Kwaliteitscontrole stappen voor zware koperen PCB's: betrouwbaarheid garanderen in hoogstroomtoepassingen

Zware koperen PCB's, gedefinieerd door een koperdikte van 70 μm of meer, vormen de ruggengraat van elektrische apparaten, van omvormers voor elektrische voertuigen tot industriële motorcontrollers.In tegenstelling tot standaard PCB's (≤ 1 oz koper), moeten deze ontwerpen bestand zijn tegen extreme stromen, temperaturen en mechanische spanningen, waardoor een strenge kwaliteitscontrole (QC) niet onderhandelbaar is.Een enkel gebrek, zoals een ongelijke koperdikte of een gedelamineerde laag, kan tot oververhitting leiden.Deze handleiding beschrijft de essentiële stappen van de kwaliteitscontrole voor PCB's van zwaar koper, van de grondstofinspectie tot de uiteindelijke betrouwbaarheidstests.het waarborgen dat zij voldoen aan de eisen van toepassingen met een hoog vermogen.

Belangrijkste lessen
1.Zware koperen PCB's vereisen 3×5x strengere QC's dan standaard PCB's, met toleranties van ±5% voor de koperdikte.
2De kritieke gebreken van zware koperen PCB's zijn onder meer ongelijke etsen (waarmee er huidige hotspots ontstaan), delaminatie (vermindering van de thermische geleidbaarheid) en leegtes in soldeerverbindingen (zwakke mechanische sterkte).
3.QC-stappen omvatten het gehele productieproces: grondstofonderzoek, inspectie tijdens het proces (etsen, lamineren) en definitieve validatie (thermische cyclus, draagcapaciteit).
4Geautomatiseerde tests (AOI, röntgenfoto) detecteren 99% van de gebreken in PCB's van zwaar koper, vergeleken met 85% bij handmatige inspectie, waardoor het falen in het veld met 60% wordt verminderd.

Wat maakt PCB's met zwaar koper uniek?
Zware koperen PCB's zijn ontworpen om stromen van 50 A of meer te dragen, waardoor dikkere koperen sporen (2 ′′ 20 oz) nodig zijn om weerstand en warmteophoping te minimaliseren.Deze dikte creëert unieke productie uitdagingen:

a.Complexiteit van het etsen: dik koper vereist langere etstijden, waardoor het risico op ongelijke sporenbreedtes toeneemt.
b.Laminatie-spanning: dikke koperschermen oefenen meer kracht uit op de substraten, waardoor het risico op delaminatie toeneemt.
c.Thermisch beheer: de hoge thermische geleidbaarheid van koper (401 W/m·K) is afhankelijk van een uniforme dikte. Zelfs een variatie van 10% kan hotspots veroorzaken.

Deze uitdagingen maken gerichte QC-stappen van cruciaal belang voor het waarborgen van prestaties en veiligheid.

Kwaliteitscontrole voor PCB's van zwaar koper
De kwaliteitscontrole voor PCB's van zwaar koper is een meerfasig proces, waarbij bij elke kritieke productiestap controles worden uitgevoerd om gebreken vroegtijdig op te sporen.
1. Inspectie van grondstoffen
De basis van een betrouwbaar zwaar koper PCB is hoogwaardige grondstoffen.

a.Certificatie van koperen folie:
De zuiverheid van koper (≥ 99,9%) en de uniformiteit van de dikte (± 5% tolerantie) moeten worden gecontroleerd.
Controleer op oppervlakteafwijkingen (krassen, oxidatie) met behulp van optische microscopie, zelfs kleine fouten kunnen de integriteit van de sporen verzwakken.
b.Substraatonderzoek:
Voor zware koperen PCB's zijn hoog-Tg-substraten (Tg ≥ 170°C) nodig om thermische spanning te weerstaan.
Voor ontwerpen met een hoog vermogen moet de thermische geleidbaarheid worden gecontroleerd (bijv. 0,5 W/m·K voor FR met een hoge Tg, 1,0 W/m·K voor metalen kernsubstraten).
c. validering van kleefstoffen:
Kleefstoffen die worden gebruikt om koper aan substraten te binden, moeten bestand zijn tegen temperaturen van meer dan 180 °C. Test de peelingsterkte (≥1,5 N/mm) om ervoor te zorgen dat de lagen gebonden blijven onder thermische cyclus.

2. Pre-Etching Inspectie
Voor de etsering wordt het met koper beklede substraat gecontroleerd om te zorgen voor een gelijkmatige koperverdeling:

a.Koperdikte-kaarten:
Gebruik XRF om de koperdikte over het hele paneel te meten, waarbij wordt gewaarborgd dat geen enkel gebied meer dan ±5% afwijkt van het doel (bijv. 70 μm ± 3,5 μm voor 2 oz koper).
Concentreer u op randgebieden, waar dikteverschillen het meest voorkomen als gevolg van ongelijke rollen tijdens de productie van koperen folie.
b.Verificatie van de oppervlaktevoorbereiding:
Controleer of het koperoppervlak op de juiste wijze is gereinigd en micro-geëtst (met verwijdering van 1 ‰ 2 μm oxide) om de hechting tijdens de volgende verwerking te waarborgen.
Gebruik waterbrekentests om de zuiverheid te bevestigen: een continue waterfilm geeft aan dat er geen olie of verontreinigende stoffen zijn.

3. Etsen Proces Control
Met etsen wordt zwaar koper in functionele sporen gevormd, maar dik koper verhoogt het risico op onevenwichtige verwijdering.

a.Bewaking van het etsen:
Het traceren van etch snelheden (μm/min) met behulp van testcoupons, het aanpassen van etcher concentratie (bijv. 1015% ferric chloride) om de consistentie te behouden.Verminder de afstand tussen de sporen en riskeer kortsluitingen.
b.Spoorbreedte en uniformiteit:
Gebruik geautomatiseerde optische inspectie (AOI) met een resolutie van 5 μm om de spoorbreedten te meten, waarbij wordt gewaarborgd dat deze binnen ± 10% van de ontwerpspecificaties blijven (bijv. 500 μm ± 50 μm voor een 50 A-spoor).
Controleer of er geen ondersnijdenis is onder de weerstand, waardoor de sporensterkte wordt verzwakt.
c.Burr- en Jagdetectie:
Controleer de rand van de sporen op boringen (scherpe uitsteeksels) met behulp van een microscoop. Boringen > 25 μm kunnen soldeermaskers doorboren en kortsluitingen veroorzaken.

4. kwaliteitsborging van laminaat
Laminatie bindt lagen zwaar koper en substraat, maar dik koper creëert spanning die delaminatie kan veroorzaken.

a.Bandsterkteonderzoek:
Uitvoeren van peelingstests op monsternummels waarbij een minimumkracht van 1,8 N/mm nodig is om koper van het substraat te scheiden (20% hoger dan bij standaard PCB's).
Gebruik ultrasone testen om verborgen delaminaties (leegtes > 0,1 mm2) te detecteren die de warmtegeleidbaarheid met 30% of meer verminderen.
b.Registratie nauwkeurigheid:
Verzeker de uitlijning van de lagen binnen ±25 μm met behulp van optische comparatoren.
c.Verificatie van de harsstroom:
Controleer of er geen hars is (onvoldoende hars tussen koperschichten) met behulp van een microscopie van de dwarsdoorsnede.

5. Qualiteitscontrole via en door gaten
Vias (geplatte doorgatten) in PCB's van zwaar koper moeten hoge stromen geleiden en de structurele integriteit behouden:

a.Dikte van het plaatje:
Vias vereisen een minimale koperplaatdikte van 25 μm (3x standaard PCB's) om met hoge stroom om te gaan. Gebruik röntgenstralen om de uniformiteit te verifiëren — dunne vlekken <15 μm verhogen de weerstand, waardoor hotspots ontstaan.
b.Void detectie:
Gebruik röntgenonderzoek om leegtes in de via te identificeren.
c.Aansluitingsgraad:
Voor een betrouwbare bekleding moet worden gezorgd voor een afmetingsverhouding (diepte:diameter) ≤5: 1. Een PCB van 3 mm dik met 0,5 mm via's (verhouding 6: 1) heeft een 40% hoger risico op bekledingsholtes.

6. Soldeermasker en oppervlakte afwerking inspectie
Lasmaskers beschermen zware kopersporen tegen corrosie en kortsluitingen, maar dik koper kan de toepassing van het masker vervormen:

a. Maskedichtheid en hechting:
Met behulp van een micrometer meet u de dikte van het soldeermasker (2550 μm) om een gelijkmatige dekking te garanderen.
Uitvoeren van bandtests om de hechting te controleren  het opheffen van het masker > 1 mm2 wijst op een slechte hechting, wat gebruikelijk is in gebieden met een overmatige koperroosheid.
b.Verdraagbaarheid van het oppervlak:
Voor zware koperen PCB's worden onderdompelingstinten of ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) de voorkeur gegeven.1 ‰ 2 μm voor onderdompeling van tin) en soldeerbaarheid via onderdompelingstests (IPC-TM-650 2.4.12).

7. Eindtests van elektrische en betrouwbaarheid
Zelfs met in-process-controles valideren eindtests de prestaties onder echte omstandigheden:

a.continuïteits- en Hi-Pot-tests:
Gebruik vliegende proeftoetsen om de continuïteit te verifiëren, zodat er geen openingen zijn in zware kopersporen.
Verricht hi-pot-tests (500 V wisselstroom gedurende 1 minuut) om de isolatie tussen de sporen te controleren, wat cruciaal is voor het voorkomen van boogvorming in hoogspanningssystemen (bijv. industriële 480 V-controllers).
b.Huidige draagcapaciteit:
Proefmonsters van PCB's met een nominale stroom (bijv. 100 A gedurende 1 uur) terwijl de temperatuur stijgt. Een maximale ΔT van 50 °C (in vergelijking met de omgeving) is aanvaardbaar; hogere stijgingen geven weerstandshotspots aan.
c.Thermische cyclus:
De PCB's worden gedurende 1000 cycli aan -40 °C tot 125 °C blootgesteld en vervolgens gecontroleerd op delaminatie of sporen van kraken.
d. Trillingen en mechanische spanningen:
Voor PCB's voor automobiel- of industriële productie moet een trillingstest (20G gedurende 10 uur) worden uitgevoerd volgens MIL-STD-883H. Veranderingen van de weerstand na de test > 10% wijzen op onvoldoende sporen of via de sterkte.

Veel voorkomende gebreken in PCB's met zwaar koper en hun oorzaken

Geautomatiseerde versus handmatige inspectie van PCB's met zwaar koper
Handmatige inspectie heeft moeite met de vereiste precisie voor zware koperen PCB's, waardoor automatisering cruciaal is:

Beste praktijken voor effectieve QC bij de productie van PCB's van zwaar koper
1.Voer statistische procescontrole (SPC) uit: volg de belangrijkste metrics (etchrate, koperdikte) in realtime en stuur waarschuwingen wanneer afwijkingen meer dan 5% van de doelstellingen bedragen.
2.Leverage Cross-Sectional Analysis: regelmatig PCB-monsters snijden om de interne lagen te inspecteren, via kwaliteit en binding.
3.Samenwerken met leveranciers: vereisen van certificeringen van grondstoffen (koperzuiverheid, substraat Tg) en controle van QC-processen van leveranciers om consistentie te garanderen.
4.Opleiding van inspecteurs op het gebied van zware koperen nuances: onderstrepen van verschillen ten opzichte van standaard PCB's (bijv. etseringsproblemen, laminaatstress) om defectherkenning te verbeteren.

Vaak gestelde vragen
V: Wat is de minimale dikte van koper die als zwaar koper wordt beschouwd?
A: 2 oz (70 μm) is de industriestandaard, hoewel sommige krachtige ontwerpen 4 oz (140 μm) of meer gebruiken.

V: Waarom komt delaminatie vaker voor bij PCB's van zwaar koper?
A: Dik koper heeft een hogere coëfficiënt van thermische uitbreiding (CTE) dan substraatmaterialen, waardoor tijdens temperatuurcycli spanningen ontstaan die lagen kunnen scheiden.

V: Kunnen PCB's van zwaar koper standaard FR4-substraten gebruiken?
A: Alleen voor zware koperen ontwerpen met een laag vermogen (24 oz).

V: Hoe vaak moeten procesvalidatietests (bijv. thermische cyclus) worden uitgevoerd?
A: Voor grote productie moet 1% van elke partij worden getest; voor kritieke toepassingen (EV's, medische toepassingen) moet 5% worden getest om de consistentie te waarborgen.

V: Wat zijn de kosten van streng QC voor zware koperen PCB's?
A: QC voegt 10­15% toe aan de productiekosten, maar vermindert de kosten van veldfalen met 60­70%, waardoor het een nettobesparing is voor toepassingen met een hoge betrouwbaarheid.

Conclusies
Zware koperen PCB's vereisen een kwaliteitscontrole die veel verder gaat dan standaard PCB's.Met elke stap van de grondstofinspectie tot de thermische cyclus is het van cruciaal belang om de betrouwbaarheid te garanderen in krachtige toepassingen.Door gebruik te maken van geautomatiseerde tests (AOI, röntgenfoto's), strikte materialennormen en monitoring tijdens het proces kunnen fabrikanten gebreken vroegtijdig detecteren.de vermindering van storingen en het waarborgen dat deze PCB's voldoen aan de extreme eisen van elektrische voertuigen, industriële systemen en uitrusting voor hernieuwbare energie.

Uiteindelijk is de kosten van een strenge QC triviaal vergeleken met de risico's van storingen in high-power elektronica.De prioriteit van deze stappen is niet alleen een beste praktijk, het is essentieel om veilig te kunnen werken., betrouwbare en hoogwaardige PCB's van zwaar koper.