PCB Koperdikte: Belangrijke factoren voor selectie & Beste praktijken voor optimale prestaties

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 costsOf u nu een krachtige industriële controller of een compact draagbaar apparaat ontwerpt, het kiezen van de juiste koperdikte zorgt ervoor dat uw PCB betrouwbaar presteert onder echte omstandigheden.

Deze gids beschrijft de wetenschap achter de dikte van PCB-koper en onderzoekt hoe deze invloed heeft op elektrische, thermische en mechanische prestaties.een overzicht van de selectiecriteria voor specifieke toepassingenHet is belangrijk dat u in staat bent om de koperdikte te kiezen die de prestaties, kosten en kwaliteit in evenwicht brengt.Voor de productie van consumentenelektronica, auto­systemen of industriële apparatuur.

Belangrijkste lessen
1.Koperdikte: gemeten in ounces per vierkante voet (oz/ft2), waarbij 1 oz = 35μm (1,37 mil) de industriestandaard is voor de meeste toepassingen.
2.Performance-afscheidingen: dikker koper (2 oz+) verbetert de stroomcapaciteit en de warmteafvoer, maar verhoogt de kosten en vermindert de flexibiliteit.5 oz) maakt fijne toonhoogte ontwerpen mogelijk, maar beperkt het vermogen.
3.Applicatie-specifieke behoeften: krachtige apparaten (bijv. motorcontrollers) vereisen 2 ̊3 oz koper, terwijl wearables en smartphones 0,5 ̊1 oz gebruiken voor compactheid.
4.Manufacturabiliteitsvraagstukken: dikker koper vereist striktere toleranties en gespecialiseerde etsen, waardoor de productie complexer en kostbaarder wordt.
5.IPC-naleving: Navolging van de IPC-2221-normen zorgt ervoor dat de spoorbreedten en koperdiktes voldoen aan de veiligheids- en prestatievereisten.

Inzicht in de dikte van PCB-koper
Koper is de levensader van PCB's en vormt de geleidende sporen, pads en vlakken die elektrische signalen en stroom dragen.en stroombelastingen.

Maateenheden en omrekeningen
De dikte van koper wordt meestal gespecificeerd in ounces per vierkante voet (oz/ft2), een oudere eenheid die verwijst naar het gewicht van koper verspreid over een vierkante voet substraat.

Opmerking: IPC-4562 specificeert een tolerantie van ± 10% voor de dikte van koper.

Standaard versus zwaar koper
a.Standaard koper: 0,5 oz tot 2 oz, gebruikt in 90% van consumentenelektronica, IoT-apparaten en low-power PCB's.
b.Zwaar koper: 3 oz en meer, bestemd voor toepassingen met een hoog vermogen (bijv. industriële motor aandrijvingen, EV-opladers) waarbij de stroom hoger is dan 20 A.Zwaar koper vereist gespecialiseerde productieprocessen zoals zuurkopplatering om een uniforme dikte te bereiken.

Hoe koperdikte de PCB-prestaties beïnvloedt
Alle aspecten van de functionaliteit van een PCB's, van signaalintegratie tot mechanische duurzaamheid, zijn afhankelijk van de koperdikte.
1Elektrische prestaties: stroomcapaciteit en weerstand
Koper heeft als primaire functie om elektriciteit te geleiden, en dikker koper doet dit efficiënter:

a.Current Handling: Een 1oz koperen spoor met een breedte van 5 mm kan ~ 20A dragen bij een temperatuurstijging van 10°C. Een 2oz koperen spoor van dezelfde breedte kan ~ 28A dragen, dankzij zijn lagere weerstand.
b.Vermindering van weerstand: dikker koper vermindert de sporenweerstand (Ohm per inch), waardoor spanningsval in stroomleveringsnetwerken tot een minimum wordt beperkt.25Ω weerstand, terwijl een 2 oz spoor van dezelfde afmetingen ~ 0,12Ω heeft.
c. Energieverspilling: lagere weerstand betekent minder warmte die wordt gegenereerd door I2R-verliezen, wat van cruciaal belang is voor ontwerpen met een hoog vermogen zoals LED-drivers of batterijbeheersystemen (BMS).

IPC-2221 Richtlijnen: De norm bevat formules voor het berekenen van de vereiste sporenbreedte op basis van de koperdikte, stroom en toelaatbare temperatuurstijging.

10A stroom en 10°C stijging:

Een gram koper vereist een 2,5 mm spoor.
Voor 2 oz koper is een trace van 1,2 mm vereist, waardoor 50% van de plaat ruimte wordt bespaard.

2. Thermisch beheer: verspreiding en verspreiding van warmte
Dik koper fungeert als een ingebouwde hittezuiger en verspreidt warmte van hete componenten (bijv. microprocessors, power MOSFETs):

a.Hitteverspreiding: een koperen vliegtuig van 2 oz verspreidt warmte 30% effectiever dan een vliegtuig van 1 oz, waardoor de warmtepunttemperaturen met 15-20 °C worden verlaagd in ontwerpen met een hoog vermogen.
b.Thermal Cycling Resistance: Dikker koper is bestand tegen vermoeidheid door herhaalde verwarming en koeling, een veel voorkomend probleem in automotive en aerospace PCB's.
c.LED-toepassingen: LED's met een hoog vermogen (10W+) gemonteerd op 2 oz koperen PCB's hebben een levensduur van 10~15% langer dan die op 1 oz-boards, omdat de warmte verdwijnt voordat deze de LED-koppeling bereikt.

3Mechanische sterkte en duurzaamheid
De dikte van koper beïnvloedt het vermogen van een PCB om fysieke spanning te weerstaan:

a. Buigsterkte: dikker koper verhoogt de stijfheid van een PCB, waardoor het bestand is tegen buigbaarheid in industriële omgevingen.Een 3oz koperen PCB is 40% stijver dan een 1oz PCB van dezelfde substraatdikte.
b.Vibratiebestendigheid: in automobiel- of ruimtevaarttoepassingen zijn dikke kopersporen minder geneigd om te barsten bij trillingen (volgens de MIL-STD-883H-test).
c. Betrouwbaarheid van de connector: Pads met 2 oz koper zijn beter bestand tegen slijtage door herhaalde connectorinvoegingen, waardoor de levensduur van PCB's in consumentenapparaten wordt verlengd.

4Signalintegriteit: Impedantiebeheersing
Voor hoogfrequente ontwerpen (500MHz+) heeft de koperdikte invloed op de impedantie die van cruciaal belang is voor de signaalintegriteit:

a.Impedantie-matching: dikker koper vermindert de sporenweerstand, maar het verandert ook het doorsnedegebied van de sporen, waardoor de karakteristieke impedance (Z0) wordt beïnvloed.Ontwerpers moeten de spoorbreedte aanpassen om de doelimpedantie te behouden (e.bv., 50Ω voor RF-spuren).
b.Skin Effect Mitigation: bij hoge frequenties stroomstroom in de buurt van het spooroppervlak (huidseffect).
c.Fine-Pitch-uitdagingen: dun koper (0,5 oz) is gemakkelijker te etsen in smalle sporen (≤0,1 mm), essentieel voor BGA's met een pitch van 0,4 mm in smartphones.degraderende signaalpaden.

5. Kosten en vervaardigbaarheid
De dikte van koper heeft een directe invloed op de productiekosten en de complexiteit:

a.Materiële kosten: 2 oz koper PCB's kosten 15~20% meer dan 1 oz boards vanwege een hoger koperverbruik.
b.Ongemakkelijk graveren: dikker koper vereist langere graaftijden, waardoor het risico op ondersnijden toeneemt (waar de graver de trace-zijkanten aanvalt).1 mm sporen).
c.Laminatieproblemen: ongelijke koperdikte in verschillende lagen kan bij laminatie leiden tot PCB-vervorming, waardoor de opbrengstpercentages dalen.

Hoe de juiste koperdikte te kiezen
Het kiezen van de koperdikte vereist een balans tussen de toepassingsbehoeften en de productiebeperkingen.

1. Definieer stroom- en stroombehoeften
Begin met het berekenen van de maximale stroom in kritieke sporen (bijv. krachtrails, motordrivers).

a.IPC-2221 Trace Width Calculator: Invoerstroom, temperatuurstijging en koperdikte om de vereiste tracebreedte te krijgen.
b.Simulatie-software: Tools zoals Altium of Cadence simuleren de stroomstroom en de warmteverdeling en helpen bij het identificeren van hotspots.

Voorbeeld: voor een 12V BMS voor auto's met een stroom van 50 A is vereist:

1 oz koper: 10 mm spoorbreedte.
2 oz koper: 5 mm spoorbreedte.
C.3oz koper: 3,5mm spoorbreedte.

2. Beoordeling van de warmtebehoefte
Als uw PCB componenten met een hoog vermogen bevat (≥ 5 W), geeft u prioriteit aan dikker koper:

a.LED-drivers: 2 oz koper voor 10 ̊50W-LED's; 3 oz voor 50W+
b. Motorcontrollers: 2 ̊3 oz koper om schakelstromen te hanteren.
c. stroomvoorzieningen: 3 oz+ koper voor input/output rails in ontwerpen van > 100 W.

3- Overweging mechanische en milieufactoren
a. Rigiede industriële PCB's: 2 ̊3 oz koper voor trillingsbestandheid.
b.Flexibele PCB's (Wearables): 0,5 ‰ 1 oz koper om de flexibiliteit te behouden.
c. Outdoor/Automotive PCB's: 2 oz koper voor weerstand tegen thermische cycling.

4. Rekening houdend met de complexiteit van het ontwerp
a. Fijn-pitch componenten (0,4 mm BGA): 0,5 ‰ 1 oz koper om smalle sporen (≤ 0,1 mm) mogelijk te maken.
b.High-Density Interconnect (HDI): 0,5 oz koper voor microvias en nauwe afstand.
c.Groot vermogen: 2 ̊3 oz koper om de spanningsval over het bord te minimaliseren.

5Raadpleeg uw fabrikant.
De fabrikanten beschikken over specifieke mogelijkheden voor de dikte van koper:

a. De meeste kunnen betrouwbaar produceren 0,5 ∼ 2 oz koper zonder problemen.
b.Zwaar koper (3 oz+) vereist gespecialiseerde bekledingslijnen.
c. Vraag naar de minimale spoorbreedte voor de gewenste dikte (bijv. 0,1 mm voor 1 oz versus 0,2 mm voor 2 oz).

Dikte van koper volgens toepassing
Verschillende industrieën vragen om op maat gemaakte koperdiktes om aan hun unieke uitdagingen te voldoen:
1. Consumentenelektronica
a.Smartphones/Tablets: 0,5 ‰ 1 oz koper. Balanceert compactheid (fijne sporen) met voldoende stroombeheer voor batterijen (3 ‰ 5A).
b.Laptops: 1 oz koper voor stroomlevering; 2 oz in oplaadcircuits (10 15A).
c.LED-tv's: 1 2 oz koper in achterlichtdrivers om 5 10 A-stromen te verwerken.

2. Automobilische elektronica
a.ADAS-sensoren: 1 ̊2 oz koper. Balanceert signaalintegratie (radar/LiDAR) met matige energiebehoeften.
b.EV-batterijbeheer: 3 ̊4 oz koper voor hoogstroom (50 ̊100 A) -stroomrails.
c. Infotainmentsystemen: 1 oz koper voor audio/video circuits met een laag vermogen (≤ 5 A).

Automotive Standard: IPC-2221/AM1 specificeert een minimum van 2 oz koper voor PCB's onder de motorkap om -40 °C tot 125 °C te weerstaan.

3Industriële apparatuur
a.Motor aandrijvingen: 3 ̊4 oz koper om 20 ̊100A motorstromen te verwerken.
b. PLC's (Programmable Logic Controllers): 2 oz koper voor een robuuste stroomverdeling.
c.Zonne-omvormers: 4 oz+ koper voor 200 500 A DC-AC-omzetting.

Case Study: Een 50A industriële motor aandrijving met behulp van 3oz koper toonde 25% lagere werktemperaturen dan hetzelfde ontwerp met 1oz koper, verlenging van de levensduur van het onderdeel met 3 jaar.

4Medische hulpmiddelen
a. Draagbare monitoren: 0,5 oz koper voor flexibiliteit en compactheid.
b.Inplantbare apparaten: 1 oz koper (biocompatibele bekleding) voor laag vermogen (≤1A) en betrouwbaarheid.
c. Imaging-apparatuur (MRI/CT): 2 oz koper voor het hanteren van hoogspanningscomponenten (1000V+).

Beste praktijken voor de selectie van de koperdikte
Volg deze richtlijnen om veel voorkomende fouten te voorkomen en uw ontwerp te optimaliseren:
1Gebruik waar mogelijk standaarddiktes
Houd je aan 0,5 oz, 1 oz of 2 oz koper voor de meeste toepassingen.

a. Goedkoper te produceren (geen gespecialiseerde processen).
b.Vermogen van de fabrikant is gemakkelijker.
c. minder gevoelig voor warpage- of etseringsproblemen.

2. Balans koperdikte over lagen
Onregelmatige koperverdeling (bijv. 3 oz op de bovenste laag, 1 oz op de binnenste lagen) kan PCB-vervorming veroorzaken tijdens laminatie.

a.Voor vierlagige PCB's: 1 oz op alle lagen, of 2 oz op de buitenste lagen en 1 oz op de binnenste lagen.
b.Voor zware koperen ontwerpen: beperkt de dikte van koper tot 1 ‰ 2 lagen (krachtvlakken) om kosten en vervorming te verminderen.

3. Valideren met prototypes
Bestel 5×10 prototype PCB's met uw gekozen koperen dikte om te testen:

a.Handeling van de stroom (gebruik een voedingsbron om maximale stroom te simuleren en de temperatuurstijging te meten).
b.Signaalintegriteit (gebruik een netwerkanalysator om de impedance te controleren).
c. Mechanische sterkte (uitvoeren van buigproeven voor flexibele ontwerpen).

4Documentvereisten
Vermeld in uw fabricagenota's de dikte van koper:

a.Specificeer de dikte per laag (bijv. bovenste laag: 2 oz, binnenste laag 1: 1 oz, binnenste laag 2: 1 oz, onderste laag: 2 oz).
b.Referentie IPC-normen (bijv. ¢ Voldoen aan IPC-4562 Klasse B voor tolerantie op koperdikte ¢).
c. Let op alle zware koperen gebieden (bijv. ¥3oz koperen in het gebied van de U1-aandrijflijn).

Veel voorkomende fouten
1. Over-specifieke dikte
Het gebruik van 3 oz koper - alleen voor de zekerheid - verhoogt de kosten en de productiecomplexiteit.

a. stroom van meer dan 20 A in kritieke sporen.
b.De thermische simulatie toont hotspots met een standaarddikte.

2Onderschatting van de spoorbreedte.
Gebruik IPC-2221-berekeningen om ervoor te zorgen dat de breedte van de sporen overeenkomt met de dikte:

a.Fout: een 1 oz koper spoor met 10A met een breedte van 1 mm zal 40 °C boven de omgeving – ver boven de veilige grenzen.
b.Fix: Vergroot tot 2 mm breed of 2 oz koper.

3Het negeren van de behoefte aan flexibiliteit
Dik koper (2 oz+) maakt flexibele PCB's stijf en vatbaar voor barsten tijdens het buigen.

a. Gebruik 0,5 oz koper.
b. Ontwerp met grotere buigradius (≥ 10x PCB-dikte).

4. Verwaarlozing van impedantieregeling
Een dikker koper verandert de spoorimpedantie, waardoor het signaal in hoogfrequente ontwerpen weerkaatst.

a.Voor 50Ω RF-spuren op 1 oz koper (FR-4-substraat, 0,8 mm dielectricum): 0,25 mm breed.
b.Voor 2 oz koper (dezelfde substraat): 0,18 mm breedte om 50Ω te behouden.

Veelgestelde vragen
V: Kunnen verschillende lagen verschillende koperdiktes hebben?
A: Ja, maar asymmetrische stapels verhogen het risico op vervorming. De meeste fabrikanten raden aan zwaar koper te beperken tot de buitenste lagen en 1 oz te gebruiken op de binnenste lagen.

V: Wat is de maximale koperdikte voor fijn pitch ontwerpen?
A: 1 oz koper is ideaal voor BGA's met een toonhoogte van 0,4 mm, omdat 2 oz koper moeilijker is om in smalle sporen te etsen (≤ 0,1 mm).

V: Hoe beïnvloedt de koperdikte het gewicht van PCB's?
A: Een 12×18 PCB met 1 oz koper weegt ~100g; hetzelfde bord met 3oz koper weegt ~300g – belangrijk voor ruimtevaart of draagbare ontwerpen.

V: Is zwaar koper (3 oz+) de kosten waard?
A: Voor toepassingen met een hoog vermogen (≥ 50 A) ja. Het vermindert de spoorbreedte met 50% en verbetert de thermische prestaties, waardoor hogere productiekosten worden gecompenseerd.

V: Wat is de minimale koperdikte voor buiten PCB's?
A: 1 oz koper is voldoende voor de meeste buitengebruik, maar 2 oz wordt aanbevolen voor kustgebieden (zoutspray) om corrosie te weerstaan.

Conclusies
De dikte van het PCB-koper is een fundamentele ontwerpkeuze die van invloed is op de elektrische prestaties, het thermisch beheer en de productiekosten.Het is de bedoeling van de Commissie om de voorgestelde richtlijnen in te voeren., kosteneffectief en geoptimaliseerd voor het beoogde gebruik.

Of je nu een koper draagbare of een koper industriële motor aandrijving ontwerpt, de sleutel is om prestatievereisten in evenwicht te brengen met praktische productielimieten.koperen dikte wordt een hulpmiddel om uw PCB's mogelijkheden te verbeteren, geen beperking.