PCB de cobre – como impacta a fabricação de placas de PCB

No PCB de cobre, vários problemas possíveis podem ocorrer com um PCB, mas você pode dizer que existem apenas quatro causas comuns que levam à falha do PCB:

1. Componentes queimados.
2. Componentes Mal Fabricados.
3. Fatores ambientais.
4. Idade.

O PCB de cobre é utilizado principalmente porque soluciona ou reduz a regularidade dessas falhas; com o PCB de madeira e vidro, você deve certificar-se de que a temperatura do ferro de solda é mais ou menos perfeita, pois qualquer valor mais alto pode levar a um componente queimado.

O PCB de Cobre é um dos PCBs mais acessíveis para fazer conforme os materiais necessários e o serviço de montagem que o torna prontamente disponível. Nós da WellPCB podemos reduzir os problemas de PCB ao mínimo possível, eliminando coisas como componentes queimados, componentes mal fabricados e idade.

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 na PCB

PCB de cobre é o mais usado de todos com base em sua condutividade elétrica e resistência térmica. PCBs com estrutura de cobre (folha ou folha de cobre) sobre o material de reforço.

Ou tem cobre como material primário por causa de sua condutividade. PCB de cobre é o preferido entre os engenheiros por causa de sua adaptabilidade.

As pessoas estão escolhendo o PCB de cobre devido a vários fatores, como:

1. Aumenta a condutividade térmica, que por sua vez espalha o calor pela placa, reduzindo significativamente a chance de um componente queimado

2. Sua maior condutividade elétrica

3. Potencial para aproveitar ao máximo o material (você pode usar todos os espaços sem considerar as repercussões térmicas e elétricas)

4. A possibilidade de outro revestimento de cobre.

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

Dependendo do tipo de PCB (simples, dupla, multicamada, rígida, flexível ou rígida-flex), da espessura e da mudança de peso, existem tamanhos padrão para uma variedade de produtos eletrônicos.

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

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

1. Serigrafia:

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

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

2. PCB de cobre —Máscara de solda:

Esta é a segunda camada em um PCB. É a camada de acabamento pseudobrilhante de polímero que fica nos traços de cobre da placa.

Seu trabalho é proteger contra fatores ambientais como oxidação e poeira ou detritos que se acumulam entre as almofadas de solda. Uma máscara de solda também ajuda a evitar o que chamamos de ponte de solda. Uma ponte de solda ocorre quando há um deslizamento durante o uso do ferro de solda, fazendo com que dois condutores entrem em contato.

3. Cobre:

O cobre confere ao PCB seu excelente alto desempenho. Fornece ao material 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 de RF e Microondas.

O cobre mostra os caminhos do sinal em um PCB, os padrões de circuito que você vê são feitos com alta precisão que só cobre com alta qualidade; quando combinado bem com o material de 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 na camada subjacente, substratos de placa, geralmente são materiais compostos dielétricos, compostos principalmente de resina epóxi e reforço (fibras de vidro, às vezes tecidas ou não tecidas, e até papel foi usado).

Com a resina, sabe-se que é utilizada cerâmica tipo enchimento. O tipo de substrato mais comum é o FR-4 (onde FR significa retardante de chama); a razão pela qual você pode dizer que o cobre FR-4 é o melhor é por causa do excelente recurso de condutividade que o destaca mesmo entre o substrato de fibra de vidro.

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

2. Espessura do PCB de cobre

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

SIM, uma placa de cobre pode ter muito mais resistência térmica e condutividade elétrica; isso não significa que você usa um PCB para seus bips em um supercomputador; é como tentar pegar um peixe apenas com a linha e sem anzol ou isca; UMA CERTA FALHA.

2.1 PCB de cobre —Unidade de espessura de cobre

A unidade de medida de cobre padrão para sua espessura é Oz. (onças). No entanto, pode ser medido 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 1 onça ter sido prensado e espalhado uniformemente por uma área de 1 pé quadrado.

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

Um cliente decidiu que o projeto precisa de corrente adicional que 1 oz, pode transportar, então aumentar a largura do cobre ou a largura dos traços seria melhor. Em alguns casos, o cobre acabado é uma onça.

Mais significativo do que o cobre inicial em camadas externas, mas quando se trata de camadas internas, o cobre acabado é equivalente ao cobre inicial.

Normalmente, 2 onças. A espessura de cobre de 1 oz é, sem dúvida, o peso de cobre mais familiar e padrão, pois muitas vezes chega ao ponto de não ser nem excessivo nem muito pouco. A espessura do cobre é excessiva e mais cara, enquanto o cobre 0,5 pode não ser adequado, principalmente para planos de aterramento necessários para suportar correntes mais altas.

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

No caso de você precisar de um traço mais apertado e espaço, geralmente deve fazê-lo; duplique a camada que precisa de cobre pesado e certifique-se de cortar o cobre em dois. Supondo que você precise de oito mil linhas mais 4 onças de cobre, a melhor opção é duplicar a camada e usar 2 onças. Cobre.

Para iniciar pesos de cobre pesando 5 oz. ou mais, a duplicação de uma camada também é recomendada em vez de cobre mais espesso. É mais barato adicionar camadas do que usar cobre espesso quando a complexidade de processamento do cobre mais espesso é considerada.

Em outras palavras, uma placa de cobre de 2 camadas e 6 onças geralmente é mais cara do que uma de 4 camadas e 3 onças.

2.2 Perguntas frequentes sobre a espessura do cobre

A primeira pergunta que a maioria dos clientes faz é baseada nos recursos de largura de linha BAC-Final-Web-107Minimun 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 do cobre sobre a largura.

3. PCB de cobre —Peso PCB de cobre

Falamos sobre a importância da espessura do PCB de cobre; agora, vamos dar uma olhada em 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 passantes chapeados.

Onça	gramas	Mícron
1	300	35
2	600	70
3	900	105

Claro, a base varia de 0,5 oz. Para 3,0 onças. Ao mesmo tempo, o cobre chapeado varia de 0,7 oz. para 2,0 onças. 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. O traço alcançável e a dimensão da largura do espaço

2. As larguras mínimas sugeridas para anéis anulares

3. O cobre base determina a quantidade de redução necessária na linha, portanto, quanto mais o cobre base for igual, maior será a redução da linha.

É dada muita atenção durante a fase de projeto do PCB que pode fazer ou quebrar um PCB, especialmente quando o peso do cobre que você deseja não é declarado:

1. Almofadas que não são funcionais na camada interna

2. O curto-circuito pode ser evitado dando tolerância às bordas

3. Apontar para uma tolerância negativa nos pequenos orifícios

4. Sempre leve em consideração a espessura do cobre. Na maioria das vezes, isso é apenas 1 onça. de cobre.

3.1 Desenvolvimento de PCB Avançado de Cobre Pesado

No desenvolvimento de cobre pesado com PCB avançado, o PCB multicamada é produzido usando camadas de cobre que variam de 2 a 5 camadas de cobre em diferentes níveis. Qual é interconectado usando camadas semelhantes de cobre?

O nível de cobre adicional melhora a funcionalidade da placa, e vias extras ajudam na passagem de PCB mais atual, mantendo os pads bem conectados. Ajuda a melhorar a resistência da residência para segurar o parafuso, mantendo o cabo necessário no lugar.

Também foi desenvolvida uma nova fabricação de baixo custo, que fornece a assistência necessária à montagem, substituindo o cobre pesado que se projeta a até 30 quilômetros 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 Monte um PCB de corrente mais alta e uma placa à base de cobre pesado

Quando montamos um PCB de corrente mais alta e uma placa pesada à base de cobre, pode ser um desafio desenvolvê-lo, mas não impossível, porque precisa de tempo e esforço extra.

Para desenvolver tal placa, é necessário um cuidado extra 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 a temperatura alta o suficiente e soldando-os corretamente para obter melhores resultados. É altamente recomendável que a fabricação dos PCBs utilize o nível mais alto de temperatura sem chumbo.

Laminaria adequadamente para ajudar a manter as almofadas presas com todo o calor retido.

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Você é aconselhado a especificar quais tipos de personalização você precisa em sua fabricação de PCB porque temos experiência em oferecer excelentes opções aos clientes para desenvolver o conjunto de PCB personalizado para você a um preço adicional.

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4. Revestido de cobre

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, mas igualmente essenciais, além de ser economicamente barato; a placa de cobre é a placa que a maioria dos engenheiros escolhe ao criar uma PCB.

O PCB revestido de cobre oferece a facilidade de soldagem de componentes no circuito porque é criado; é excelente para projetar cursos.

A natureza competitiva do material para PCB revestido de cobre facilita a personalização do tamanho e da forma da placa em comparação com outras placas. Devido aos seus materiais disponíveis, provoca uma queda nos dispositivos eletrônicos em relação ao custo de outras placas de circuito impresso.

Das inúmeras aplicações dos PCBs revestidos de cobre, algumas delas foram mencionadas. PCBs revestidos de cobre são comumente usados ​​em sistemas de controle de armas, a energia fornecida para sistemas de radar, enrolamentos primários e secundários de transformadores planares de alta potência, painéis de distribuição de energia e carregador de bateria e sistemas de monitoramento.

4.1 PCB de cobre —Laminado revestido de cobre:

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

O CCL pode ser classificado como:

• 1.CCL baseado em rigidez mecânica – este tipo de CCL é rígido
• 2.CCL baseado em isolamento com resina orgânica.
• 3.CCL com base na espessura, geralmente é de cerca de 0,55 mm
• 4. Resina de isolamento CCL.

Existem diferentes tipos de CCL

Eles são classificados de acordo com diferentes padrões de classificação, seja com base na rigidez mecânica, material de isolamento, espessura e tipos de material de reforço.

• 1.Por rigidez mecânica: Você tem um CCL rígido (G10, FR-4, CEM -1) e um CCL flexível, o PCB rígido depende do CCL rígido, enquanto o PCB flexível depende do CCL flexível.
• 2.Por material de isolamento: Você tem resina orgânica CCL, base metálica CCL, base cerâmica CCL e muitas outras
• 3.Por espessura: Você tem seu CCL grosso padrão e seu CCL fino, para o CCL grosso temos uma espessura necessária> 0,5 mm e para o CCL fino, temos uma espessura necessária <0,5 mm
• 4.Por material reforçado: temos a base de fibra de vidro (FR -4), a base de papel (XPC), composto CCL (CEM -1, CEM -3).
• 5.Por resina de isolamento aplicada: Temos resina epóxi CCL (FR -4, CEM -3) e CCL fenólico (FR -1, XPC).

4.2 PCB de cobre —Pergunta rápida:o que torna um CCL excelente?

Simple, an excellent CCL needs to meet specific requirements to be called EXCELLENT, which includes 

♦ Appearance:

do you like dents and scratches in your car? Guessing no, well same for CCL; a cut, gash, wrinkle, or pinholes can lead to low performance in the CCL and turn the PCB. So the smoother and cleaner the job, the better the performance.

♦ Size:

Your CCL is a base material for the PCB; it needs to conform to the size requirement of the PCB.

♦ Electrical Performance:

this is the primary mission of the CCL which means it’s the primary mission of the PCB; specific details have to be paid to the Volume Resistance, Insulation Resistance, Dielectric constant, Arc resistance, and so on.

♦ Physical Performance:

In physical performance, it’s always noteworthy to consider the bending strength, thermal stress, heat resistance, and punching quality.

♦ Chemical Performance:

The requirements needed to be met by the CCL are flammability, dimension stability.

♦ Environment Performance:

The CCL should meet water absorption standards.

Within the CCL is what we call a prepreg, which is reinforced material; it is the reinforcement material used in a CCL. It is made of fiber and is referred to as the bonding sheet. It is mainly made of fiber cloth, epoxy resin, acetone, and many others.

Using quality prepreg results in high-quality CCLs, which enhances the quality of PCB. The quality of the prepreg material used depends on the resin content, resin fluidity, and dicyandiamide crystallization. Consequently, you should select resin based on the quality and the cost. 

The cost should be related to the thickness of the fiber cloth. Thinner prepreg is recommended even though it might be a little bit costly.

To meet Restriction of Hazardous Substances Regulations, it is recommended that you look at the reliability and heat resistance of the CCls. The latest CCL has been enhanced by modifying them so that they:

Include Halogen-free CCL – refers to CCL with the content of bromine and chlorine controlled within 900ppm. Care should be taken so that the content does not exceed 1500ppm.

Lead-free CCL – refers to Copper laminate with surface mounting that has been carried out without applying lead-free solder. The epoxy resin may be used, but the RoHS regulations must be adhered to. Note that RoHS prohibits the use of substances such as PBDE and PBBD substances.

4.3 Classification Of Resin

Resins used in CCls could be classified as:

• Epoxy resin
• Phenolic resin
• Polyamide resin
• Bismaleimide triazine
• Phenolic resin

If you are using fiber, the following quality aspects should be considered:

• Humidity resistance
• Intensity
• Insulation capability
• Heat and fire resistance

4.4 Copper PCB —Copper Laminates

This is the used clad that is over the dielectric layer and substrate (resin composite material).

The copper acts as a composite insulator material while being a good conductor, also remember. You can have rigid or flexible base material. Still, the primary purpose of the copper laminate is to act as mechanical support for the pin, i.e., the firm base that holds the electronic component and joins them at the same time.

The most popular types of copper laminates used for PCB are:

♦Polyimide:

This is a base material used for high-temperature PCB applications; it has an excellent glass transition (Tg =220 °C) that gives it an outstanding performance over high temperatures. It allows for soldering and desoldering of components, giving you more legroom for mistakes.

♦Phenolic:

This base material is used in low-cost applications with the FR-2, CEM-1, or CEM-3 brand names. It is most widely used in single-layer PCB of small household gadgets and appliances. It is slightly brittle but hard to bend.

♦Arlon:

So far, it’s one of the most devise base materials with different applications just behind the FR -4; it is the preferred base material for multilayer PCBs; you find them in military, wireless, and communication systems.

♦FR-4:

This is a glass fiber base material that is durable, hard to bend, and cut with fire retardant qualities; it’s Tg =160°C. Because of all these qualities, various applications within single, double, and multilayer PCBs are used for power supply, mixed-signal and digital applications.

Other Copper Laminates used are Tetrafunctional epoxy, Thermount, and cyanate ester.

For electrically interconnecting the components, the laminates can be nickel, stainless steel, aluminum, and copper. However, the most widely used material for lamination purposes is copper. The aluminum found commercial applications recently and is appreciated in low-cost home appliances.

The conductive cladding layer is skinny and is over one or both sides of the resin composite material. The thickness of the cladding material is determined by how much material is deposited regarding weight.

It is a simple process but requires that you take some precautions. First, you need to turn the laminator on before feeding the board and the film in the machine. The side with the excess border should be provided into the laminator.

In most cases, you are required to put the board into the machine for the second time if you want to improve the quality of your clad board. It means that the board should be put back into the laminator immediately after it finishes the first run.

The same procedure should be used if you are working on a double-sided board.

5. Copper PCB —Copper Layer Design

A keen eye is kept by designers when designing copper PCB; a designer must think in reverse. A board starts as solid copper; then, you remove the bits you don’t want.

It is faster to build, less expensive, and consuming when the copper is the same size as the board. Some techniques can make much difference from a frustrating experience to a smooth experience.

Maximizing copper is most common in two ways:

• Manually:

By specifying the specs of your PCBs (shape and size), this method is faster but sloppy as copper can be placed as an object, and these objects are checked for minor errors when assigned to a net. This method is mainly used for quick turns or prototype builds.

• Automatically:

However, this method is more time-consuming than the manual process, but the pour method helps to maximize copper. Copper will be left behind by drawing a border around the board area and pouring the copper in, laying out the board, and going back and placing copper shapes to fill it.

What you need to know is that when the copper pour is used, you define your boundary and everything inside when the pour operation is performed while connected automatically.

This method usually favors a large area, several irregularly shaped objects, or unusual shapes. The pour operation automatically fills the unique body while additionally isolating other traces in the area. 

Objects that the copper pour can automatically handle are Traces, nets, decals, and pads. When used right, you don’t need much; the copper pouring will make the right moves and connections; you can double-check using the continuity check tool.

Now we have talked about both the manual and automatic methods, and you probably think the manual process is the best, especially for the short time sprint. Still, in the long run, the intuitive approach can be better even though it is works upfront.

There are three situations when using a copper pour might be the better option for your design.

1. Polygon Management

Manual – when you’re dealing with regular polygons, this method could be time-consuming and messy. A quick fix would be to drop overlapping shapes on top of each other to build your required profile.

It is quick, but it’s a short-term solution as eventually, you will need to do vertex editing to clean the design.

Automatic – The copper pouring method here is a “no-brainer” because we deal with complex shapes; this process is automatic. By defining the border and running copper, you eliminate the tedious job of re-editing later.

2. Plane Management

Manual – A plane is a large area of copper where all connections are one net. If you intend to build a board with separate planes while changing parts often, you often recommend route traces point to point. 

Automatic – An excellent way to avoid several traces that all go to the same point is to use a copper pour method design on a plane for the ground. This will automatically connect all the connections on one network.

3. Thermal Management

Manual – if you have a Hot board with much space, the best way to cool it down is to add a copper square to help conduct the heat away. Which may not always be the case?

Automatic – when you define the area around the critical parts of the board, prioritizing them, you can minimize the thermal stress. This method is used when importance is placed on maximizing the copper surface area.

6. PCB Copper Plating And Cleaning

6.1 Copper PCB —Plating

Plating is very important to a PCB board. If all the traces on the external layers are not protected, the copper PCB will oxidize and deteriorate, making the board unstable. How do you know your copper has corroded? It will turn green. The two main reasons for plating are also called copper coating and surface finish:

1. To protect exposed copper circuitry

   2. To provide a surface good enough for soldering when assembling components to the PCB.

You have various PCB copper plating options to choose from, and each carries its advantages and disadvantages. You can find them here.

There are IPC standards for surface plating which is shown below:

6.2 Copper PCB —Clad Board Cleaning

Getting the best results is essential for you to clean your board using fine wool. You may also choose to use an abrasive pad before rinsing it with water. It helps to remove the dirt and any other contamination.

Alternatively, you may start by cleaning the dry board by exposing it to heat for about 5 minutes. This way, it ensures that the board is clean and ready for the film.

Conclusion

But I can answer you with one sentence “Copper PCB is the most reliable, effective PCB used across the most electronic device,” you don’t need to take my word for it. Just take a look at your phones.

And we at WellPCB are here to meet your needs at any time.