Os traços de cobre em uma placa de circuito impresso transportam sinais eletrônicos e distribuem energia entre componentes e dispositivos. Essa complexa rede de caminhos condutores permite que todos os elementos funcionais da placa operem em harmonia. Uma das decisões de projeto mais importantes ao projetar uma PCB é determinar a espessura de cobre apropriada para os traços. Neste artigo, examinaremos detalhadamente as espessuras de cobre comuns usadas em PCBs, discutiremos por que utilizar cobre mais espesso é vantajoso em aplicações de alta potência e abordaremos os principais fatores que os projetistas devem considerar ao selecionar a espessura de cobre ideal para placas de circuito, de acordo com os requisitos e restrições específicos de seus circuitos. Vamos lá.
Espessuras comuns de cobre usadas em PCB
A espessura do cobre refere-se ao peso da folha de cobre laminada sobre o Substrato PCB, expressa em onças por pé quadrado (oz/ft²). Os pesos típicos variam de 2 oz a 0.5 oz:
Espessura de cobre de 0.5 a 1 oz: Uma folha de cobre extremamente fina com 0.0007 polegadas de espessura. Utilizada para PCBs leves e de baixa corrente, onde são necessários espaçamentos de trilhas apertados e um perfil de placa fino. O tamanho e o espaçamento mínimos das trilhas são muito pequenos com espessura de cobre de uma onça.
Cobre de 1 a 2 oz: O peso de cobre padrão e mais comum para projetos de PCB em geral. Oferece um equilíbrio entre desempenho eletrotérmico e capacidade de fabricação. Adequado para a maioria dos PCBs de média complexidade.
Cobre de 3 oz: Considerada uma PCB de cobre resistente. É robusta o suficiente para circuitos de alta corrente, que podem suportar até 8-10 A por trilha antes que superaquecimento ou queda de tensão se tornem um problema. Proporciona maior estabilidade e confiabilidade.
Por que usar cobre pesado em PCB?
Embora a utilização de folhas de cobre pesadas aumente o custo do PCB, há vantagens importantes que a tornam a escolha certa para projetos de circuitos de alta potência:
- Suporta correntes mais altas sem deixar vestígios de superaquecimento – O cobre mais espesso tem menor resistência, permitindo que mais corrente flua sem aquecimento resistivo excessivo. Isso evita danos por superaquecimento.
- Menor queda de tensão nos traços em altas correntes – Traços de cobre mais grossos reduzem a queda de tensão indesejada ao longo do comprimento do traço, garantindo que os sinais e a energia sejam fornecidos nos níveis corretos por todo o PCB.
- Melhor difusão de calor e gerenciamento térmico – O cobre é um excelente condutor térmico. O cobre pesado atua como um dissipador de calor, conduzindo rapidamente o calor para longe dos pontos quentes e distribuindo-o por uma área maior para dissipação. Isso permite o funcionamento adequado do circuito em temperaturas mais altas.
- Suporta altas temperaturas e ciclos térmicos repetidos – A alta massa térmica e a condutividade do cobre espesso o tornam muito mais resistente a danos causados por altas temperaturas e ciclos repetidos de aquecimento/resfriamento em comparação com folhas finas.
- Reduz EMI Comparado a trilhas mais finas – Trilhas mais espessas geram menos interferência eletromagnética em comparação a trilhas finas com corrente idêntica, devido à menor resistência CA. Essa redução de EMI é benéfica para a conformidade com a compatibilidade eletromagnética (EMC).
- Aumenta a confiabilidade geral e a vida útil do produto – A capacidade de corrente superior, o desempenho térmico e a durabilidade de PCB de cobre pesado aumentar a confiabilidade e a vida útil do produto, especialmente em ambientes exigentes de alta potência.
Como escolher a espessura do cobre do PCB?
Selecionar a espessura ideal de cobre do PCB para um projeto específico requer considerar vários fatores inter-relacionados:
- Níveis de corrente – A corrente máxima esperada em cada traço determina a espessura mínima necessária para evitar superaquecimento. Por exemplo, traços com mais de 5 A normalmente precisam de cobre mais espesso, de 2 oz ou mais. Combine a espessura com a corrente.
- Número de camadas – Uma PCB com mais camadas de cobre permite o uso de cobre mais fino em geral, já que a corrente pode ser dividida em várias camadas. Placa de 2 camadas geralmente precisa de cobre mais grosso de 2 onças em comparação a uma placa de 4 ou 6 camadas para a mesma corrente.
- Resistência do traço alvo – Resistências mais baixas requerem traços mais espessos, mantendo-se o restante constante. Calcule a resistência por unidade de comprimento para diferentes espessuras na largura do traço desejada para atingir as metas de resistência.
- Custo – Materiais de cobre mais espessos são intrinsecamente mais caros do que materiais mais finos. Pondere o aumento de custo em relação aos benefícios de desempenho elétrico para se adequar ao orçamento.
- Limites de fabricação – Cobre espesso com mais de 2 oz pode exigir equipamento de processamento especial. Isso também afeta a resolução de traço alcançável, o espaçamento entre traços e a precisão do registro. Consulte as capacidades do fabricante.
- Cargas térmicas – Calcule cuidadosamente a dissipação térmica total na placa de circuito impresso para garantir que o cobre consiga dissipar e dissipar o calor sem superaquecer. Considere a temperatura ambiente e as opções de resfriamento a ar/líquido.
Considerações Finais
Selecionar a espessura ideal de cobre no projeto de PCB é um ato de equilíbrio complexo que requer uma análise completa das cargas de corrente esperadas, características de dissipação térmica, limitações de fabricação e compensações de custo de material. Pesos de cobre mais pesados com excelente capacidade de corrente e desempenho térmico têm o custo de placas maiores e maiores dimensões e custos. Os projetistas de PCB devem adequar criteriosamente a espessura do traço de cobre às necessidades e restrições elétricas da aplicação, considerando todos os fatores de projeto interdependentes. Com decisões informadas sobre a espessura do traço, o desempenho da placa pode ser maximizado dentro do orçamento e das capacidades de fabricação disponíveis. Entre em contato se precisar de ajuda para determinar o peso ideal de cobre para seu próximo PCB.
