, accionamientos de motores industriales, cargadores de vehículos eléctricos) donde la corriente exceda de 20 A.El cobre pesado requiere procesos de fabricación especializados como el revestimiento de cobre ácido para lograr un grosor uniforme.

Cómo el espesor del cobre afecta el rendimiento del PCB
Cada aspecto de la funcionalidad de un PCB, desde la integridad de la señal hasta la durabilidad mecánica, depende del grosor del cobre.
1- Rendimiento eléctrico: Capacidad de corriente y resistencia
El papel principal del cobre es conducir la electricidad, y el cobre más grueso lo hace de manera más eficiente:

a.Manejo de corriente: Un rastro de cobre de 1 oz con un ancho de 5 mm puede transportar ~ 20A con un aumento de temperatura de 10 °C. Un rastro de cobre de 2 oz del mismo ancho puede transportar ~ 28A, gracias a su menor resistencia.
b.Reducción de la resistencia: un cobre más grueso reduce la resistencia del rastro (Ohms por pulgada), minimizando la caída de voltaje en las redes de suministro de energía. Por ejemplo, un rastro de cobre de 10 pulgadas de 1 oz (1 mm de ancho) tiene ~ 0.Resistencia de 25Ω, mientras que un rastro de 2 oz de las mismas dimensiones tiene ~ 0.12Ω.
c. Disposición de energía: una menor resistencia significa menos calor generado por las pérdidas de I2R, lo que es crítico para los diseños de alta potencia como los controladores LED o los sistemas de gestión de baterías (BMS).

IPC-2221 Directrices: La norma proporciona fórmulas para calcular el ancho de traza requerido basado en el grosor del cobre, la corriente y el aumento de temperatura permitido.

Corriente de 10 A y aumento de 10 °C:

Una onza de cobre requiere un rastro de 2,5 mm.
El cobre de 2 onzas requiere una traza de 1,2 mm ahorrando el 50% del espacio de la tabla.

2Gestión térmica: dispersión y disipación del calor
El cobre grueso actúa como un disipador de calor incorporado, diseminando el calor lejos de los componentes calientes (por ejemplo, microprocesadores, MOSFET de potencia):

a. Distribución de calor: Un plano de cobre de 2 onzas propaga el calor un 30% más eficazmente que un plano de 1 onza, reduciendo las temperaturas de los puntos calientes en 15 ~ 20 ° C en diseños de alta potencia.
b.Resistencia al ciclo térmico: El cobre más grueso resiste la fatiga por calentamiento y enfriamiento repetidos, un problema común en los PCB automotrices y aeroespaciales.
Aplicaciones de LED: los LED de alta potencia (10W +) montados en PCB de cobre de 2 oz mantienen una vida útil 10 ∼15% más larga que los de las placas de 1 oz, ya que el calor se disipa antes de llegar a la unión del LED.

3- Resistencia mecánica y durabilidad
El grosor del cobre influye en la capacidad de un PCB para resistir el estrés físico:

a.Resistencia a la flexión: un cobre más grueso aumenta la rigidez de un PCB, lo que lo hace más resistente a la flexión en entornos industriales.Un PCB de cobre de 3 onzas es 40% más rígido que un PCB de 1 onza del mismo grosor del sustrato.
b.Resistencia a las vibraciones: en aplicaciones automotrices o aeroespaciales, las huellas de cobre grueso tienen menos probabilidades de agrietarse bajo vibración (según las pruebas MIL-STD-883H).
c. Confiabilidad del conector: los pastillas con 2 onzas de cobre son más resistentes al desgaste por las inserciones repetidas de los conectores, lo que prolonga la vida útil de los PCB en los dispositivos de consumo.

4Integridad de la señal: Control de la impedancia
Para los diseños de alta frecuencia (500MHz+), el grosor del cobre afecta a la impedancia  crítica para la integridad de la señal:

a.Comparación de la impedancia: un cobre más grueso reduce la resistencia de la traza, pero también cambia el área de la sección transversal de la traza, afectando la impedancia característica (Z0).Los diseñadores deben ajustar la anchura de la pista para mantener la impedancia objetivo (e.g., 50Ω para las secuencias de RF).
b.Mitigación del efecto de la piel: a altas frecuencias, el flujo de corriente se acerca a la superficie de los rastros (efecto de la piel).
c.Desafíos de pitcheo fino: el cobre fino (0,5 oz) es más fácil de grabar en rastros estrechos (≤0,1 mm), esencial para BGA de pitcheo de 0,4 mm en teléfonos inteligentes.trayectorias degradantes de la señal.

5Costo y fabricabilidad
El espesor del cobre afecta directamente a los costes y a la complejidad de la producción:

a.Costos de material: los PCB de cobre de 2 onzas cuestan 15~20% más que las placas de 1 onza debido al mayor uso de cobre.
b.Dificultad para el grabado: el cobre más grueso requiere tiempos de grabado más largos, lo que aumenta el riesgo de subcorte (donde el grabador ataca los lados de traza). Esto dificulta la producción de características de tono fino (≤ 0.1 milímetro de huella).
c. Desafíos de laminación: el espesor de cobre desigual en las capas puede causar deformación de PCB durante la laminación, lo que reduce las tasas de rendimiento.

Cómo elegir el espesor de cobre adecuado
La elección del grosor del cobre requiere equilibrar las necesidades de la aplicación con las limitaciones de fabricación.

1. Definir las necesidades de corriente y potencia
Comience por calcular la corriente máxima en las vías críticas (por ejemplo, rieles de alimentación, controladores de motor).

a. IPC-2221 Calculadora de ancho de traza: corriente de entrada, aumento de temperatura y espesor de cobre para obtener el ancho de traza requerido.
b.Software de simulación: Herramientas como Altium o Cadence simulan el flujo de corriente y la distribución de calor, lo que ayuda a identificar los puntos calientes.

Ejemplo: un BMS automotriz de 12 V con corriente de 50 A requiere:

1 oz de cobre: 10 mm de ancho de traza.
2 onzas de cobre: 5 mm de ancho.
C.3 oz de cobre: 3,5 mm de ancho de traza.

2Evaluar las necesidades térmicas
Si su PCB incluye componentes de alta potencia (≥ 5W), priorizar el cobre más grueso:

a. Conductores de LED: 2 oz de cobre para LED de 10 50 W; 3 oz para 50 W +.
b. Controladores del motor: 2 ̊3 oz de cobre para manejar corrientes de conmutación.
c. Suministros de energía: 3 oz+ de cobre para rieles de entrada/salida en diseños > 100 W.

3- Considerar los factores mecánicos y ambientales
a.PCB industriales rígidos: 2 ̊3 oz de cobre para su resistencia a las vibraciones.
b.PCB flexibles (wearables): 0,5 ̊1 oz de cobre para mantener la flexibilidad.
c. PCB para exteriores y automóviles: 2 onzas de cobre para resistir el ciclo térmico.

4. Cuenta con la complejidad del diseño
a.Componentes de perforación fina (0,4 mm BGA): 0,5 ̊1 oz de cobre para permitir rastros estrechos (≤ 0,1 mm).
b. Interconexión de alta densidad (HDI): 0,5 oz de cobre para microvias y espaciado ajustado.
c. Planos de potencia grandes: 2 ¢ 3 oz de cobre para minimizar la caída de voltaje en toda la tabla.

5Consulte a su fabricante temprano.
Los fabricantes tienen capacidades específicas para el grosor del cobre:

a. La mayoría puede producir confiablemente 0,5 ∼ 2 onzas de cobre sin problemas.
b. El cobre pesado (3 oz +) requiere líneas de recubrimiento especializadas.
c. Pregunte sobre el ancho mínimo de la huella para el grosor elegido (por ejemplo, 0,1 mm para 1 oz frente a 0,2 mm para 2 oz).

El espesor del cobre según la aplicación
Diferentes industrias exigen espesores de cobre a medida para satisfacer sus desafíos únicos:
1Electrónica de consumo
a.Smartphones/Tablets: cobre de 0,5 ‰ 1 oz. Equilibra la compacidad (trazas finas) con el manejo de corriente suficiente para las baterías (3 ‰ 5A).
b.Laptops: 1 oz de cobre para suministro de energía; 2 oz en circuitos de carga (10 15A).
c. televisores LED: 1 ′′ 2 oz de cobre en controladores de luz de fondo para manejar corrientes de 5 ′′ 10A.

2. Electrónica automotriz
a.Sensores ADAS: 1 ¢ 2 oz de cobre. Equilibra la integridad de la señal (radar / LiDAR) con necesidades de energía moderadas.
b. Gestión de la batería de EV: 3 ¢ 4 oz de cobre para rieles de alimentación de alta corriente (50 ¢ 100 A).
c. Sistemas de infoentretenimiento: 1 oz de cobre para circuitos de audio/vídeo de baja potencia (≤ 5A).

Norma automotriz: IPC-2221/AM1 especifica un mínimo de 2 onzas de cobre para los PCB debajo del capó para soportar temperaturas de -40 °C a 125 °C.

3Equipo industrial
a. Motor de accionamiento: 3 ̊4 oz de cobre para manejar corrientes de motor de 20 ̊100 A.
b. PLC (controladores lógicos programables): 2 onzas de cobre para una distribución de energía robusta.
c. Inversores solares: 4 oz + de cobre para la conversión de 200 500A de CC a CA.

Estudio de caso: Una unidad de motor industrial de 50A con cobre de 3 onzas mostró temperaturas de funcionamiento 25% más bajas que el mismo diseño con cobre de 1 onza, extendiendo la vida útil del componente en 3 años.

4. Dispositivos médicos
a. Monitores portátiles: 0,5 oz de cobre para flexibilidad y compacidad.
b.Dispositivos implantables: 1 oz de cobre (tapado biocompatible) para una baja potencia (≤ 1A) y fiabilidad.
Equipo de imagen (MRI / CT): 2 oz de cobre para manejar componentes de alto voltaje (1000V +).

Mejores prácticas para la selección del grosor del cobre
Siga estas pautas para evitar errores comunes y optimizar su diseño:
1. Utilice espesores estándar cuando sea posible
Se adhieren a 0,5 oz, 1 oz, o 2 oz de cobre para la mayoría de las aplicaciones.

a. Más barato de producir (sin procesos especializados).
b.Es más fácil de obtener de los fabricantes.
c. Menos propensos a problemas de deformación o grabado.

2. Equilibrar el espesor del cobre a través de las capas
La distribución desigual del cobre (por ejemplo, 3 oz en la capa superior, 1 oz en las capas internas) puede causar deformación del PCB durante la laminación.

a.Para los PCB de 4 capas: 1 onza en todas las capas, o 2 onzas en las capas exteriores y 1 onza en las capas interiores.
b.Para los diseños de cobre pesado: limitar el cobre grueso a 1 ‰ 2 capas (planos de potencia) para reducir el costo y la deformación.

3. Valida con los prototipos
Pide 5 ¢ 10 prototipos de PCB con el espesor de cobre que elijas para probar:

a. Manejo de la corriente (utilizar una fuente de alimentación para simular la corriente máxima y medir el aumento de la temperatura).
b. Integridad de la señal (utilice un analizador de red para comprobar la impedancia).
c. Resistencia mecánica (hacer ensayos de flexión para diseños flexibles).

4- Requisitos de documentación.
Incluya el grosor del cobre en sus notas de fabricación:

a. Especifique el grosor por capa (por ejemplo, ′Top: 2oz, Inner 1: 1oz, Inner 2: 1oz, Bottom: 2oz).
b.Normas de referencia IPC (por ejemplo, “Cumplir con la Cláusula B IPC-4562 para la tolerancia de espesor de cobre”).
c. Tenga en cuenta las zonas de cobre pesado (por ejemplo, ¥3 oz de cobre en el área de la almohadilla de alimentación U1).

Errores comunes a evitar
1. Sobre-especificar el espesor
El uso de 3 onzas de cobre - sólo por seguridad - aumenta el costo y la complejidad de fabricación.

a. Corriente superior a 20 A en trazas críticas.
b.La simulación térmica muestra puntos calientes de espesor estándar.

2Subestimando el ancho del rastro.
Un rastro de cobre de 1 oz que es demasiado estrecho para su corriente se sobrecalentará.

a.Error: Un rastro de cobre de 1 onza que lleva 10A con un ancho de 1 mm se elevará 40 °C por encima de los límites de seguridad.
b.Fix: Aumentar a 2 mm de ancho o 2 onzas de cobre.

3Ignorar las necesidades de flexibilidad
El cobre grueso (2 oz +) hace que los PCB flexibles sean rígidos y propensos a agrietarse durante la flexión.

a.Use 0.5 onzas de cobre.
b. Diseño con radios de curvatura más grandes (≥ 10 veces el grosor del PCB).

4. Descuida el control de la impedancia
El cobre más grueso cambia la impedancia del rastro, causando reflexión de la señal en diseños de alta frecuencia.

a. Para las huellas de RF de 50Ω en 1 oz de cobre (substrato FR-4, dieléctrico de 0,8 mm): 0,25 mm de ancho.
b. Para 2 oz de cobre (mismo sustrato): 0,18 mm de ancho para mantener 50Ω.

Preguntas frecuentes
P: ¿Pueden las diferentes capas tener diferentes espesores de cobre?
R: Sí, pero las pilas asimétricas aumentan el riesgo de deformación. La mayoría de los fabricantes recomiendan limitar el cobre pesado a las capas externas y usar 1 oz en las capas internas.

P: ¿Cuál es el grosor máximo de cobre para los diseños de tono fino?
R: 1 onza de cobre es ideal para BGA de 0,4 mm de altura, ya que 2 onzas de cobre son más difíciles de grabar en rastros estrechos (≤ 0,1 mm).

P: ¿Cómo afecta el espesor del cobre al peso del PCB?
R: Un PCB de 12×18 con 1 onza de cobre pesa ~ 100g; la misma placa con 3 onzas de cobre pesa ~ 300g. importante para diseños aeroespaciales o portátiles.

P: ¿El cobre pesado (3 oz+) vale el costo?
R: Para aplicaciones de alta potencia (≥ 50 A), sí. Reduce el ancho de la pista en un 50% y mejora el rendimiento térmico, compensando los mayores costos de producción.

P: ¿Cuál es el grosor mínimo de cobre para los PCB exteriores?
R: 1 onza de cobre es suficiente para la mayoría de los usos al aire libre, pero se recomienda 2 onzas para las zonas costeras (spray de sal) para resistir la corrosión.

Conclusión
El espesor del cobre de PCB es una elección de diseño fundamental que afecta el rendimiento eléctrico, la gestión térmica y los costos de fabricación.y necesidades mecánicas, mientras sigue las normas IPC y consulta a los fabricantes desde el principio, puede crear PCB confiables., rentables y optimizados para su uso previsto.

Ya sea que esté diseñando un portátil de cobre de 0.5 oz o un motor industrial de cobre de 4 oz, la clave es equilibrar los requisitos de rendimiento con los límites prácticos de fabricación.El espesor del cobre se convierte en una herramienta para mejorar las capacidades de sus PCB, no es una restricción.