PCB en cuivre – Impact sur la fabrication de cartes PCB

Sur les PCB en cuivre, plusieurs problèmes possibles peuvent survenir avec un PCB, mais vous pouvez dire qu'il n'y a que quatre causes courantes qui conduisent à une défaillance du PCB：

1. Composants brûlés.
2. Composants mal fabriqués.
3. Facteurs environnementaux.
4. Âge.

Le PCB en cuivre est principalement utilisé car il résout ou réduit la régularité de ces pannes; avec le circuit imprimé en bois et en verre, vous devez vous assurer que la température du fer à souder est plus ou moins parfaite, car toute température supérieure peut entraîner un composant brûlé.

Le PCB en cuivre est l'un des PCB les plus accessibles à fabriquer en raison des matériaux nécessaires et du service d'assemblage qui le rend facilement disponible. Chez WellPCB , nous pouvons réduire les problèmes de PCB au niveau le plus bas possible, en éliminant des éléments tels que les composants brûlés, les composants mal fabriqués et l'âge.

Alors, comment l'assurer ou le rendre idéalement de chaque aspect, voyons si ce guide nous montre quoi faire.

1. Circuit imprimé en cuivre —Cuivre sur PCB

Le PCB en cuivre est le plus utilisé de tous en raison de sa conductivité électrique et de sa résistance thermique. PCB avec une structure en cuivre (plaqué de cuivre ou feuille) au-dessus du matériau de renforcement.

Ou a du cuivre comme matériau principal en raison de sa conductivité. Les PCB en cuivre sont préférés des ingénieurs en raison de leur adaptabilité.

Les gens choisissent les PCB en cuivre en raison de plusieurs facteurs tels que :

1. Il s'agit d'une conductivité thermique accrue, qui à son tour répartit la chaleur sur toute la surface, réduisant considérablement le risque de brûlure d'un composant 

2. Sa conductivité électrique accrue

3. Potentiel d'utiliser le matériau au maximum (vous pouvez utiliser chaque espace sans tenir compte des répercussions thermiques et électriques) 

4. La possibilité d'un autre revêtement de cuivre.

Vous n'avez pas besoin de beaucoup de considération lors de la sélection de PCB en cuivre. Vous pouvez utiliser le circuit imprimé en cuivre d'un ours en peluche parlant sur la télécommande de votre téléviseur, à condition d'avoir une connaissance approfondie de l'électrotechnique.

Selon le type de PCB (simple, double, multicouche, rigide, flex ou rigide-flex), l'épaisseur et le changement de poids, il existe des tailles standard pour une gamme de produits électroniques.

Comme dit précédemment, un PCB vise à s'assurer qu'il y a un flux constant dans les circuits. En tant que tels, des éléments tels que le poids et l'épaisseur sont des facteurs importants car ils modifient techniquement l'ensemble de la manipulation d'un PCB, du type de soudure au fer à souder, en passant par la technique de soudure et la température dont vous avez besoin.

La composition d'un circuit imprimé en cuivre est principalement composée :

1. Sérigraphie :

Ceci est également appelé sérigraphie, une technique d'impression utilisée pour ajouter de l'encre (principalement verte) sur le substrat comme une peinture en termes de PCB.

Il est utilisé pour afficher des éléments tels que les lettres, les chiffres, les symboles et les images (entrées et prises de courant, emplacement potentiel de la puce, emplacement du transformateur, plus + et négatifs-) sur la carte. Habituellement, une seule couleur est utilisée et la visibilité est généralement relativement faible.

2. Circuit imprimé en cuivre —Masque de soudure :

C'est la deuxième couche sur un PCB. C'est la couche de polymère de finition pseudo brillante qui se trouve sur les traces de cuivre de la carte.

Son travail consiste à protéger contre les facteurs environnementaux tels que l'oxydation et la poussière ou les débris qui s'accumulent entre les pastilles de soudure. Un masque de soudure aide également à prévenir ce que nous appelons un pont de soudure. Un pont de soudure se produit lorsqu'il y a un glissement lors de l'utilisation du fer à souder, provoquant le contact de deux conducteurs.

3. Cuivre :

Le cuivre donne au PCB ses excellentes performances élevées. Il fournit au matériau PCB sa rugosité de surface et lorsque le cuivre est combiné avec le matériau diélectrique.

Les deux fonctionnent ensemble pour donner au PCB son excellente performance de sortie, en particulier dans les fréquences RF et micro-ondes.

Le cuivre montre les voies du signal sur un circuit imprimé, les schémas de circuit que vous voyez sont fabriqués avec une grande précision que seul le cuivre de haute qualité ; lorsqu'il est bien combiné avec le matériau de substrat du PCB, il peut le produire.

Le cuivre a un coefficient de dilatation thermique (CTE) d'environ 17 ppm/°C, qui correspond à la quantité de dilatation et de contraction subie par le matériau lorsque l'appareil électronique commence à fonctionner.

4. Circuit imprimé en cuivre —Substrat :

Le substrat de la couche sous-jacente, les substrats de panneaux, sont généralement des matériaux composites diélectriques, principalement composés de résine époxy et de renfort (fibres de verre, parfois tissées ou non tissées, et même du papier a été utilisé).

Avec la résine, une céramique de type charge est connue pour être utilisée. Le type de substrat le plus courant est le FR -4 (où FR signifie ignifuge); la raison pour laquelle vous pouvez dire que le cuivre FR -4 est le meilleur est en raison de l'excellente caractéristique de conductivité qui le distingue même parmi les substrats en fibre de verre.

Une autre caractéristique du cuivre FR -4 est sa haute résistance, ses propriétés diélectriques et sa résistance thermique apparente. La fusion du cuivre et du substrat est primordiale pour les performances et la fiabilité d'un PCB.

2. Épaisseur du circuit imprimé en cuivre

Comme mentionné précédemment, vous devez toujours tenir compte de l'épaisseur et du poids d'un PCB avant utilisation.

OUI, un circuit imprimé en cuivre peut supporter beaucoup plus de résistance thermique et de conductivité électrique ; cela ne signifie pas que vous utilisez un PCB destiné à vos bips sur un superordinateur ; c'est comme essayer d'attraper un poisson avec juste la ligne et sans hameçon ni appât ; UN CERTAIN ECHEC.

2.1 Circuit imprimé en cuivre —Unité d'épaisseur de cuivre

L'unité de mesure standard du cuivre pour son épaisseur est Oz. (onces). Cependant, il peut être mesuré en pouces. La plupart du temps, les gens ne considèrent pas l'épaisseur du cuivre concernant le PCB, mais l'épaisseur de l'ensemble du PCB après que le cuivre de 1 oz a été pressé à plat et uniformément réparti sur une surface de 1 pied carré.

Presque tous les PCB imprimés sont construits avec une épaisseur de cuivre de 1 oz. En ce qui concerne la fabrication de PCB, les fabricants supposent 1 oz. Ils citent et construisent la conception à moins que les clients ne fournissent des spécifications particulières.

Un client a décidé que la conception nécessite un courant supplémentaire supérieur à 1 oz, peut transporter, puis augmenter la largeur de cuivre ou la largeur de vos traces serait préférable. Dans certains cas, le cuivre fini est d'une once.

Plus important que le cuivre de départ sur les couches externes, mais en ce qui concerne les couches intérieures, le cuivre fini est équivalent au cuivre de départ.

Habituellement, 2 onces. L'épaisseur de cuivre de 1 oz est sans aucun doute le poids de cuivre le plus connu et le plus standard car il arrive souvent au point de n'être ni excessif ni trop peu. L'épaisseur de cuivre est excessive et plus coûteuse, tandis que 0,5 cuivre peut ne pas être adéquat, en particulier pour les plans de masse nécessaires pour supporter des courants plus élevés.

En tant que tel, une épaisseur de cuivre de 1 oz est souvent l'option la plus appropriée pour correspondre à votre conception et à vos besoins financiers.

Si vous avez besoin d'une trace plus étroite et d'espace, vous devriez généralement le faire; dupliquez la couche qui a besoin de cuivre lourd et assurez-vous de couper le cuivre en deux. En supposant que vous ayez besoin de huit lignes de mil plus 4 oz de cuivre, la meilleure option est de dupliquer la couche et d'utiliser 2 oz. Cuivre.

Pour les poids de départ en cuivre pesant 5 oz. ou plus, il est également recommandé de doubler une couche au lieu de cuivre plus épais. Il est moins coûteux d'ajouter des couches que d'utiliser du cuivre épais lorsque la complexité de traitement du cuivre plus épais est prise en compte.

En d'autres termes, une carte en cuivre à 2 couches de 6 onces est généralement plus coûteuse qu'une carte à 4 couches de 3 onces.

2.2 FAQ sur l'épaisseur du cuivre

La première question que la plupart des clients posent est basée sur les capacités de largeur de ligne BAC-Final-Web-107Minimun d'un fabricant de PCB. Cependant, dans la plupart des cas, le poids du cuivre est rarement la réponse.

Le tableau ci-dessus montre l'épaisseur de cuivre sur la largeur.

3. Circuit imprimé en cuivre —Poids du circuit imprimé en cuivre

Nous avons parlé de l'importance de l'épaisseur du PCB en cuivre; maintenant, nous allons examiner en détail pourquoi le poids d'un PCB en cuivre est aussi important que son épaisseur.

Le poids d'un PCB par défaut est toujours d'environ 1,2 oz. de cuivre, avec un 0z. L'épaisseur de cuivre et un mil de cuivre dans les trous traversants plaqués.

Grammes

Micron

Once
1	300	35
2	600	70
3	900	105

Bien sûr, la base varie de 0,5 oz. À 3,0 onces. Dans le même temps, le cuivre plaqué varie de 0,7 oz. à 2,0 onces. Plus le poids du cuivre est élevé, meilleures sont les propriétés électriques et plus le processus de gravure sur la carte est complexe.

Vous devez savoir que le poids est important car il affecte de nombreux éléments du PCB, tels que :

1.La trace réalisable et la dimension de la largeur de l'espace

2. Les moindres largeurs suggérées pour les bagues annulaires

3. Le cuivre de base détermine la quantité de réduction nécessaire sur la ligne, donc plus le cuivre de base est égal, plus la réduction de ligne est importante.

Une grande attention est accordée lors de la phase de conception du PCB qui pourrait faire ou casser un PCB, en particulier lorsque le poids du cuivre que vous souhaitez n'est pas indiqué :

1.Pads non fonctionnels sur la couche interne

2. Le court-circuit peut être évité en donnant une tolérance aux bords

3. Visez une tolérance négative sur les petits trous

4. Tenez toujours compte de l'épaisseur du cuivre. La plupart du temps, c'est juste 1 oz. de cuivre.

3.1 Développement d'un circuit imprimé avancé en cuivre lourd

Lors du développement de cuivre lourd avec des PCB avancés, des PCB multicouches sont produits à l'aide de couches de cuivre allant de 2 à 5 couches de cuivre à différents niveaux. Lequel est interconnecté en utilisant des couches de cuivre similaires ?

Le niveau de cuivre supplémentaire améliore la fonctionnalité de la carte, et des vias supplémentaires aident à faire passer plus de PCB actuels en maintenant les pastilles bien attachées. Il aide à améliorer la résistance de la résidence pour maintenir le boulon en maintenant le câble requis en place.

Une nouvelle fabrication à faible coût a également été développée, qui fournit l'assistance nécessaire à l'assemblage en remplaçant le cuivre lourd dépassant jusqu'à vingt milles de la surface.

La technologie enterrée utilisée dans les PCB lourds peut avoir n'importe quelle quantité de cuivre au-dessus de la surface ou sous la surface de la carte.

3.2 Assembler un circuit imprimé à courant plus élevé et une carte à base de cuivre lourd

Lorsque nous assemblons un PCB à courant plus élevé et une carte à base de cuivre lourd, cela peut être difficile à développer mais pas impossible car cela nécessite du temps et des efforts supplémentaires.

Pour développer une telle carte, les ingénieurs ont besoin d'un soin particulier pour concevoir et développer la carte en observant le transfert de chaleur sous forme de transfert thermique.

Les PCB avec du cuivre lourd doivent être soudés en utilisant une température suffisamment élevée et en le soudant correctement pour de meilleurs résultats. Il est fortement recommandé de fabriquer les PCB en utilisant le niveau de température le plus élevé sans plomb.

Le plastifierait correctement pour aider à garder les coussinets attachés avec toute la chaleur retenue.

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En adoptant une excellente option de sélection d'agent maritime préférentiel.

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Pour passer vos commandes, il vous est conseillé de parcourir leur site Web et de soumettre les informations souhaitées via les fichiers Gerber.

Il vous est conseillé de spécifier les types de personnalisation dont vous avez besoin dans la fabrication de votre PCB car nous avons l'expérience d'offrir d'excellentes options aux clients pour développer l'assemblage PCB personnalisé pour vous à un prix supplémentaire.

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4. Plaqué de cuivre

Qu'est-ce qui n'a pas été dit à propos d'un PCB recouvert de cuivre ? Vous devez demander à un ingénieur et le regarder parler indéfiniment des avantages indéniables mais tout aussi essentiels, en plus d'être économiquement bon marché ; le revêtement en cuivre est la carte que la plupart des ingénieurs choisissent lors de la création d'un PCB.

Le circuit imprimé cuivré vous permet de souder facilement des composants sur le circuit car il est créé; c'est excellent pour concevoir des cours.

La nature compétitive du matériau pour les PCB plaqués de cuivre facilite la personnalisation de la taille et de la forme de la carte par rapport aux autres cartes. En raison de leurs matériaux disponibles, cela entraîne une baisse des appareils électroniques par rapport au coût des autres PCB.

Parmi les nombreuses applications des PCB recouverts de cuivre, certaines d'entre elles ont été mentionnées. Les PCB recouverts de cuivre sont couramment utilisés dans les systèmes de contrôle des armes, l'alimentation des systèmes radar, les enroulements primaires et secondaires des transformateurs planaires haute puissance, les panneaux de distribution d'alimentation, les chargeurs de batterie et les systèmes de surveillance.

4.1 Circuit imprimé en cuivre —Laminé recouvert de cuivre :

Il est abrégé en CCL (Copper Clad Laminate) et fait référence à un matériau de base composé de papier de pâte de bois ou de fibres de verre imbibées de résine et de matériau de renforcement.

CCL peut être classé comme :

• 1.CCL basé sur la rigidité mécanique - ce type de CCL est rigide
• 2.CCL basé sur une isolation avec une résine organique.
• 3.CCL basé sur l'épaisseur, il est généralement d'environ 0,55 mm
• 4.Résine isolante CCL.

Il existe différents types de CCL

Ils sont classés selon différentes normes de classification, soit en fonction de la rigidité mécanique, du matériau d'isolation, de l'épaisseur et des types de matériaux de renforcement.

• 1.Par rigidité mécanique : Vous avez un CCL rigide (G10, FR-4, CEM -1) et un CCL flexible, le PCB rigide dépend du CCL rigide tandis que le PCB flexible dépend du CCL flexible.
• 2.Par matériau d'isolation : Vous avez la résine organique CCL, la base métallique CCL, la base céramique CCL ainsi que bien d'autres
• 3.Par épaisseur : Vous avez votre CCL épais standard et votre CCL mince, pour le CCL épais, nous avons une épaisseur requise> 0,5 mm, et pour le CCL mince, nous avons une épaisseur requise <0,5 mm
• 4.Par matériau renforcé : nous avons la base en fibre de verre (FR -4), la base en papier (XPC), le composé CCL (CEM -1, CEM -3).
• 5.By Applied Insulation Resin: We have epoxy resin CCL (FR -4, CEM -3) and phenolic CCL (FR -1, XPC).

4.2 Copper PCB —Quick Question:What Makes An Excellent CCL?

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.