PCBs de Cobre: Aumentando a Confiabilidade na Fabricação de PCB

Sobre PCB de Cobre, vários problemas possíveis podem ocorrer com um PCB, mas pode-se dizer que existem apenas quatro causas comuns que levam à falha de PCB:

1. Componentes Queimados.
2. Componentes Mal Fabricados.
3. Fatores Ambientais.
4. Idade.

O PCB de cobre é usado principalmente porque resolve ou reduz a frequência dessas falhas; com PCB de madeira e vidro, você precisa ter certeza que a temperatura do ferro de solda é mais ou menos perfeita, pois qualquer temperatura mais alta pode levar a um Componente Queimado.

O PCB de Cobre é um dos PCBs mais acessíveis de fabricar, pois os materiais necessários e o serviço de montagem estão prontamente disponíveis. Nós da WellPCB podemos reduzir problemas de PCB ao mínimo, eliminando coisas como Componentes Queimados, componentes mal fabricados e envelhecimento.

Então, como garantir ou torná-lo ideal em cada aspecto, vamos ver se este guia nos mostra o que fazer.

1. PCB de Cobre – Cobre no PCB

PCB de Cobre é o mais usado de todos baseado em sua condutividade elétrica e resistência térmica. PCBs com estrutura de cobre (revestido de cobre ou folha) sobre o material de reforço. Ou tem cobre como material primário por causa de sua condutividade. PCB de Cobre é favorecido entre engenheiros por sua adaptabilidade.

As pessoas escolhem PCB de Cobre por vários fatores como:

1. Sua condutividade térmica aumentada, que por sua vez espalha o calor pela placa, reduzindo significativamente a chance de componente queimado.
2. Sua condutividade elétrica aumentada.
3. Potencial de usar o material ao máximo (você pode usar todo o espaço sem considerar repercussões térmicas e elétricas).
4. A possibilidade de outro revestimento de cobre.

Você não precisa de muita consideração ao escolher PCB de cobre. Pode usar o PCB de cobre de um urso de pelúcia falante no seu controle remoto de TV, desde que tenha conhecimento profundo de engenharia elétrica.

Dependendo do tipo de PCB (simples, dupla face, multicamada, rígido, flex ou rígido-flex), a espessura e o peso mudam, existem tamanhos padrão para uma gama de produtos eletrônicos.

Como dito anteriormente, um PCB visa garantir fluxo constante nos circuitões. Como tal, coisas como peso e espessura são fatores significativos pois tecnicamente mudam todo o manuseio de um PCB, desde o tipo de solda ao ferro de solda, a técnica de soldagem e a temperatura necessária.

A composição de um PCB de cobre é majoritariamente composta por:

1. Silkscreen:

Também chamado de serigrafia, uma técnica de impressão usada para adicionar tinta (principalmente verde) no substrato como uma pintura em termos de PCB.

É usado para mostrar coisas como letras, números, símbolos e imagens (entradas e saídas de energia, posicionamento potencial de microchip, localização do transformador, positivo + e negativo -) na placa. Geralmente apenas uma cor é usada, e a visibilidade é geralmente relativamente baixa.

2. PCB de Cobre – Máscara de Solda:

Esta é a segunda camada em um PCB. É a camada de acabamento pseudo-brilhante de polímero que está nas trilhas de cobre da placa.

Seu trabalho é proteger contra fatores ambientais como oxidação e poeira ou detritos de se acumularem entre os pads de solda. Uma máscara de solda também ajuda a prevenir o que chamamos de ponte de solda. Uma ponte de solda ocorre quando há um deslize ao usar o ferro de solda, fazendo dois condutores entrarem em contato.

3. Cobre:

O Cobre dá ao PCB seu excelente alto desempenho. Fornece ao material do PCB sua rugosidade superficial e quando o cobre é combinado com o material dielétrico.

Os dois trabalham juntos para dar ao PCB sua excelente saída de desempenho, especialmente em frequências RF e Micro-ondas.

O cobre mostra os caminhos de sinal em um PCB, os padrões de circuito que você vê são feitos com alta precisão que apenas cobre de alta qualidade; quando bem combinado com o material do substrato do PCB pode produzi-lo.

O cobre tem um coeficiente de Expansão Térmica (CTE) de cerca de 17ppm/°C, que é a quantidade de expansão e contração que o material sofre quando o dispositivo eletrônico começa a funcionar.

4. PCB de Cobre – Substrato:

O substrato é a camada subjacente, substratos de placa são geralmente materiais compósitos dielétricos, compostos principalmente de resina epóxi e reforço (fibras de vidro, às vezes tecidas ou não tecidas, e até papel já foi usado).

Com a resina, enchimentos como cerâmica são conhecidos por serem usados. O tipo mais comum de substrato é o FR-4 (onde FR significa retardante de chama); a razão pela qual você pode dizer que o FR-4 de cobre é o melhor é por causa da excelente característica de condutividade que o faz se destacar mesmo entre substratos de fibra de vidro.

Outra característica do FR-4 de cobre é sua alta resistência, propriedades dielétricas e resistência térmica aparente. A fusão de cobre e substrato é fundamental para o desempenho e confiabilidade de um PCB.

2. Espessura do PCB de Cobre

Como mencionado anteriormente, você precisa sempre considerar a espessura e o peso de um PCB antes do uso.

SIM, um PCB de cobre pode aguentar muito mais resistência térmica e condutividade elétrica; não significa que você use um PCB destinado ao seu bip em um supercomputador; isso é como tentar pegar um peixe apenas com a linha e sem anzol ou isca; UMA FALHA CERTA.

2.1 PCB de Cobre – Unidade de Espessura do Cobre

A unidade padrão de medida de cobre para sua espessura é Oz. (onças). No entanto, pode ser medida em Polegadas. Na maioria das vezes, as pessoas não consideram a espessura do cobre em relação ao PCB, mas a espessura de todo o PCB após o cobre de 1oz ter sido prensado plano e uniformemente espalhado por uma área de 1 pé quadrado.

Quase todos os PCBs impressos são construídos com espessura de cobre de 1 oz. Quando se trata de fabricação de PCB, fabricantes assumem 1 oz. Eles estão cotando e construindo o design a menos que os clientes forneçam especificações particulares.

Um cliente decidiu que o design precisa de corrente adicional do que 1 oz pode carregar, então aumentar a largura do cobre ou a largura das trilhas seria melhor. Em alguns casos, o cobre final é de 1 oz.

Maior que o cobre inicial em camadas externas, mas quando se trata de camadas internas, o cobre final é equivalente ao cobre inicial.

Geralmente, 2 oz. A espessura de cobre de 1 oz é undoubtedly a mais familiar e padrão, já que muitas vezes chega ao ponto de não ser nem excessiva nem muito pouca. Espessura de cobre excessiva é mais cara, enquanto 0.5 de cobre pode não ser adequado, particularmente para planos de terra necessários para suportar correntes mais altas.

Como tal, a espessura de cobre de 1 oz é frequentemente a opção mais adequada para atender suas necessidades de design e financeiras.

Caso você precise de trilha mais apertada mais espaço, geralmente deve: duplicar a camada que precisa de cobre pesado e garantir que corte o cobre em dois. Supondo que você precise de linhas de oito mil mais 4 oz de cobre, a melhor opção é duplicar a camada e usar 2 oz de cobre.

Para pesos iniciais de cobre pesando 5 oz. ou mais, duplicar uma camada também é recomendado em vez de cobre mais grosso. É mais barato adicionar camadas do que usar cobre grosso quando a complexidade de processamento do cobre mais grosso é considerada.

De outra forma, uma placa de 2 camadas, 6 onças de cobre geralmente é mais cara do que uma de 4 camadas, 3 onças.

2.2 Perguntas Frequentes Sobre Espessura de Cobre

A primeira pergunta que a maioria dos clientes faz é baseada nas capacidades de largura mínima de linha BAC-Final-Web-107 de um fabricante de PCB. No entanto, na maioria dos casos, o peso do cobre raramente é a resposta.

A tabela acima mostra a espessura de cobre em relação à largura.

3. PCB de Cobre – Peso do PCB de Cobre

Falamos sobre a importância da espessura do PCB de Cobre; agora, veremos em profundidade por que o peso de um PCB de cobre é tão significativo quanto a espessura.

O peso de um PCB por padrão é sempre em torno de 1.2 oz. de cobre, com um 0z. A espessura de cobre e um mil de cobre em furos metalizados.

Onça	Gramas	Micron
1	300	35
2	600	70
3	900	105

Claro, a base varia de 0.5oz. a 3.0 oz. Ao mesmo tempo, o cobre metalizado varia de 0.7 oz. a 2.0 oz. Quanto maior o peso do cobre, melhores as propriedades elétricas e mais complexo o processo de gravação na placa.

Você deve saber que o peso é significativo pois afeta muitas coisas sobre o PCB como:

1. Dimensão de largura de trilha e espaço alcançável
2. Menores larguras sugeridas para anéis anulares
3. O cobre base determina a quantidade de redução necessária na linha, então mais cobre base igual a mais redução de linha.

Muita atenção é dada durante a fase de design de PCB que pode fazer ou quebrar um PCB, especialmente quando o peso do cobre que você quer não é declarado:

1. Pads não funcionais na camada interna
2. O curto-circuito pode ser evitado dando tolerância às bordas
3. Vise uma tolerância negativa nos furos pequenos
4. Sempre considere a espessura do cobre. Na maioria das vezes, é apenas 1 oz. de cobre.

3.1 Desenvolvimento de PCB Avançado de Cobre Pesado

No desenvolvimento de cobre pesado com PCB avançado, PCB multicamada é produzido usando camadas de cobre variando de 2 a 5 camadas de cobre em diferentes níveis. Que são interconectadas usando camadas similares de cobre.

O nível adicional de cobre melhora a funcionalidade da placa, e vias extras ajudam a passar mais corrente PCB mantendo os pads bem fixados. Ajuda a melhorar a força da residência para segurar o parafuso mantendo o cabo necessário no lugar.

Nova fabricação de baixo custo também foi desenvolvida, que fornece assistência necessária à montagem substituindo cobre pesado protruindo até vinte milhas da superfície.

A tecnologia enterrada usada em PCBs pesados pode ter qualquer quantidade de cobre acima da superfície ou abaixo da superfície da placa.

3.2 Montar PCB de Corrente Mais Alta e Placa Baseada em Cobre Pesado

Quando montamos um PCB de corrente mais alta e placa baseada em cobre pesado, pode ser desafiador desenvolver mas não impossível porque precisa de tempo e esforço extras.

Para desenvolver tal placa, cuidado extra é necessário dos engenheiros para projetar e desenvolver a placa observando a transferência de calor na forma de transferência térmica.

PCBs com cobre pesado precisam ser soldados usando temperatura alta o suficiente e soldando corretamente para melhores resultados. É altamente recomendado que a fabricação dos PCBs use nível mais alto de temperatura sem chumbo.

Laminaria adequadamente para ajudar a manter os pads fixados com todo o calor retido.

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Para fazer seus pedidos, aconselha-se navegar no site deles e enviar as informações desejadas através de arquivos Gerber.

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4. Cobre Revestido (Copper Clad)

O que não foi dito sobre um PCB revestido de cobre? Você precisa perguntar a um Engenheiro e vê-lo falar sobre as vantagens inegáveis porém igualmente essenciais, junto com ser economicamente barato; o cobre revestido é a placa que a maioria dos engenheiros escolhe ao criar um PCB.

O PCB revestido de cobre dá a você a facilidade de soldar componentes sobre o circuito porque é criado; é excelente para design de cursos.

A natureza competitiva do material para PCB Copper Clad torna fácil personalizar o tamanho e forma da placa comparado a outras placas. Devido aos materiais disponíveis, causa uma queda em dispositivos eletrônicos comparado ao custo de outros PCB.

De numerosas aplicações dos PCBs revestidos de cobre, algumas foram mencionadas. PCBs revestidos de cobre são comumente usados em sistemas de controle de armas, energia fornecida para sistemas de radar, enrolamentos primários e secundários de transformadores planares de alta potência, painéis de distribuição de energia e sistemas de carregamento e monitoramento de bateria.

4.1 PCB de Cobre – Laminado Revestido de Cobre:

É abreviado como CCL (Copper Clad Laminate) e refere-se a um material base feito de polpa de madeira ou fibras de vidro imersas em resina e material de reforço.

CCL pode ser categorizado como:

• 1. CCL baseado em rigidez mecânica – este tipo de CCL são rígidos
• 2. CCL baseado em isolamento com resina orgânica.
• 3. CCL baseado em espessura, geralmente é cerca de 0.55 mm
• 4. CCL de resina de isolamento.

Existem diferentes tipos de CCL

São classificados de acordo com diferentes padrões de classificação, baseados em Rigidez Mecânica, Material de Isolamento, espessura e tipos de Material de Reforço.

• 1. Por Rigidez Mecânica: Você tem CCL rígido (G10, FR-4, CEM-1) e CCL flex, PCB rígido depende de CCL rígido enquanto PCB flex depende de CCL flex.
• 2. Por Material de Isolamento: Você tem CCL de resina orgânica, CCL de base metálica, CCL de base cerâmica e muitos outros
• 3. Por Espessura: Você tem seu CCL grosso padrão e seu CCL fino, para o CCL grosso temos espessura requerida > 0.5mm, e para o CCL fino, temos espessura requerida < 0.5mm
• 4. Por Material Reforçado: temos base de fibra de vidro (FR-4), base de papel (XPC), CCL composto (CEM-1, CEM-3).
• 5. Por Resina de Isolamento Aplicada: Temos CCL de resina epóxi (FR-4, CEM-3) e CCL fenólico (FR-1, XPC).

4.2 PCB de Cobre – Pergunta Rápida: O que Faz um CCL Excelente?

Simples, um excelente CCL precisa atender requisitos específicos para ser chamado EXCELENTE, o que inclui

♦ Aparência:

Você gosta de amassados e arranhões no seu carro? Adivinhando que não, bem o mesmo para CCL; um corte, rasgo, ruga ou microfuros podem levar a baixo desempenho no CCL e virar o PCB. Quanto mais liso e limpo o trabalho, melhor o desempenho.

♦ Tamanho:

Seu CCL é um material base para o PCB; precisa conformar-se ao requisito de tamanho do PCB.

♦ Desempenho Elétrico:

esta é a missão primária do CCL o que significa que é a missão primária do PCB; detalhes específicos têm que ser dados à Resistência de Volume, Resistência de Isolamento, Constante Dielétrica, Resistência a Arco, e assim por diante.

♦ Desempenho Físico:

No desempenho físico, é sempre notável considerar resistência à flexão, estresse térmico, resistência ao calor e qualidade de perfuração.

♦ Desempenho Químico:

Os requisitos necessários a serem atendidos pelo CCL são inflamabilidade, estabilidade dimensional.

♦ Desempenho Ambiental:

O CCL deve atender padrões de absorção de água.

Dentro do CCL está o que chamamos de prepreg, que é material reforçado; é o material de reforço usado em um CCL. É feito de fibra e referido como folha de ligação. É feito principalmente de tecido de fibra, resina epóxi, acetona e muitos outros.

Usar prepreg de qualidade resulta em CCLs de alta qualidade, o que melhora a qualidade do PCB. A qualidade do material prepreg usado depende do teor de resina, fluidez da resina e cristalização de dicicandiamida. Consequentemente, você deve selecionar resina baseada na qualidade e no custo.

O custo deve ser relacionado à espessura do tecido de fibra. Prepreg mais fino é recomendado mesmo que possa ser um pouco mais caro.

Para atender Regulamentações de Restrição de Substâncias Perigosas, recomenda-se que você olhe a confiabilidade e resistência ao calor dos CCLs. O CCL mais recente foi aprimorado modificando-os para que:

• Incluam CCL Livre de Halogênio – refere-se a CCL com teor de bromo e cloro controlado dentro de 900ppm. Cuidado deve ser tomado para que o teor não exceda 1500ppm.
• CCL Livre de Chumbo – refere-se a laminado de cobre com montagem superficial que foi realizada sem aplicar solda livre de chumbo. A resina epóxi pode ser usada, mas as regulamentações RoHS devem ser aderidas. Note que RoHS proíbe o uso de substâncias como PBDE e PBBD.

4.3 Classificação da Resina

Resinas usadas em CCLs podem ser classificadas como:

• Resina epóxi
• Resina fenólica
• Resina poliamida
• Bismaleimida triazina
• Resina fenólica

Se você estiver usando fibra, os seguintes aspectos de qualidade devem ser considerados:

• Resistência à umidade
• Intensidade
• Capacidade de isolamento
• Resistência a calor e fogo

4.4 PCB de Cobre – Laminados de Cobre

Este é o revestido usado sobre a camada dielétrica e substrato (material composto de resina).

O cobre atua como material isolante composto enquanto é um bom condutor, lembre-se também. Você pode ter material base rígido ou flexível. Ainda, o propósito primário do laminado de cobre é atuar como suporte mecânico para o pino, ou seja, a base firme que segura o componente eletrônico e os une ao mesmo tempo.

Os tipos mais populares de laminados de cobre usados para PCB são:

♦ Poliamida:

Este é um material base usado para aplicações de PCB de alta temperatura; tem uma excelente transição de vidro (Tg = 220 °C) que dá desempenho excepcional em altas temperaturas. Permite soldar e dessoldar componentes, dando mais margem para erros.

♦ Fenólico:

Este material base é usado em aplicações de baixo custo com nomes de marca FR-2, CEM-1 ou CEM-3. É mais amplamente usado em PCB de camada única de pequenos gadgets e eletrodomésticos. É ligeiramente frágil mas difícil de dobrar.

♦ Arlon:

Até agora, é um dos materiais base mais desenvolvidos com diferentes aplicações logo atrás do FR-4; é o material base preferido para PCBs multicamadas; você os encontra em sistemas militares, sem fio e de comunicação.

♦ FR-4:

Este é um material base de fibra de vidro que é durável, difícil de dobrar e cortar com qualidades retardantes de fogo; seu Tg = 160°C. Por causa de todas essas qualidades, várias aplicações dentro de PCBs de camada única, dupla e multicamadas são usadas para fonte de alimentação, sinal misto e aplicações digitais.

Outros Laminados de Cobre usados são epóxi tetrafuncional, Thermount e éster cianato.

Para interconectar eletricamente os componentes, os laminados podem ser níquel, aço inoxidável, alumínio e cobre. No entanto, o material mais amplamente usado para fins de laminação é cobre. O alumínio encontrou aplicações comerciais recentemente e é apreciado em eletrodomésticos de baixo custo.

A camada de revestimento condutivo é fina e está sobre um ou ambos os lados do material composto de resina. A espessura do material de revestimento é determinada pela quantidade de material depositado em relação ao peso.

É um processo simples mas requer que você tome algumas precauções. Primeiro, você precisa ligar o laminador antes de alimentar a placa e o filme na máquina. O lado com a borda excessiva deve ser fornecido ao laminador.

Na maioria dos casos, você é obrigado a colocar a placa na máquina pela segunda vez se quiser melhorar a qualidade da sua placa revestida. Significa que a placa deve ser colocada de volta no laminador imediatamente após terminar a primeira passagem.

O mesmo procedimento deve ser usado se você estiver trabalhando em uma placa de dupla face.

5. PCB de Cobre – Design de Camada de Cobre

Um olho atento é mantido por designers ao projetar PCB de cobre; um designer deve pensar inversamente. Uma placa começa como cobre sólido; então, você remove os pedaços que não quer.

É mais rápido construir, menos caro e consumidor quando o cobre tem o mesmo tamanho da placa. Algumas técnicas podem fazer muita diferença de uma experiência frustrante para uma suave.

Maximizar cobre é mais comum de duas maneiras:

• Manualmente:

Especificando as specs do seu PCB (forma e tamanho), este método é mais rápido mas desleixado pois o cobre pode ser colocado como objeto, e estes objetos são verificados para erros menores quando atribuídos a uma rede. Este método é usado principalmente para protótipos rápidos ou builds de protótipo.

• Automaticamente:

No entanto, este método é mais demorado que o processo manual, mas o método de despejo (pour) ajuda a maximizar o cobre. O cobre será deixado para trás desenhando uma borda ao redor da área da placa e despejando o cobre, fazendo o layout da placa e voltando e colocando formas de cobre para preenchê-la.

O que você precisa saber é que quando o despejo de cobre é usado, você define sua fronteira e tudo dentro quando a operação de despejo é realizada enquanto conectado automaticamente.

Este método geralmente favorece uma grande área, vários objetos de formato irregular ou formas incomuns. A operação de despejo preenche automaticamente o corpo único enquanto adicionalmente isola outros traços na área.

Objetos que o despejo de cobre pode manipular automaticamente são Trilhas, redes, decalques e pads. Quando usado corretamente, você não precisa de muito; o despejo de cobre fará os movimentos e conexões certas; você pode verificar duplo usando a ferramenta de verificação de continuidade.

Agora falamos sobre ambos os métodos manual e automático, e você provavelmente acha que o processo manual é o melhor, especialmente para o sprint de curto prazo. Ainda, a longo prazo, a abordagem intuitiva pode ser melhor mesmo que funcione na frente.

Existem três situações quando usar um despejo de cobre pode ser a melhor opção para seu design.

1. Gerenciamento de Polígonos

Manual – quando você está lidando com polígonos regulares, este método pode ser demorado e bagunçado. Uma correção rápida seria colocar formas sobrepostas umas sobre as outras para construir seu perfil requerido.

É rápido, mas é uma solução de curto prazo pois eventualmente você precisará fazer edição de vértices para limpar o design.

Automático – O método de despejo de cobre aqui é "óbvio" porque lidamos com formas complexas; este processo é automático. Definindo a borda e rodando o cobre, você elimina o trabalho tedioso de re-edição depois.

2. Gerenciamento de Planos

Manual – Um plano é uma grande área de cobre onde todas as conexões são uma rede. Se você pretende construir uma placa com planos separados enquanto muda partes frequentemente, frequentemente recomenda-se rotear trilhas ponto a ponto.

Automático – Uma excelente maneira de evitar várias trilhas que todas vão para o mesmo ponto é usar um método de design de despejo de cobre em um plano para o terra. Isso conectará automaticamente todas as conexões em uma rede.

3. Gerenciamento Térmico

Manual – se você tem uma placa quente com muito espaço, a melhor maneira de esfriá-la é adicionar um quadrado de cobre para ajudar a conduzir o calor para longe. O que nem sempre pode ser o caso?

Automático – quando você define a área ao redor das partes críticas da placa, priorizando-as, você pode minimizar o estresse térmico. Este método é usado quando importância é dada a maximizar a área de superfície de cobre.

6. Revestimento e Limpeza de Cobre de PCB

6.1 PCB de Cobre – Revestimento

O revestimento é muito importante para uma placa PCB. Se todas as trilhas nas camadas externas não forem protegidas, o PCB de cobre oxidará e se deteriorará, tornando a placa instável. Como você sabe se seu cobre corroeu? Ficará verde. As duas razões principais para revestimento também são chamadas de revestimento de cobre e acabamento de superfície:

1. Para proteger circuitos de cobre expostos
2. Para fornecer uma superfície boa o suficiente para soldagem ao montar componentes no PCB.

Você tem várias opções de revestimento de cobre de PCB para escolher, e cada uma carrega suas vantagens e desvantagens. Você pode encontrá-las aqui.

Existem padrões IPC para revestimento de superfície mostrados abaixo:

6.2 PCB de Cobre – Limpeza de Placa Revestida

Obter os melhores resultados é essencial para você limpar sua placa usando lã fina. Você também pode escolher usar um pad abrasivo antes de enxaguar com água. Ajuda a remover sujeira e qualquer outra contaminação.

Alternativamente, você pode começar limpando a placa seca expondo-a ao calor por cerca de 5 minutos. Dessa forma, garante que a placa está limpa e pronta para o filme.

Conclusão

Mas posso responder com uma frase: "PCB de Cobre é o PCB mais confiável e eficaz usado na maioria dos dispositivos eletrônicos", você não precisa acreditar na minha palavra. Apenas olhe para seus telefones.

E nós da WellPCB estamos aqui para atender suas necessidades a qualquer momento.