כשעליכם לתכנן מערכת שמתמודדת עם זרמים גבוהים, טמפרטורות קיצון או סביבת עבודה קשוחה, נחושת סטנדרטית בעובי 1oz כבר לא מספיקה.
כאן נכנסות לתמונה לוחות נחושת עבה (Heavy/Thick Copper PCB).
בעובי נחושת שנע בין 2oz ועד 20oz ומעלה, הלוחות הללו מסוגלים לשאת זרמים גבוהים בבטחה, לפזר חום ביעילות, ולספק קשיחות מכנית שלוחות מרובי-שכבות רגילים פשוט לא מגיעים אליה.
מהו Heavy / Thick Copper PCB?
בתעשיית ה-PCB מקובל שכל שכבת נחושת בעובי ≥ 2oz (≈ 70 מיקרון) נחשבת לשכבת נחושת עבה.
בלוחות רגילים משתמשים ב-1oz (≈ 35 מיקרון), בתכן נחושת עבה משתמשים לרוב ב-2–6oz, ולוחות אולטרה-עבים מגיעים ל-20oz (≈ 700 מיקרון) לשכבה ואף יותר.
את הנחושת העבה למינטים או מצפים בגלוון ולאחר מכן מְחַתִּים ליצירת מסלולים, פדים ומישורים. בהשוואה ללוחות סטנדרטיים הם מציעים:
- יכולת נשיאת זרם גבוהה יותר
- הולכת חום והתפשטות תרמית טובות יותר
- חוזק מכני משופר באזורי מחברים ו-Vias
- אמינות גבוהה יותר במחזורי חימום-קירור
למה מהנדסים בוחרים בלוחות נחושת עבה
1) נשיאת זרם גבוהה
מסלול רחב ועבה יותר מעניק שטח חתך גדול יותר, מפחית התנגדות (אבדני I²R) ומקטין עליית טמפרטורה. זה קריטי בממירים, חבילות סוללה ובקרי מנוע, שם הזרמים מגיעים לעשרות ואף מאות אמפר.
2) פיזור חום מצטיין
מוליכות החום של נחושת היא בערך 400 W/m·K — גבוהה במאות מונים מזו של FR-4.
Heavy Copper PCB מפזר חום באופן אחיד על פני הלוח, דרך ויאים תרמיים או לגופי קירור, מונע “נקודות חמות” ומאריך את חיי הרכיבים.
3) חוזק מכני ואמינות
שכבות נחושת עבות מחזקות פדים, ויאים ואזורים מסופקים, ולכן עמידות יותר לרעידות, לכיפוף ולעומס תרמי — חשוב במיוחד באוטומוטיב, תעופה וביטחון.
4) הספק ובקרה על אותו לוח
נחושת עבה מאפשרת לשלב מעגלי הספק ולוגיקת בקרה על אותה PCB, במקום להפריד למודולים שונים. זה מצמצם נפח מערכת, הפסדי הולכה ועלויות הרכבה.
משקל נחושת והמרת עובים
נהוג לציין נחושת כ-אונקיות לכל רגל רבועה (oz/ft²) — משקל הנחושת על 1 ft² למינציה. טבלת עזר מהירה:
| משקל נחושת | עובי משוער | שימוש טיפוסי |
|---|---|---|
| 1oz | 35 μm | שכבות אות סטנדרטיות |
| 2oz | 70 μm | מסילות הספק בינוניות |
| 3–4oz | 105–140 μm | יישומי זרם גבוה |
| 6–10oz | 210–350 μm | חלוקת הספק/פסי הספק |
| 12–20oz | 420–700 μm | נחושת עבה מאוד, מותאם אישית |
בייצור אמיתי: עובי הנחושת המוגמר = נחושת בסיס + נחושת מצופה.
Fast Turn PCB מייצרת באופן שוטף 2–20oz+ לכל שכבה, בהתאם לתכן.
נשיאת זרם ועליית טמפרטורה
הקשר בין זרם, עובי נחושת ועליית טמפרטורה הוא מפתח. הזרם יוצר חום (P = I²R). רוחב המסלול ועובי הנחושת קובעים את ההתנגדות, בעוד זרימת אוויר וחומר הלוח קובעים את פיזור החום.
כללי אצבע מעשיים:
- שכבות חיצוניות מסוגלות לשאת בערך פי שניים זרם משכבות פנימיות באותו עובי, בגלל קירור טוב יותר.
- נהוג לתכנן ל-ΔT של 20–30 °C מעל הסביבה לעבודה רציפה.
- תקני IPC מספקים נוסחאות/מחשבים להערכת רוחב המסלול הנדרש לזרם ועובי נתונים.
דוגמה:
מסלול חיצוני 4oz שמעביר 30A בעליית טמפרטורה ≈ 25 °C ידרוש לרוב רוחב סביב 6.4 מ״מ (≈ 250 mil), תלוי בקירור. יש לאמת במדידות תרמיות בפרוטוטייפ.
שיקולי ייצור ומבנה מרכזיים
ציפוי וחריטה מבוקרים
מסלולי נחושת עבה נוצרים ע״י ציפוי נחושת כבד מבוקר וחריטה מדויקת. שליטה טובה בתהליך מבטיחה קירות צד ישרים וגיאומטריה אחידה גם ב-10oz+. זה מאפשר גם ערבוב משקלי נחושת על אותו לוח (למשל 2oz לבקרה ו-8oz להספק).
קידוח וציפוי ויאים
לוחות נחושת עבה דורשים דפנות ויה עבות יותר לשאת זרם אנכי או להעברת חום דרך הלוח. Fast Turn PCB משיגה את עובי דופן הוויה הרצוי באמצעות ציפוי נחושת כבד ומבוקר תוך שמירה על יחס ציר אמין.
למינציה ובחירת חומרים
במולטילייר Heavy Copper חיוניים למינציה בוואקום וחומרים High-Tg למניעת חללים והתקלפות. מקובל להשתמש ב-FR-4 High-Tg או למינציות בעלות מוליכות תרמית גבוהה לעמידה במחזורי חימום חוזרים.
Stackups טיפוסיים וטווח יכולות (רפרנס)
Fast Turn PCB מייצרת לוחות נחושת עבה דו-שכבתיים ועד מולטילייר עם הטווח הבא:
- עובי נחושת: 2–20oz+ (בפנים ובחוץ)
- עובי לוח: בדרך כלל 0.8–6 מ״מ
- גימורים: ENIG, HASL נטול עופרת, OSP, בדיל אימרסיה ועוד
- בדיקות: AOI, רישום רנטגן ו-חתך מיקרוסקופי לאימות ציפוי ו-Cu-Thickness
- תקינה: ISO 9001, UL, תאימות RoHS/REACH
הטווח הרחב מאפשר אבי-טיפוס וייצור סדרתי, עם Quick-Turn של 2–3 ימים לפרויקטים דחופים.
יישומים נפוצים
טכנולוגיית נחושת עבה משמשת בכל מקום שנדרש זרם גבוה, אמינות, או פיזור חום יעיל:
- אלקטרוניקת הספק: ממירים, אינוורטרים, מיישרים ומודולי DC-DC
- אוטומוטיב & רכב חשמלי: מטענים, ניהול סוללה, דרייבים למנוע
- בקרה תעשייתית: חלוקת הספק, רובוטיקה והנעות
- אנרגיה מתחדשת: אינוורטרים סולאריים ומודולי אגירה
- תעופה וביטחון: מכ״ם, אוויוניקה, מערכות משימה קשיחות
בסביבות אלו, טמפרטורה, זרם ורעידות דוחקים לוחות סטנדרטיים לקצה — ולכן מבנה נחושת עבה הוא הכרח.
טיפים לתכן & Best Practices
איזון פיזור הנחושת
שטחי נחושת גדולים בצד אחד גורמים לעיוות בעת למינציה/Reflow. השתמשו ב-Copper Balancing או הצלבה (Cross-Hatch) לשמירה על התפשטות תרמית אחידה והפחתת מאמצים.
אופטימיזציית מסלולים תרמיים
תכננו Vias תרמיים מתחת לרכיבים חמים אל מישורי נחושת עבה או לגופי קירור. הימנעו מלכידת חום בשכבות פנימיות; צרו מספר נתיבי הולכה החוצה.
חיזוק אזורי מאמץ גבוה
לשוניות מחבר, הדקי ברגים וחורי עיגון נהנים מנחושת עבה יותר וציפוי נוסף — מונע תלישת Pads וסדיקה במחזורי מומנט/טמפרטורה.
בחירת חומר נכונה
בחרו FR-4 High-Tg עם CTE נמוך או למינציות היברידיות המתאימות התפשטותית לנחושת. זה משפר אמינות תרמית ומקטין סיכון Delamination או Barrel Cracking.
נחושת עבה מול שכבות נחושת מקבילות
בתכן זרם גבוה קיימות שתי גישות:
- נחושת עבה: פחות שכבות, עובי גדול.
- מישורי נחושת מקבילים: כמה שכבות דקות הנושאות זרם במקביל.
נחושת עבה אידיאלית כשיש מגבלת מקום, דרישה לחוזק מכני, או צורך להוציא חום במהירות לפני השטח.
מישורים מקבילים עדיפים כשצפיפות אותות ועדינות תוואי קריטיים. בפועל רבים משלבים: שכבות חיצוניות עבות להספק, שכבות פנימיות סטנדרטיות לבקרה/אות.
שאלות נפוצות
1) מה נחשב Heavy Copper PCB?
כל שכבה עם ≥ 2oz נחושת. תכן “אולטרה” מגיע ל-20oz ויותר לשכבה.
2) כמה זרם מסוגל לשאת לוח 4oz?
תלוי ברוחב המסלול, במיקום (פנימי/חיצוני) וב-ΔT המותר. מסלול חיצוני 4oz ברוחב כמה מילימטרים יכול לשאת עשרות אמפר עם עלייה של 20–30 °C. מומלץ להשתמש במחשבון IPC ולאמת במדידות תרמיות.
3) האם ניתן לשלב משקלי נחושת שונים באותו לוח?
כן. לדוגמה 2oz לשכבות אות ו-8oz לשכבות הספק. הדבר דורש שליטה מדויקת בציפוי ובחריטה — התמחות של Fast Turn PCB.
4) איך מבטיחים איכות?
באמצעות AOI, יישור רנטגן ו-חתכי מיקרו. Fast Turn PCB מוסמכת ISO 9001 ו-UL ותואמת RoHS/REACH.
סיכום
לוחות נחושת עבה הם עמוד השדרה של אלקטרוניקת ההספק המודרנית: הם נושאים זרמים גבוהים, מפזרים חום ביעילות, ועמידים לעומסים תרמיים-מכניים קשים — ממטעני רכב חשמלי ועד מערכות אוויריות.
בחירה ב-יצרן Heavy Copper PCB מנוסה כמו Fast Turn PCB מעניקה לכם יכולות ייצור נרחבות (2–20oz+, מולטילייר, ENIG/HASL), משוב הנדסי מהיר, ו-אבי-טיפוס תוך 2–3 ימים — כדי לשמור את הפרויקט בלו״ז.
