I. Pertama, pahami: Mengapa memilih PCB tembaga tebal? (Pengantar 30 detik)

PCB tembaga tebal, sederhananya, adalah papan sirkuit dengan ketebalan foil tembaga ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm). Mereka umumnya ditemukan dalam skenario "daya tinggi, pembuangan panas tinggi" seperti catu daya industri, kendaraan energi baru, dan peralatan medis—misalnya, tiang pengisian daya kendaraan energi baru perlu menahan lonjakan arus tinggi. Papan tembaga tipis biasa rentan terhadap panas berlebih dan terbakar. Tembaga tebal bertindak seperti "jalan raya di sirkuit," dengan cepat membuang arus dan panas, dan juga meningkatkan kekuatan mekanik papan sirkuit (ketahanan terhadap tekukan, ketahanan terhadap getaran). Namun, tembaga tebal bukanlah "semakin tebal semakin baik." Desain yang tidak tepat dapat menyebabkan masalah seperti "pembuangan panas yang tidak merata, penyolderan yang buruk, dan biaya yang membumbung tinggi." Ini adalah masalah inti yang akan kita fokuskan hari ini: bagaimana memenuhi persyaratan kinerja sekaligus memastikan kemampuan manufaktur (DFM)?

II. Pertimbangan Utama untuk Desain PCB Tembaga Tebal (Langkah Pertama untuk Menghindari Jebakan)

1. Pemilihan Ketebalan Foil Tembaga: Jangan secara membabi buta mengejar "semakin tebal semakin baik." Prinsip utama: Peringkat arus menentukan ketebalan tembaga. Rumus yang disederhanakan adalah: Arus yang diizinkan (A) ≈ Ketebalan foil tembaga (oz) × Lebar jejak (mm) × 0,8 (Suhu sekitar ≤40℃). Contoh: Foil tembaga 3oz + jejak selebar 3mm dapat menahan arus sekitar 7,2A, cukup untuk sebagian besar skenario catu daya industri. Jebakan: Tembaga melebihi 10oz dapat menyebabkan tekukan PCB dan kesulitan pengeboran. Kecuali ada persyaratan khusus (seperti peralatan dirgantara), prioritaskan spesifikasi 3-6oz.

2. Desain Jejak: Hindari "pemanasan leher sempit" dan pastikan aliran arus yang lancar. Lebar jejak: Jejak tembaga tebal tidak boleh terlalu sempit! Untuk foil tembaga 3oz, lebar jejak minimum yang direkomendasikan adalah ≥0,3mm (0,1mm sudah cukup untuk tembaga tipis biasa). Lebar harus meningkat secara proporsional dengan arus (misalnya, untuk foil tembaga 6oz yang membawa arus 10A, lebar yang direkomendasikan adalah ≥5mm).

Transisi jejak: Hindari penyempitan/pelebaran tiba-tiba (misalnya, turun tiba-tiba dari 5mm menjadi 1mm). Gunakan "transisi bertahap" (panjang ≥ 3 kali perbedaan lebar), jika tidak, "kemacetan arus" akan terbentuk, menyebabkan panas berlebih lokal dan terbakar. Optimasi pembuangan panas: Di bawah perangkat berdaya tinggi (seperti MOSFET), gunakan "pelapisan tembaga + vias termal" (diameter via 0,8-1,2mm, jarak 2-3mm) untuk memungkinkan panas dengan cepat dialirkan ke bidang ground/daya.

3. Desain via: "Cacat fatal" dari papan tembaga tebal—perhatikan baik-baik! Diameter Via: Lapisan tembaga pada dinding via dari pelat tembaga tebal harus sesuai dengan ketebalan foil tembaga. Diameter via standar 0,4mm tidak cukup untuk melapisi foil tembaga 3oz. Diameter via minimum ≥0,8mm (dengan ketebalan dinding tembaga ≥20μm) direkomendasikan.

Jumlah Vias: Jangan gunakan satu via pada jalur arus tinggi! Misalnya, jika foil tembaga 3oz membawa arus 5A, disarankan untuk menggunakan 2-3 vias secara paralel (setiap via dapat menahan arus sekitar 2-3A) untuk mencegah via dari panas berlebih dan meleleh.

Pembukaan Masker Solder: Pembukaan masker solder yang cukup (0,2-0,3mm lebih besar dari diameter via) harus disediakan di sekitar via untuk mencegah solder menyumbat via selama penyolderan, yang akan memengaruhi pembuangan panas dan konduktivitas.

III. Desain DFM untuk PCB Tembaga Tebal: Memungkinkan Pabrik untuk "Memproduksi dengan Lebih Sedikit Pengerjaan Ulang"

Inti dari DFM (Desain untuk Kemampuan Manufaktur) adalah "desain harus beradaptasi dengan proses manufaktur." DFM untuk PCB tembaga tebal berfokus pada pemecahan "tantangan proses yang dibawa oleh tembaga tebal":

1. Etching Foil Tembaga: Menghindari Etching yang Tidak Merata. Lebar/jarak garis minimum: Untuk foil tembaga 3oz, lebar garis minimum ≥ 0,3mm, dan jarak garis minimum ≥ 0,3mm (0,1mm sudah cukup untuk tembaga tipis); untuk foil tembaga 6oz, lebar/jarak garis ≥ 0,4mm direkomendasikan, jika tidak, "lebar garis yang tidak akurat" dan "hubungan pendek" kemungkinan akan terjadi selama etching.
2. Peletakan Tembaga dengan Bukaan: Untuk peletakan tembaga area luas, gunakan "peletakan tembaga grid" (jarak grid 2-3mm, lebar garis 0,2-0,3mm) untuk menghindari penyusutan foil tembaga selama etching, yang dapat menyebabkan tekukan PCB; jika peletakan tembaga padat diperlukan, "slot pembuangan panas" (lebar 0,5mm, jarak 10-15mm) harus dicadangkan.

2. Proses Laminasi: Untuk mencegah "delaminasi dan gelembung," urutan laminasi harus sebagai berikut: Foil tembaga tebal harus ditempatkan pada "lapisan luar" atau "dekat lapisan luar" untuk menghindari terjebak di tengah dan mencegah pembuangan panas; ketebalan foil tembaga dari papan multilayer harus simetris (misalnya, 3oz untuk lapisan atas dan 3oz untuk lapisan bawah), jika tidak, warping akan terjadi setelah laminasi. Pemilihan Substrat: Prioritaskan substrat Tg tinggi (Tg≥170℃), seperti substrat FR-4 Tg170 atau PI, untuk menghindari pelunakan substrat dan delaminasi selama penyolderan suhu tinggi (suhu penyolderan pelat tembaga tebal biasanya 10-20℃ lebih tinggi daripada tembaga tipis).

3. Proses Penyolderan: Pemilihan perangkat "konduktivitas termal tinggi" yang cocok untuk tembaga tebal: Prioritaskan "paket daya tinggi" (seperti TO-220, D2PAK) untuk menghindari penyolderan perangkat berukuran kecil ke tembaga tebal, di mana panas tidak dapat hilang dan solder akan meleleh. Desain Pad: Pad pada tembaga tebal harus 0,2-0,3mm lebih besar dari pad biasa. Misalnya, pad untuk resistor 0805 biasanya 0,8×1,2mm, tetapi untuk tembaga tebal, 1,0×1,5mm direkomendasikan untuk memastikan sambungan solder yang kuat. Parameter Reflow Soldering: Tembaga tebal menyerap lebih banyak panas, jadi suhu reflow soldering harus ditingkatkan secara tepat (5-10℃ lebih tinggi daripada untuk tembaga tipis), dan waktu penahanan diperpanjang 10-15 detik untuk menghindari "sambungan solder dingin."

4. Pengendalian Biaya: Nilai Tersembunyi dari DFM (Desain untuk Manufaktur) - Menghindari Desain Berlebihan: Misalnya, gunakan foil tembaga 1-2oz di area di mana arus tinggi tidak diperlukan, dan hanya gunakan tembaga tebal di jalur kritis untuk mengurangi biaya material; Dimensi Standar: Gunakan ketebalan papan standar pabrik (misalnya, 1,6mm, 2,0mm) sebanyak mungkin. Ketebalan papan khusus (misalnya, 3,0mm ke atas) akan meningkatkan kesulitan dan biaya pemrosesan; Komunikasi Awal: Konfirmasikan kemampuan proses dengan produsen PCB sebelum desain (misalnya, ketebalan tembaga maksimum, diameter lubang minimum, presisi etching) untuk menghindari desain yang tidak dapat diproduksi setelah selesai.

IV. Ringkasan:

Desain PCB Tembaga Tebal: "3 Elemen Inti"
Ketebalan Tembaga yang Sesuai dengan Arus: Hindari peningkatan ketebalan secara membabi buta; pilih spesifikasi utama 3-6oz sesuai dengan persyaratan arus; Mitigasi Risiko Melalui Detail: Transisi jejak bertahap, vias paralel, dan lebar/jarak jejak yang sesuai; Prioritas DFM: Pertimbangkan proses etching, laminasi, dan penyolderan selama desain untuk mengurangi pengerjaan ulang. Desain PCB tembaga tebal mungkin tampak rumit, tetapi dengan memahami dua elemen inti "konduksi arus" dan "kompatibilitas proses," sebagian besar jebakan dapat dihindari.