در پیگیری امروزی کوچک سازی و محصولات الکترونیکی هوشمند، یک برد مدار چاپی معمولی (PCB) به ظاهر رگ حیات کل سیستم را حمل می کند. وقتی برنامهها از سطح پردازش سیگنال میکروآمپری به سطح تبدیل توان کیلووات- میپیوندند، PCBهای معمولی ناکافی میشوند. در این وضعیت، PCBهای مسی ضخیم، با ظرفیت حمل جریان قوی-و اتلاف حرارت عالی، سنگ بنای طراحیهای-قدرت بالا-بالا{6}}میشوند، که مسلماً «ستون محکم» عصر الکترونیک قدرت است.
I. Technical Deep Dive: PCB مس ضخیم چیست؟
PCB مس ضخیم یک تعریف دقیق نیست، بلکه یک اصطلاح رایج صنعتی است. به طور کلی، PCB ها به عنوان مس ضخیم تعریف می شوند اگر ضخامت فویل مس بیرونی پس از اچ به 3 اونس در فوت مربع (تقریبا 105 میکرون) برسد یا از آن بیشتر شود. این مقدار به طور قابل توجهی بالاتر از 0.5 اونس تا 2 اونس PCB های معمولی است. ویژگی های فنی اصلی آن در جنبه های زیر منعکس می شود:
چالش ها و پیشرفت های ساخت: تولید PCB های مس ضخیم چالشی شدید برای فرآیندهای سنتی ایجاد می کند.
حکاکی و یکنواختی الگو: هنگام حکاکی لایههای مسی به ضخامت چندین اونس، اطمینان از دیوارههای جانبی عمودی و اجتناب از حکاکی بیش از{- و زیر{- چالش اصلی است. این به کنترل دقیق فرمول محلول اچینگ و تجهیزات پیشرفته نیاز دارد.
قابلیت اطمینان ورقه ورقه: لایه های مس ضخیم فضای جریان پیش آغشته (PP) را اشغال می کند، که به راحتی می تواند منجر به پر شدن ناکافی رزین شود و باعث لایه برداری یا حفره شود. بنابراین، ورق های PP ویژه با محتوای رزین بالا، لمینیت های متعدد یا فرآیندهای تخصصی پر کردن برای اطمینان از چسبندگی بین لایه مورد نیاز است.
حفاری و آبکاری: سوراخهای زیرلایههای مس ضخیم به آبکاری با ضخامت مس کافی برای حمل جریان بالا بین لایهها نیاز دارند. این امر نیازهای بسیار زیادی را برای تمیزی و فعال شدن دیوار سوراخ، و همچنین توانایی آبکاری عمیق و یکنواختی محلول آبکاری برای جلوگیری از اثر "سگ استخوان" (مس ضخیم در دهانه سوراخ و مس نازک در سوراخ) ایجاد می کند.
مزایای اصلی: توان دوگانه و اتلاف گرما
حمل جریان زیاد: بر اساس این اصل اساسی که سطح مقطع یک هادی متناسب با ظرفیت انتقال جریان- آن است، مس ضخیم به معنای امپدانس کمتر و چگالی جریان کاهش یافته است که انتقال ایمن جریان های بالای ده ها یا حتی صدها آمپر را امکان پذیر می کند و اتلاف انرژی به دلیل تولید گرما را کاهش می دهد.
مدیریت حرارتی عالی: مس یک رسانای حرارتی عالی است. لایه مس ضخیم به عنوان یک "حرارت سینک" ساخته شده، به سرعت گرمای تولید شده توسط دستگاه های برق (مانند ماسفت ها و IGBT ها) را هدایت می کند و به طور یکنواخت آن را در کل سطح برد پخش می کند. با اتصال به محفظه یا یک هیت سینک خارجی، دمای اتصال اجزای اصلی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان و طول عمر محصول را بهبود می بخشد.
فعال کردن ادغام با چگالی بالا: در برنامههایی مانند ماژولهای قدرت، فناوری مس ضخیم اجازه میدهد مسیرهای جریان بالا، مدارهای کنترل و ساختارهای اتلاف گرما روی همان PCB ادغام شوند و برخی از کابلهای حجیم و سینکهای حرارتی جداگانه جایگزین شوند و در نتیجه سیستم کوچکسازی و سبکتر شود.
II. بینش بازار: چشماندازهای گسترده ناشی از تقاضا
تقاضا برای PCBهای مس ضخیم در کنار انتقال انرژی جهانی و درایو برق رسانی به سرعت در حال رشد است و چشم انداز بازار گسترده است و توسط عوامل مختلف هدایت می شود.
بازارهای محرک اصلی:
ذخیره انرژی و انرژی جدید: در حال حاضر این بزرگترین محرک رشد PCBهای مس ضخیم است. اینورترهای فتوولتائیک، مبدلهای توربین بادی، و سیستمهای مدیریت باتری (BMS) و سیستمهای تبدیل نیرو (PCS) در سیستمهای ذخیرهسازی انرژی (BESS) همگی نیاز به مدیریت چگالی توان بسیار بالایی دارند و PCBهای مسی ضخیم را به یک جزء اصلی اصلی تبدیل میکنند.
الکترونیک خودرو: افزایش محبوبیت وسایل نقلیه الکتریکی به طور مستقیم تقاضا برای PCBهای مسی ضخیم را افزایش داده است. اجزای کلیدی مانند اینورترهای درایو اصلی، شارژرهای داخلی (OBC) و مبدلهای DC-DC (DC-DC) در سطوح فعلی بسیار فراتر از وسایل نقلیه معمولی عمل میکنند و برای اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد، نیاز به استفاده از فناوری مس ضخیم دارند.
سیستمهای کنترل صنعتی و قدرت: اینورترهای{0}قدرت بالا، درایوهای سروو، منابع تغذیه بدون وقفه (UPS) و تجهیزات انتقال و توزیع شبکه هوشمند مدتهاست که برای دستیابی به توان خروجی پایدار و بادوام به PCBهای مسی ضخیم متکی بودهاند.
روند توسعه فناوری:
مس فوق العاده-ضخیم و فوق ضخیم-: تلاش بازار برای قدرت بالاتر، پیشرفت های فناوری را به سطوح-بالاتر سوق می دهد. تختههای «مس بسیار ضخیم» و «{4}}مس فوقالعاده ضخیم»، با ضخامت مس به 10 اونس یا حتی بیش از 20 اونس، شروع به استفاده در صنایع ویژه و حمل و نقل ریلی کردهاند.
فناوری تعبیه مس و بلوک ضخیم لایه داخلی: برای برآورده ساختن نیازهای مدیریت حرارتی پیچیده تر و توزیع فعلی، فناوری قرار دادن لایه های مس ضخیم بر روی لایه های داخلی PCB یا تعبیه بلوک های مسی در مکان های خاص به تدریج در حال بلوغ است و انعطاف پذیری بیشتری را در طراحی حرارتی سه بعدی{0}} ارائه می دهد.
نوآوری در مواد: برای مقابله با تنش های حرارتی بالا ناشی از مس ضخیم، تحقیق و استفاده از مواد زیرلایه با دمای انتقال شیشه ای بالاتر (Tg)، ضرایب انبساط حرارتی پایین تر (CTE) و مقاومت حرارتی بهبود یافته (مانند رزین های اپوکسی پر شده از سرامیکی-و رزین های اپوکسی با کارایی بالا، هم چنین هستند.
III. چالش ها و چشم انداز
علیرغم چشماندازهای امیدوارکننده، صنعت PCB مس ضخیم با چالشهایی مانند هزینههای تولید بالا، موانع فرآیند بالا و کنترل عملکرد دشوار مواجه است. این امر مستلزم آن است که تولیدکنندگان به طور مداوم در تحقیق و توسعه فناوری و بهینهسازی فرآیند شرکت کنند، که به این معنی است که این زمینه موانع زیادی برای ورود دارد و به شرکتهای پیشرو مزیت رقابتی قابل توجهی میدهد.
با نگاهی به آینده، با ظهور منابع تغذیه ایستگاه پایه 5G، منبع تغذیه سرور مرکز داده، دستگاههای شارژ سریع، و بسیاری دیگر از برنامههای کاربردی با قدرت{1} بالا، اهمیت استراتژیک PCBهای مسی ضخیم، به عنوان "بزرگراه" برای جریان انرژی، به طور فزایندهای برجسته خواهد شد. آنها دیگر صرفاً یک رسانه ارتباطی نیستند. آنها یک عامل کلیدی در تعیین چگالی توان، کارایی و قابلیت اطمینان کل سیستم های الکترونیکی هستند. تسلط بر فناوری PCB مس ضخیم به معنای تضمین موقعیت مطلوب در بازار پررونق الکترونیک قدرت است.