הסבר על מעגלים מודפסים מנחושת עבה (Thick Copper PCB): יתרונות, השוואה בין 1 oz לנחושת עבה, וכיצד לבחור את העובי הנכון

مقدמה

המכשירים האלקטרוניים של היום דוחקים את גבולות ההספק והביצועים, במיוחד בתעשיות כמו רכב, בקרת תעשייה ואנרגיה מתחדשת. לוחות מעגלים מודפסים סטנדרטיים עם עובי נחושת של 1oz לרוב אינם עומדים בדרישות של זרם גבוה או פיזור חום בתנאים כאלה. כאן נכנס לתמונה PCB עם נחושת עבה (Thick Copper PCB) – או בשם אחר: Heavy Copper PCB.

לוחות אלו מתוכננים עם שכבות נחושת עבות משמעותית יותר מלוחות רגילים, מה שמאפשר להם לשאת זרמים גבוהים יותר, לנהל חום בצורה טובה יותר ולספק עמידות מכנית גבוהה יותר.

במאמר זה נבחן מהו PCB עם נחושת עבה, כיצד הוא מושווה ללוחות עם נחושת של 1oz, ומתי מומלץ לבחור בו.

מהו PCB עם נחושת עבה?

Thick Copper PCB, או בשמו האחר Heavy Copper PCB, הוא לוח מעגל מודפס שבו שכבות הנחושת עבות באופן משמעותי מהסטנדרט בתעשייה. בעוד שלוחות רגילים משתמשים בעובי של 1oz (כ־35 מיקרון או 1.4 מיל), לוחות עם נחושת עבה משתמשים לרוב ב־2oz, 3oz ואף עד 10oz של נחושת לכל רגל מרובעת.

המונח "oz" מתייחס למשקל של הנחושת שמפוזר על שטח של רגל מרובעת אחת. ככל שעובי הנחושת עולה – כך גם היכולת של הלוח לשאת זרמים גבוהים יותר, לפזר חום טוב יותר ולעמוד בעומסים מכניים. זו הסיבה שלוחות מסוג זה נפוצים בשימושים עתירי הספק וקריטיים מבחינת אמינות.

בשימושים מעשיים, לוחות נחושת עבה מספקים ביצועים במקומות שבהם לוחות רגילים ייכשלו – כמו ממירי הספק, מערכות ניהול סוללות (BMS), בקרי מנועים ומערכות אספקת חשמל תעשייתיות.

הסבר על עובי נחושת של 1oz

בעולם ייצור ה-PCB, עובי של 1oz נחשב לסטנדרט בתעשייה עבור רוב הלוחות הכלליים. אבל מה בעצם המשמעות של “1oz”?

הכוונה היא למשקל של אונקיית נחושת שמפוזרת באופן שווה על שטח של רגל מרובעת אחת – מה שמתורגם לעובי פיזי של כ־1.37 מיל (0.00137 אינץ') או 35 מיקרון. ערך זה נותן איזון בין עלות, יכולת ייצור וביצועים חשמליים, ולכן הוא נפוץ בשכבות אות, עיצובים עם הספק נמוך ואלקטרוניקה צרכנית.

עם זאת, לנחושת בעובי 1oz יש מגבלות מבחינת נשיאת זרם ופיזור חום. היא תומכת בדרך כלל ב־10–20 אמפר, תלוי ברוחב הנתיב ובמיקום שלו בלוח (חיצוני או פנימי). עבור עיצובים עתירי הספק או כאלה שמייצרים הרבה חום – עובי זה אינו מספיק.

במקרים כאלה, מהנדסים שוקלים לעבור ל־2oz, 3oz או יותר כדי לשפר את הולכת הזרם, להפחית הפסדים ולשפר את העמידות. הבנה של מגבלות ה־1oz קריטית לבחירת עובי הנחושת המתאים – במיוחד בסביבות תובעניות כמו רכב, תעשייה ואספקת חשמל.

למה לבחור ב־Thick Copper PCB?

Thick Copper PCBs הם הפתרון המתאים כשדרישות העיצוב עולות על מה ש־1oz יכול לספק.

הנה הסיבות העיקריות לבחור בלוח נחושת עבה:

• יכולת נשיאת זרם גבוהה יותר
  ככל שעובי הנחושת גדל – כך גם כמות הזרם שהנתיבים יכולים לשאת בבטחה. לוחות עם 2oz עד 10oz מושלמים ליישומים עתירי הספק כמו בקרי מנועים, ממירי מתח ומערכות BMS.
• ניהול חום משופר
  השכבות העבות מפזרות חום טוב יותר ומפחיתות את הסיכון לנקודות חמות. בכך הן מאריכות את חיי הרכיבים ומשפרות את האמינות.
• חוזק מכני משופר
  נתיבי נחושת עבים ו־vias מצופים תורמים לחוזק מבני, כך שהלוח עמיד יותר בפני תנודות תרמיות, רעידות ולחצים.
• חיסכון במקום
  במקום להרחיב נתיבים או להוסיף קירורי חום חיצוניים – ניתן להשתמש בנחושת עבה לנשיאת זרם באותו שטח. זה מאפשר עיצובים קומפקטיים יותר.
• אמינות ארוכת טווח
  לוחות נחושת עבה מתאימים במיוחד למערכות קריטיות שדורשות ביצועים יציבים לאורך זמן – גם בתנאים קיצוניים.

טיפים לעיצוב Thick Copper PCB

עיצוב לוחות נחושת עבה דורש אסטרטגיה מותאמת על מנת להבטיח אמינות ויכולת ייצור:

• שימוש ברוחב נתיב מתאים
  נחושת עבה דורשת נתיבים רחבים יותר – לפי ההנחיות של IPC-2221 – כדי למנוע חימום יתר.
• מרווחים רחבים יותר
  ככל שעובי הנחושת גדול יותר – כך נדרש רווח גדול יותר בין נתיבים, בעיקר מעל 3oz.
• Vias עמידים
  וודא שה־vias מספיק גדולים ומצופים כדי לעמוד בזרמים ובחום. במידת הצורך, שקול שימוש ב־via-in-pad.
• איזון בין שכבות
  אסימטריה בעובי הנחושת עלולה לגרום לעיוות בלוח. חשוב לשמור על איזון בין השכבות.
• התחשבות בעובי הכולל של הלוח
  נחושת עבה מעלה את עובי הלוח – יש לוודא שהעיצוב המכני (מחברים, מארזים) תואם.

שיקולי ייצור ל־Thick Copper PCBs

עיצוב לוחות עם 2oz, 3oz ומעלה דורש תכנון מראש:

• בחירת עובי נחושת לפי זרם
  למשל, 2oz יכולה לשאת 20–30 אמפר בשכבות חיצוניות עם ניהול חום מתאים.
• רוחב ומרווחי נתיב
  יש להתאים לפי תקן IPC-2221 כדי להבטיח חריטה אמינה.
• ניהול חום
  שלבו אזורי נחושת גדולים, קירורי חום או vias תרמיים בהתאם לצורך.
• איזון מכני
  שמרו על סימטריה בעובי בין השכבות כדי למנוע עיוות בזמן ההרכבה.

כיצד לבחור את עובי הנחושת המתאים

סיכום

לוחות PCB מנחושת עבה מספקים יתרונות ברורים לעומת לוחות סטנדרטיים — הם מסוגלים לשאת זרמים גבוהים יותר, להפחית הצטברות חום, ולהגביר את האמינות ביישומים תובעניים.

ככל שהאלקטרוניקה מתקדמת לעבר דרישות הספק גבוה יותר ומגבלות מקום הדוקות יותר, לוחות אלה הופכים לחיוניים במערכות הספק, אלקטרוניקה לרכב, ציוד תעשייתי ועוד.

בחירה בעובי הנחושת המתאים — ועבודה עם יצרן מנוסה בייצור לוחות PCB מנחושת עבה — מבטיחה שהעיצוב שלך יתפקד באופן אמין גם בתנאי שטח מאתגרים.

זקוקים לעזרה בבחירת עובי הנחושת המתאים? פנו עוד היום ל־Fast Turn PCB לקבלת תמיכה מקצועית והצעת מחיר מהירה ומדויקת.