Différence entre un PCB en cuivre et un PCB standard
Les circuits imprimés en cuivre utilisent un diélectrique et du cuivre comme matériau principal, composé de différentes couches de matériaux. Ils sont constitués d'un substrat, ou base, en fibre de verre, en polymère, en céramique ou en tout autre matériau non métallique. Nombre de ces circuits imprimés utilisent du FR-4 comme substrat. Ce matériau en fibre de verre est relativement abordable et offre une durabilité modérée. Des couches supplémentaires de cuivre, de masque de soudure et de soie rendent la carte conductrice et délimitent l'emplacement des composants. Ces couches peuvent apparaître sur une face de la base, sur les deux faces ou dans un empilement multicouche. Un circuit imprimé en cuivre présente une disposition similaire à celle de tout autre circuit imprimé : une ou plusieurs couches de cuivre, un masque de soudure et une sérigraphie sont superposés.
Au lieu d'avoir un substrat en fibre de verre ou en plastique, une carte de circuit imprimé en cuivre a un substrat métallique. Cette base contient principalement une combinaison de cuivre. Le noyau métallique peut être entièrement composé de métal ou avoir une combinaison de fibre de verre et de cuivre. Certains PCB sont généralement à simple face, mais peuvent également être à double face. Les PCB de cuivre multicouches sont très difficiles à fabriquer.
Les circuits imprimés standard sont utilisés dans une multitude d'applications. Leurs capacités dépendent des matériaux et de la construction utilisés. Ils alimentent donc aussi bien les appareils électroniques d'entrée de gamme que les appareils haut de gamme. PCB simple face apparaissent dans des appareils moins complexes tels que les calculatrices, alors que les cartes multicouches ont le potentiel de prendre en charge les équipements de stockage et les superordinateurs différents des cartes de base. la plus utilisée dans les LED et l'électronique de conversion de puissance. La lumière intense produite par les LED crée un niveau élevé de chaleur, qui éloigne la chaleur des composants.
Un circuit imprimé en cuivre prolonge la durée de vie d'un dispositif LED et offre une meilleure stabilité. On trouve des substrats en cuivre dans les lampadaires, les feux de signalisation et l'éclairage domestique. Ils permettent aux convertisseurs de puissance de modifier les courants et de réguler l'électronique. Les créateurs de nombreuses autres industries trouvent également une utilité dans PCB en aluminium, mais ils ne les mettent pas en œuvre aussi souvent.
Caractéristiques différentes des PCB en cuivre et des PCB standard
Les circuits imprimés standard sont polyvalents et adaptables. Plusieurs options de substrats déterminent le prix et la durabilité de la carte. Si votre budget est limité et que votre utilisation est de faible intensité, vous pouvez opter pour la fibre de verre économique. D'un autre côté, vous pouvez investir davantage dans un matériau de base plus résistant, capable de supporter des contraintes plus élevées. Les substrats radiofréquence et les substrats flexibles conviennent à des applications spécifiques.
Cependant, les circuits imprimés FR4 nécessitent des composants supplémentaires pour résister aux applications à haute température. Les substrats non métalliques n'ont pas de conductivité thermique ; il faut donc ajouter un matériau qui en a. Si votre appareil est conçu pour une puissance ou une densité élevées, les circuits sont sujets aux contraintes et aux dommages. Vous devez ajouter des dissipateurs de chaleur, des vias remplis de cuivre ou de l'air forcé pour éloigner la chaleur des circuits.
De plus, les cartes en cuivre sont parmi les plus thermoconductrices. Elles éloignent autant que possible la chaleur des composants vitaux afin de minimiser les dommages aux circuits. Grâce à leur grande tolérance à la chaleur, elles peuvent gérer des circuits à plus forte densité et des niveaux de puissance plus élevés. Les substrats en alliages de cuivre présentent une grande durabilité physique, ce qui réduit le risque de rupture. Comparé à d'autres métaux, le cuivre présente un impact environnemental plus faible et un coût raisonnable.
En revanche, les circuits imprimés en cuivre ont tendance à être plus spécialisés que les circuits imprimés standard. Bien que leur coût soit inférieur à celui de l'ajout de conducteurs à un circuit imprimé standard, leur prix est plus élevé que celui des circuits imprimés standard sans ces composants. Investir dans un circuit imprimé en cuivre peut s'avérer rentable si votre application n'implique pas de températures élevées. Si vous envisagez de créer un circuit flexible, un circuit imprimé flexible en cuivre ne peut se plier que dans sa position initiale. Il se pliera pour s'adapter à des composants électroniques plus petits, mais ne résistera pas aux vibrations.
La caractéristique du PCB en cuivre
Le principal avantage du cuivre est sa haute conductivité. Cela signifie qu'il peut facilement transmettre des signaux sans perte d'électricité. Cela signifie également que les fabricants n'ont pas besoin d'utiliser des quantités importantes de cuivre. Même une petite quantité suffit. Dans la configuration la plus courante, une once de cuivre peut être transformée en 35 micromètres, soit environ 1.4 millième de pouce d'épaisseur, ce qui permet de recouvrir un pied carré entier du substrat du PCB. Le cuivre est également facilement disponible et relativement peu coûteux.
- Élimination des configurations complexes de bus filaires
- Augmentation de la capacité de transport de courant
- Augmentation de l'endurance aux contraintes thermiques
- Utilisation optimisée de matériaux exotiques haute température avec une probabilité de défaillance de circuit plus faible
- Possibilité d'incorporer plusieurs poids de cuivre sur la même couche de circuit (réduction du nombre de couches)
- Ajout d'un placage de cuivre dans les vias thermiques (réduction de la résistance thermique)
- Certaines zones plaquées de cuivre épais peuvent servir de dissipateur thermique ou d'interface avec une plaque froide (dissipateurs thermiques intégrés).
- Intégration de circuits à courant élevé et de circuits de contrôle sur un seul PCB
Application des PCB en cuivre
La demande de circuits imprimés en cuivre épais dans les secteurs de l'automobile, de l'informatique, des contrôles industriels et de l'armée connaît une croissance fulgurante. Plus de 80 % des fabricants de circuits imprimés existants sont limités, voire incapables, de produire des circuits imprimés en cuivre épais et fiables.
- Convertisseurs d'énergie solaire
- Systèmes de sécurité et de signalisation
- Énergies renouvelables et installations de pompage de stockage
- Contrôles Torԛue
- Redresseurs haute puissance
- Relais de surcharge
- Convertisseurs de puissance pour systèmes ferroviaires
- Moniteurs de lignes électriques
- Convertisseurs de traction pour applications ferroviaires
- Les systèmes UPS
- Recharge de véhicules électriques (commerciaux et industriels)
- Relais de protection
- Systèmes d'excitation pour les régulateurs de puissance
- Systèmes de contrôle de position
- Systèmes de commutation du réseau électrique
- Systèmes CVC
- Stockage d'énergie et secours du réseau électrique
- Applications de l'énergie nucléaire
- Réacteurs de ligne
- Centrales hydroélectriques
- Parasurtenseurs
- Blocs fusibles
- Équipement de soudage
- Systèmes de contrôle des armes
- Systèmes radar
Le moteur de la demande de PCB en cuivre est l'augmentation constante des exigences en matière de puissance, de performance et de coût. Reconnu dans l'industrie comme expert en gestion thermique des circuits imprimés, Amitron fabrique des circuits imprimés avec un placage de cuivre épais depuis 1994. Nous sommes capables de produire plus de 20 onces de cuivre fini et d'appliquer de manière fiable un masque de soudure protecteur et uniforme avec une nomenclature imagée. Un circuit en cuivre extrême pourrait utiliser 6 oz. dans les parois du trou et 20 oz de cuivre de surface.
Spécification du cuivre
Le cuivre est un métal amagnétique de résistance moyenne. Il présente d'excellentes propriétés de conductivité électrique et thermique, et son coût est relativement faible. À l'état pur, il est souple et malléable, mais l'introduction d'éléments d'alliage lui confère de nombreuses applications industrielles et commerciales.
Il s'agit également souvent d'un sous-produit de la production d'argent. Les sulfures, les oxydes et les carbonates sont les minerais les plus importants. Le cuivre et ses alliages comptent parmi les matériaux d'ingénierie les plus polyvalents. La combinaison de propriétés physiques telles que la résistance, la conductivité, la résistance à la corrosion, l'usinabilité et la ductilité rend le cuivre adapté à un large éventail d'applications. De plus, ces propriétés peuvent être améliorées grâce à des variations de composition et de méthodes de fabrication.
- Limite d'élasticité du cuivre : La limite d'élasticité des alliages de cuivre n'est pas clairement définie. Par conséquent, elle est généralement rapportée comme une extension de 0.5 % sous charge ou comme un décalage de 0.2 %. La limite d'élasticité à 0.5 % d'un matériau recuit correspond généralement à environ un tiers de la résistance à la traction. Le durcissement par travail à froid rend le matériau moins ductile et la limite d'élasticité se rapproche de la résistance à la traction.
- Point de fusion du cuivre : Le point de fusion du cuivre pur est de 1083ºC.
- Structure du cuivre : Le cuivre a une structure cristalline cubique centrée sur la face. Il est rouge jaune en apparence physique et une fois poli, il développe un éclat métallique brillant.
- Résistance à la corrosion du cuivre : Tous les alliages de cuivre résistent à la corrosion par l'eau douce et la vapeur. Dans la plupart des atmosphères rurales, marines et industrielles, les alliages de cuivre résistent également à la corrosion. Le cuivre est résistant aux solutions salines, aux huiles, aux minéraux non oxydants, aux acides organiques et aux solutions caustiques. L'ammoniac humide, les halogènes, les sulfures, les solutions contenant des ions ammoniac et les acides oxydants, comme l'acide nitrique, attaquent le cuivre. Les alliages de cuivre présentent également une faible résistance aux acides inorganiques. La résistance à la corrosion des alliages de cuivre provient de la formation de films adhérents à la surface du matériau. Ces films sont relativement insensibles à la corrosion, protégeant ainsi le métal de base de toute nouvelle attaque.
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