I. İlk Olarak Anlayalım: Neden Kalın Bakır PCB Seçilir? (30 saniyelik tanıtım)

Kalın bakır PCB'ler, basitçe ifade etmek gerekirse, bakır folyo kalınlığı ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm) olan devre kartlarıdır. Endüstriyel güç kaynakları, yeni enerji araçları ve tıbbi ekipmanlar gibi "yüksek güç, yüksek ısı dağılımı" senaryolarında yaygın olarak bulunurlar—örneğin, yeni enerji araç şarj yığınlarının yüksek akım dalgalanmalarına dayanması gerekir. Sıradan ince bakır kartlar aşırı ısınmaya ve yanmaya eğilimlidir. Kalın bakır, bir "devredeki otoyol" gibi davranarak, akımı ve ısıyı hızla dağıtır ve ayrıca devre kartının mekanik dayanımını (bükülme direnci, titreşim direnci) iyileştirir. Ancak, kalın bakır "ne kadar kalınsa o kadar iyi" değildir. Yanlış tasarım, "düzensiz ısı dağılımı, zayıf lehimleme ve artan maliyetler" gibi sorunlara yol açabilir. Bugün odaklanacağımız temel konu budur: Performans gereksinimlerini karşılarken aynı zamanda üretilebilirliği (DFM) nasıl sağlayabiliriz?

II. Kalın Bakır PCB Tasarımı İçin Temel Hususlar (Tuzaklardan Kaçınmanın İlk Adımı)

1. Bakır Folyo Kalınlığı Seçimi: "Ne kadar kalınsa o kadar iyi" diye körü körüne peşinden gitmeyin. Temel prensip: Akım değeri, bakır kalınlığını belirler. Basitleştirilmiş bir formül şöyledir: İzin verilen akım (A) ≈ Bakır folyo kalınlığı (oz) × İz genişliği (mm) × 0,8 (Ortam sıcaklığı ≤40℃). Örnek: 3oz bakır folyo + 3mm genişliğinde iz, yaklaşık 7,2A akıma dayanabilir ve çoğu endüstriyel güç kaynağı senaryosu için yeterlidir. Tuzak: 10oz'u aşan bakır, PCB'nin bükülmesine ve delme zorluklarına neden olabilir. Özel gereksinimler (örneğin, havacılık ekipmanları) olmadıkça, ana akım 3-6oz spesifikasyonunu önceliklendirin.

2. İz Tasarımı: "Dar boyun ısınmasını" önleyin ve düzgün akım akışını sağlayın. İz genişliği: Kalın bakır izler çok dar olmamalıdır! 3oz bakır folyo için, minimum önerilen iz genişliği ≥0,3mm'dir (sıradan ince bakır için 0,1mm yeterlidir). Genişlik, akımla orantılı olarak artmalıdır (örneğin, 10A akım taşıyan 6oz bakır folyo için, önerilen genişlik ≥5mm'dir).

İz geçişi: Ani daralma/genişlemeden (örneğin, 5mm'den 1mm'ye ani düşüş) kaçının. Bir "kademeli geçiş" kullanın (uzunluk ≥ genişlik farkının 3 katı), aksi takdirde bir "akım darboğazı" oluşacak, bu da lokalize aşırı ısınmaya ve yanmaya neden olacaktır. Isı dağılımı optimizasyonu: Yüksek güçlü cihazların (MOSFET'ler gibi) altında, "bakır kaplama + termal vidalar" (vida çapı 0,8-1,2mm, aralık 2-3mm) kullanarak ısının hızla toprak/güç düzlemine iletilmesini sağlayın.

3. Vidanın tasarımı: Kalın bakır kartların "ölümcül kusuru"—dikkat edin! Vida Çapı: Kalın bakır plakanın vida duvarındaki bakır katmanı, bakır folyo kalınlığına uymalıdır. Standart bir 0,4mm vida çapı, 3oz bakır folyo kaplamak için yetersizdir. Minimum ≥0,8mm vida çapı (bakır duvar kalınlığı ≥20μm ile) önerilir.

Vida Sayısı: Yüksek akım yollarında tek bir vida kullanmayın! Örneğin, 3oz bakır folyo 5A akım taşıyorsa, vidanın aşırı ısınmasını ve erimesini önlemek için paralel olarak 2-3 vida kullanılması önerilir (her vida yaklaşık 2-3A akıma dayanabilir).

Lehim maskesi açıklığı: Lehimin lehimleme sırasında vidaları tıkamasını önlemek için (bu da ısı dağılımını ve iletkenliği etkiler) vidanın etrafında yeterli lehim maskesi açıklıkları (vida çapından 0,2-0,3mm daha büyük) sağlanmalıdır.

III. Kalın Bakır PCB'ler İçin DFM Tasarımı: Fabrikaların "Daha Az Yeniden İşlemle Üretim Yapmasını" Sağlamak

DFM'nin (Üretilebilirlik İçin Tasarım) özü, "tasarımın üretim süreçlerine uyum sağlaması"dır. Kalın bakır PCB'ler için DFM, "kalın bakırın getirdiği süreç zorluklarını" çözmeye odaklanır:

1. Bakır Folyo Aşındırma: Düzensiz Aşındırmadan Kaçınma. Minimum çizgi genişliği/aralığı: 3oz bakır folyo için, minimum çizgi genişliği ≥ 0,3mm ve minimum çizgi aralığı ≥ 0,3mm (ince bakır için 0,1mm yeterlidir); 6oz bakır folyo için, çizgi genişliği/aralığı ≥ 0,4mm önerilir, aksi takdirde, aşındırma sırasında "hatalı çizgi genişliği" ve "kısa devreler" meydana gelmesi olasıdır.
2. Açıklıklarla Bakır Döşeme: Geniş alanlı bakır döşeme için, aşındırma sırasında bakır folyo büzülmesini önlemek için "ızgara bakır döşeme" (ızgara aralığı 2-3mm, çizgi genişliği 0,2-0,3mm) kullanın, bu da PCB'nin bükülmesine neden olabilir; katı bakır döşeme gerekiyorsa, "ısı dağılım yuvaları" (0,5mm genişlik, 10-15mm aralık) ayrılmalıdır.

2. Laminasyon Süreci: "Delaminasyon ve kabarcıklanmayı" önlemek için, laminasyon sırası aşağıdaki gibi olmalıdır: Kalın bakır folyo, "dış katmana" veya "dış katmana yakın" yerleştirilmelidir, ortada sıkışıp kalmasını ve ısı dağılımını engellemesini önlemek için; çok katmanlı kartın bakır folyo kalınlığı simetrik olmalıdır (örneğin, üst katman için 3oz ve alt katman için 3oz), aksi takdirde laminasyondan sonra eğrilme meydana gelecektir. Alt Tabaka Seçimi: Yüksek Tg alt tabakalarını (Tg≥170℃), örneğin FR-4 Tg170 veya PI alt tabakalarını önceliklendirin, yüksek sıcaklıkta lehimleme sırasında alt tabakanın yumuşamasını ve delaminasyonunu önlemek için (kalın bakır plakaların lehimleme sıcaklığı genellikle ince bakırınkinden 10-20℃ daha yüksektir).

3. Lehimleme Süreci: Kalın bakır için uygun "yüksek termal iletkenlikli" cihazların seçimi: "Yüksek güçlü paketleri" (TO-220, D2PAK gibi) önceliklendirin, ısı dağılamayan ve lehimin eriyeceği küçük paketlenmiş cihazların kalın bakıra lehimlenmesinden kaçının. Pad Tasarımı: Kalın bakır üzerindeki padler, sıradan padlerden 0,2-0,3mm daha büyük olmalıdır. Örneğin, bir 0805 direnci için padler tipik olarak 0,8×1,2mm'dir, ancak kalın bakır için, güçlü bir lehim bağlantısı sağlamak için 1,0×1,5mm önerilir. Reflow Lehimleme Parametreleri: Kalın bakır daha fazla ısı emer, bu nedenle reflow lehimleme sıcaklığı uygun şekilde artırılmalı (ince bakıra göre 5-10℃ daha yüksek) ve "soğuk lehim bağlantılarını" önlemek için tutma süresi 10-15 saniye uzatılmalıdır.

4. Maliyet Kontrolü: DFM'nin (Üretim İçin Tasarım) Gizli Değeri - Aşırı Tasarımdan Kaçınma: Örneğin, yüksek akımın gerekli olmadığı alanlarda 1-2oz bakır folyo kullanın ve yalnızca kritik yollarda kalın bakır kullanın, böylece malzeme maliyetlerini azaltın; Standart Boyutlar: Mümkün olduğunca fabrika standardı kart kalınlıklarını (örneğin, 1,6mm, 2,0mm) kullanın. Özel kart kalınlıkları (örneğin, 3,0mm ve üzeri) işleme zorluğunu ve maliyetini artıracaktır; Erken İletişim: Tasarımdan önce PCB üreticisi ile süreç yeteneklerini (örneğin, maksimum bakır kalınlığı, minimum delik çapı, aşındırma hassasiyeti) onaylayın, böylece tamamlandıktan sonra üretilemeyen tasarımlardan kaçının.

IV. Özet:

Kalın Bakır PCB Tasarımı: "3 Temel Öğe"
Bakır Kalınlığı Akımla Eşleşiyor: Kalınlığı körü körüne artırmaktan kaçının; akım gereksinimlerine göre 3-6oz'luk ana akım spesifikasyonlarını seçin; Detaylarla Risk Azaltma: Kademeli iz geçişleri, paralel vidalar ve uyumlu iz genişliği/aralığı; DFM Önceliği: Yeniden işlemeyi azaltmak için tasarım sırasında aşındırma, laminasyon ve lehimleme süreçlerini göz önünde bulundurun. Kalın bakır PCB tasarımı karmaşık görünebilir, ancak "akım iletimi" ve "süreç uyumluluğu"nun iki temel öğesini kavrayarak, çoğu tuzaktan kaçınılabilir.