Was wissen Sie über Kupfer-PCBs?

Unterschied zwischen Kupfer-PCB und Standard-PCB

Kupferleiterplatten verwenden ein Dielektrikum und Kupfer als wichtigstes Metall und bestehen aus verschiedenen Materialschichten. Sie verfügen über ein Substrat (Basis) aus Glasfaser, Polymeren, Keramik oder einem anderen nichtmetallischen Kern. Viele dieser Leiterplatten verwenden FR-4 als Substrat. Dieses Glasfasermaterial ist relativ günstig und weist eine mäßige Haltbarkeit auf. Zusätzliche Schichten aus Kupfer, Lötstopplack und Siebdruck machen die Platine leitfähig und markieren die Position der Bauteile. Diese Schichten können einseitig, beidseitig oder in einem mehrschichtigen Aufbau auf der Basis angeordnet sein. Kupferleiterplatten haben einen ähnlichen Aufbau wie andere Leiterplatten. Sie bestehen aus einer oder mehreren Schichten Kupfer, Lötstopplack und Siebdruck.

Anstatt ein Glasfaser- oder Kunststoffsubstrat zu haben, hat eine Kupferleiterplatte jedoch ein Metallsubstrat. Diese Basis enthält hauptsächlich eine Kombination aus Kupfer. Der Metallkern kann vollständig aus Metall bestehen oder eine Kombination aus Glasfaser und Kupfer haben. Professionelle Leiterplatten sind in der Regel einseitig, können aber auch doppelseitig sein. Mehrschichtige Kupferleiterplatten sind sehr schwierig herzustellen.

Standard-Leiterplatten finden in nahezu unendlich vielen Anwendungen Verwendung. Ihre Leistung hängt von den verwendeten Materialien und der Konstruktion ab und versorgt sowohl Low-End- als auch High-End-Elektronik mit Strom. Einseitige Leiterplatten kommen in weniger komplizierten Geräten wie Taschenrechnern vor, während Multilayer-Boards das Potenzial haben, Raumgeräte zu unterstützen, und Supercomputer, die sich von Super-Boards unterscheiden, bekommen das Am häufigsten in LED- und Leistungsumwandlungselektronik eingesetzt. Das intensive Licht der LEDs erzeugt viel Wärme, die von den Komponenten weggeleitet wird.

Eine hochwertige Leiterplatte verlängert die Lebensdauer von LED-Geräten und sorgt für mehr Stabilität. Hochwertige Substrate finden sich in Straßenlaternen, Ampeln und Haushaltsbeleuchtungen. Sie ermöglichen es Stromrichtern, Strom zu ändern und die Elektronik zu regulieren. Auch Entwickler aus vielen anderen Branchen finden Anwendung in Aluminium-Leiterplatten, aber sie setzen sie nicht so oft um.

Unterschiedliche Eigenschaften von Kupfer-PCBs und Standard-PCBs

Standard-Leiterplatten sind vielseitig und anpassungsfähig. Sie haben verschiedene Substratoptionen, die Preis und Haltbarkeit der Platine bestimmen. Bei geringem Budget und geringer Leistungsintensität können Sie kostengünstiges Fiberglas wählen. Andererseits können Sie in ein stabileres Basismaterial investieren, das höheren Belastungen standhält. Für spezielle Anwendungen eignen sich Hochfrequenzsubstrate und Flexsubstrate.

FR4-Leiterplatten benötigen jedoch zusätzliche Komponenten, um Hochtemperaturanwendungen standzuhalten. Nichtmetallische Substrate weisen keine Wärmeleitfähigkeit auf, daher muss ein geeignetes Material hinzugefügt werden. Bei Geräten mit hoher Leistung oder hoher Dichte werden die Schaltungen anfällig für Belastungen und Beschädigungen. Sie müssen Kühlkörper, kupfergefüllte Durchkontaktierungen oder Druckluft hinzufügen, um die Wärme von den Schaltkreisen abzuleiten.

Darüber hinaus gehören Kupferplatinen zu den wärmeleitfähigsten Leiterplattenoptionen. Sie halten so viel Wärme wie möglich von wichtigen Komponenten fern, um Schaltungsschäden zu minimieren. Dank ihrer hohen Wärmetoleranz können sie Schaltungen mit höherer Dichte und höheren Leistungen verarbeiten. Substrate aus Kupferlegierungen weisen eine hohe physikalische Haltbarkeit auf, die das Bruchrisiko verringert. Im Vergleich zu anderen Metallen hat Stahl eine geringere Umweltbelastung und ist zudem kostengünstiger.

Andererseits haben herkömmliche Leiterplatten tendenziell mehr Nischenanwendungen als Standardplatinen. Sie sind zwar günstiger als das Hinzufügen von Leiterbahnen zu einer Standardplatine, aber teurer als Standardplatinen ohne diese Komponenten. Die Investition in eine herkömmliche Leiterplatte kann sich nicht lohnen, wenn Ihre Anwendung keine hohen Temperaturen erfordert. Wenn Sie eine Flexschaltung planen, kann eine herkömmliche Flex-Leiterplatte nur in ihre ursprüngliche Position gebogen werden. Sie lässt sich zwar biegen, um in kleinere Elektronikgeräte zu passen, hält aber Vibrationen nicht stand.

Die Funktion von Kupfer-PCB

Der größte Vorteil von Kupfer ist seine hohe Leitfähigkeit. Dadurch kann es problemlos Signale übertragen, ohne dass dabei Strom verloren geht. Das bedeutet auch, dass Hersteller nicht Unmengen Kupfer verwenden müssen. Schon eine kleine Menge reicht aus. In der gängigsten Konfiguration kann eine Unze Kupfer in 35 Mikrometer (ca. 1.4 Tausendstel Zoll) Dicke umgewandelt werden, was einem ganzen Quadratfuß des PCB-Substrats entspricht. Kupfer ist ebenfalls leicht verfügbar und relativ günstig.

• Eliminierung komplexer kabelgebundener Buskonfigurationen
• Erhöhte Stromtragfähigkeit
• Erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischen Belastungen
• Optimierter Einsatz exotischer Hochtemperaturmaterialien mit geringerer Wahrscheinlichkeit eines Schaltkreisausfalls
• Möglichkeit, mehrere Kupfergewichte auf derselben Schaltungsschicht zu integrieren (Reduzierung der Schichtanzahl)
• Zusätzliche Kupferbeschichtung in den Wärmedurchgängen (Reduzierung des Wärmewiderstands)
• Ausgewählte, mit dickem Kupfer beschichtete Bereiche können als Kühlkörper oder Schnittstelle zur kalten Platte fungieren (eingebaute Kühlkörper).
• Integration von Hochstromschaltungen und Steuerschaltungen auf einer einzigen Leiterplatte

Anwendung von Kupferleiterplatten

Die Nachfrage nach kupferummantelten Leiterplatten in der Automobil-, Computer-, Industriesteuerungs- und Militärindustrie wächst rasant. Mehr als 80 % der bestehenden Leiterplattenhersteller sind in der Lage, zuverlässige Kupferleiterplatten zu produzieren.

• Solarstromwandler
• Sicherheits- und Signalsysteme
• Erneuerbare Energien und Speicherkraftwerke
• Torque-Steuerungen
• Hochleistungsgleichrichter
• Überlastrelais
• Stromrichter für Eisenbahnsysteme
• Stromleitungsmonitore
• Traktionsumrichter für Bahnanwendungen
• USV-Systeme
• Laden von Elektrofahrzeugen (gewerblich und industriell)
• Schutzrelais
• Anregungssysteme für Leistungsregler
• Positionskontrollsysteme
• Stromnetz-Schaltsysteme
• HLK-Systeme
• Energiespeicherung und Stromnetz-Backup
• Kernkraftanwendungen
• Netzdrosseln
• Wasserkraftwerke
• Überspannungsschutz
• Sicherungsblöcke
• Schweißgeräte
• Waffenkontrollsysteme
• Radarsysteme

Der Grund für die steigende Nachfrage nach Kupferleiterplatten sind die stetig steigenden Anforderungen an Leistung, Performance und Kosten. Amitron, in der Branche als Experte für PCB-Wärmemanagement bekannt, fertigt seit 1994 Leiterplatten mit starker Kupferbeschichtung. Wir sind in der Lage, über 20 % fertige Kupferleiterplatten zu produzieren und zuverlässig eine schützende und gleichmäßige Lötstopplackschicht mit abgebildeter Nomenklatur aufzutragen. Ein extremer Kreislauf könnte 6 Unzen verbrauchen. in den Lochwänden und 20 oz. Oberflächenkupfer.

Kupferspezifikation

Kupfer ist ein mittelfestes, nicht magnetisches Metall. Es verfügt über eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit und ist vergleichsweise günstig. In seiner reinsten Form ist es weich und formbar, doch die Einführung von Legierungselementen eröffnet vielfältige industrielle und kommerzielle Anwendungsmöglichkeiten.

Es ist außerdem häufig ein Nebenprodukt der Silberproduktion. Sulfide, Oxide und Karbonate sind die wichtigsten Erze. Kupfer und Kupferlegierungen gehören zu den vielseitigsten technischen Werkstoffen überhaupt. Die Kombination physikalischer Eigenschaften wie Festigkeit, Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Duktilität macht Kupfer für ein breites Anwendungsspektrum geeignet. Darüber hinaus können diese Eigenschaften durch Variationen der Zusammensetzung und der Herstellungsverfahren weiter verbessert werden.

• Streckgrenze von Kupfer: Der Bruchpunkt für Verbundlegierungen ist nicht scharf definiert. Daher wird er tendenziell entweder als 0.5 % Dehnung unter Last oder als 0.2 % Verschiebung angegeben. Üblicherweise beträgt die Bruchfestigkeit von geglühtem Material bei 0.5 % Dehnung etwa ein Drittel der Zugfestigkeit. Durch die Härtung durch Kaltumformung wird das Material weniger duktil und die Streckgrenze nähert sich der Zugfestigkeit an.
• Schmelzpunkt von Kupfer: Der Schmelzpunkt für reines Kupfer liegt bei 1083 °C.
• Struktur von Kupfer: Kupfer hat eine flächenzentrierte kubische Kristallstruktur. Von außen ist es gelblich-rot und entwickelt beim Polieren einen hellen metallischen Glanz.
• Korrosionsbeständigkeit von Kupfer: Alle Kupferlegierungen sind korrosionsbeständig gegenüber Süßwasser und Dampf. In den meisten ländlichen, maritimen und industriellen Umgebungen sind Kupferlegierungen ebenfalls korrosionsbeständig. Kupfer ist beständig gegenüber Salzlösungen, Böden, nichtoxidierenden Mineralien, organischen Säuren und ätzenden Lösungen. Feuchtes Ammoniak, Halogene, Sulfide, Lösungen, die Ammoniakionen enthalten, und oxidierende Säuren wie Salpetersäure greifen Kupfer an. Kupferlegierungen weisen außerdem eine gute Beständigkeit gegenüber anorganischen Säuren auf. Die Korrosionsbeständigkeit von Kupferlegierungen beruht auf der Bildung anhaftender Filme auf der Materialoberfläche. Diese Filme sind relativ unempfindlich gegenüber Korrosion und schützen daher das Grundmetall vor weiteren Angriffen.

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