In het huidige streven naar miniaturisatie en intelligente elektronische producten draagt een ogenschijnlijk gewone printplaat (PCB) de levensader van het hele systeem. Wanneer toepassingen overstappen van signaalverwerking op microampère-niveau naar stroomconversie op kilowatt-niveau, worden conventionele PCB's ontoereikend. In deze situatie zijn dikke koperen PCB's, met hun robuuste stroom-draagvermogen en uitstekende warmteafvoer, de hoeksteen geworden van ontwerpen met hoog-vermogen en hoge- betrouwbaarheid, misschien wel de 'solide ruggengraat' van het tijdperk van de vermogenselektronica.
I. Technische verdieping: wat is dikke koperen PCB?
Dikke koperen PCB's zijn geen strikte definitie, maar eerder een algemene term in de sector. Over het algemeen worden PCB's gedefinieerd als dik koper als de dikte van de buitenste koperfolie na het etsen 3 ounces per vierkante voet (ongeveer 105 micron) bereikt of overschrijdt. Deze waarde is aanzienlijk hoger dan de 0,5 ounce tot 2 ounce conventionele PCB's. De belangrijkste technische kenmerken worden weerspiegeld in de volgende aspecten:
Productie-uitdagingen en doorbraken: De productie van dikke koperen PCB's vormt een extreme uitdaging voor traditionele processen.
Patroonetsen en uniformiteit: Bij het etsen van koperlagen zo dik als enkele ons, zijn het zorgen voor verticale zijwanden en het vermijden van over- en onder- etsen de belangrijkste uitdagingen. Dit vereist nauwkeurige controle van de formulering van de etsoplossing en geavanceerde apparatuur.
Betrouwbaarheid van lamineren: Dikke koperlagen nemen de doorstroomruimte van de prepreg (PP) in beslag, wat gemakkelijk kan leiden tot onvoldoende harsvulling, waardoor delaminatie of holtes ontstaan. Daarom zijn speciale PP-platen met een hoog harsgehalte, meerdere lamineringen of gespecialiseerde vulprocessen vereist om de hechting tussen de lagen te garanderen.
Boren en plateren: Gaten in dikke kopersubstraten vereisen galvaniseren met een voldoende koperdikte om de hoge stroom tussen de lagen te geleiden. Dit stelt extreem hoge eisen aan de reinheid en activering van de gatwand, evenals aan het vermogen tot diepe galvanisering en de uniformiteit van de galvaniseringsoplossing om het "dogbone"-effect (dik koper bij de opening van het gat en dun koper in het gat) te vermijden.
Kernvoordelen: dubbele kracht en warmteafvoer
Hoge stroom geleiden: Gebaseerd op het fundamentele principe dat de dwarsdoorsnede van een geleider- evenredig is aan zijn stroom-capaciteit, betekent dik koper een lagere impedantie en een lagere stroomdichtheid, waardoor een veilige overdracht van hoge stromen van tientallen of zelfs honderden ampères mogelijk is, waardoor het energieverlies als gevolg van warmteontwikkeling wordt verminderd.
Uitstekend thermisch beheer: Koper is een uitstekende thermische geleider. De dikke koperlaag fungeert als een ingebouwd-'koellichaam', waardoor de warmte die wordt gegenereerd door stroomapparaten (zoals MOSFET's en IGBT's) snel wordt geleid en deze gelijkmatig over het gehele bordoppervlak wordt verspreid. Door aansluiting op de behuizing of een extern koellichaam wordt de verbindingstemperatuur van de kerncomponenten aanzienlijk verlaagd, waardoor de productbetrouwbaarheid en levensduur aanzienlijk worden verbeterd.
Integratie met hoge{0}}dichtheid mogelijk maken: In toepassingen zoals voedingsmodules maakt de technologie van dik koper het mogelijk hoge- stroompaden, stuurcircuits en warmtedissipatiestructuren op dezelfde PCB te integreren, waarbij enkele omvangrijke kabels en afzonderlijke koellichamen worden vervangen, waardoor systeemminiaturisatie en lichtgewicht worden bereikt.
II. Marktinzicht: brede vooruitzichten gedreven door de vraag
De vraag naar dikke koperen PCB's groeit snel naast de mondiale energietransitie en elektrificatie, en de marktvooruitzichten zijn breed en worden aangedreven door diverse factoren.
Kernmarkten:
Nieuwe energie en energieopslag: dit is momenteel de grootste groeimotor voor dikke koperen PCB's. Fotovoltaïsche omvormers, windturbineconverters en batterijbeheersystemen (BMS) en energieconversiesystemen (PCS) in energieopslagsystemen (BESS) vereisen allemaal een extreem hoge vermogensdichtheid, waardoor dikke koperen PCB's een essentieel kerncomponent zijn.
Auto-elektronica: De toenemende populariteit van elektrische voertuigen heeft de vraag naar dikke koperen PCB's direct gestimuleerd. Belangrijke componenten zoals hoofdomvormeromvormers, ingebouwde laders (OBC's) en DC-DC-converters (DC-DC's) werken op stroomniveaus die veel hoger liggen dan die van conventionele voertuigen, waardoor het gebruik van dikkopertechnologie vereist is om een veilige en efficiënte werking te garanderen.
Industriële besturings- en energiesystemen: Omvormers met hoog-vermogen, servoaandrijvingen, ononderbroken stroomvoorzieningen (UPS) en apparatuur voor slimme netwerktransmissie en -distributie vertrouwen al lang op dikke koperen PCB's om een stabiele en duurzame stroomuitvoer te bereiken.
Technologische ontwikkelingstrends:
Ultra-dik en ultra-dik koper: het streven van de markt naar meer macht brengt technologische vooruitgang naar steeds-hogere niveaus. "Extreem dik koper" en "ultra-dik koper" platen, met koperdiktes van 10 ounces of zelfs meer dan 20 ounces, worden gebruikt in de gespecialiseerde industrieën en het spoorvervoer.
Technologie voor dik koper in de binnenlaag en inbedding van blokken: Om te voldoen aan de complexere eisen op het gebied van thermisch beheer en de huidige distributievereisten, wordt de technologie van het plaatsen van dikke koperlagen op de binnenlagen van PCB's of het inbedden van koperen blokken op specifieke locaties geleidelijk volwassen, waardoor een grotere flexibiliteit ontstaat in drie-dimensionaal thermisch ontwerp.
Materiaalinnovatie: Om het hoofd te bieden aan de hoge thermische spanningen veroorzaakt door dik koper, wordt tegelijkertijd ook vooruitgang geboekt in het onderzoek en de toepassing van substraatmaterialen met hogere glasovergangstemperaturen (Tg), lagere thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) en verbeterde hittebestendigheid (zoals keramisch-gevulde PTFE en hoogwaardige- epoxyharsen.
III. Uitdagingen en vooruitzichten
Ondanks de veelbelovende vooruitzichten wordt de dikkoper-PCB-industrie ook geconfronteerd met uitdagingen zoals hoge productiekosten, hoge procesbarrières en moeilijke opbrengstcontrole. Dit vereist dat fabrikanten zich voortdurend bezighouden met technologisch onderzoek en ontwikkeling en procesoptimalisatie, wat ook betekent dat het vakgebied hoge toetredingsdrempels kent, waardoor toonaangevende bedrijven een aanzienlijk concurrentievoordeel krijgen.
Vooruitkijkend, met de opkomst van voedingen voor 5G-basisstations, voedingen voor datacenterservers, snellaadapparaten en vele andere opkomende toepassingen met hoog{1}}vermogen, zal het strategische belang van dikke koperen PCB's, als de 'snelweg' voor de energiestroom, steeds prominenter worden. Ze zijn niet langer alleen maar een verbindingsmedium; ze zijn een sleutelfactor bij het bepalen van de vermogensdichtheid, efficiëntie en betrouwbaarheid van complete elektronische systemen. Het beheersen van de dikke koperen PCB-technologie betekent het veiligstellen van een gunstige positie op de bloeiende markt voor vermogenselektronica.