Assemblaggio di PCB in rame pesante per dispositivi elettronici ad alta corrente.

Highleap Electronics offre servizi di assemblaggio di PCB con componenti in rame di grosso spessore per elettronica ad alta corrente, schede di controllo di potenza, schede BMS, elettronica per caricabatterie di veicoli elettrici, moduli di potenza industriali e applicazioni di gestione termica. L'assemblaggio di PCB con componenti in rame di grosso spessore richiede il coordinamento tra fabbricazione del PCB, processo di saldatura, selezione dei componenti, percorso della corrente, progettazione termica e collaudo. Highleap produce e assembla schede in base a file, disegni, distinte base e requisiti di collaudo approvati dal cliente.

Il termine "rame spesso" si riferisce generalmente a circuiti stampati che utilizzano rame più spesso rispetto ai circuiti stampati standard. Il peso esatto del rame deve essere sempre definito nella stratificazione per ogni strato. Un circuito stampato con rame spesso non è automaticamente sicuro per una data corrente; la capacità di corrente dipende dallo spessore del rame, dalla larghezza delle tracce, dall'area del piano, dall'aumento di temperatura consentito, dal flusso d'aria, dalla posizione dello strato, dal materiale del substrato e dall'ambiente di produzione. Il responsabile del prodotto deve convalidare le prestazioni elettriche e termiche a livello di sistema.

Per le pagine relative ai progetti correlati, vedere Assemblaggio PCB per elettronica di potenza, Assemblaggio PCB per BMS e Assemblaggio PCB per caricabatterie per veicoli elettrici.

Capacità di assemblaggio di PCB in rame pesante

Ruolo nella produzione di rame pesante

Highleap è in grado di supportare la fabbricazione e l'assemblaggio di PCB con spessori elevati di rame, a condizione che la struttura sia definita chiaramente e che la realizzazione rientri nelle capacità concordate. Il disegno deve indicare il peso del rame per strato, lo spessore finale, la finitura superficiale, la maschera di saldatura, la placcatura dei fori, le dimensioni critiche, le aree conduttive di corrente e i requisiti di ispezione. Qualora sia previsto l'assemblaggio, il progetto deve anche identificare i componenti ad alta corrente, i terminali, i connettori, le parti che generano calore e le interfacce meccaniche.

Tipici utilizzi di PCBA in rame pesante

Coordinamento della fabbricazione e dell'assemblaggio

L'utilizzo di rame spesso modifica sia la produzione che l'assemblaggio dei circuiti stampati. L'incisione di rame spesso richiede tolleranze di progettazione maggiori rispetto al rame sottile utilizzato per i segnali. Ampie aree di rame influiscono sull'equilibrio del processo di rifusione. I terminali a foro passante potrebbero richiedere un riempimento di saldatura controllato. I pad termici potrebbero necessitare di raggi X o di ispezioni speciali, se necessario. Per ottenere i migliori risultati, l'utilizzo di rame spesso dovrebbe essere valutato come parte integrante dell'intero processo di produzione e assemblaggio di PCB e circuiti stampati, piuttosto che come un semplice aggiornamento del materiale.

Spessore del rame e requisiti di trasporto di corrente

La capacità attuale dipende dal progetto completo

Il peso del rame rappresenta solo una parte della capacità di trasporto di corrente. Il progettista deve considerare anche la larghezza delle tracce, l'area del rame, il numero di strati, la quantità di via, l'aumento di temperatura consentito, la temperatura ambiente, le condizioni di raffreddamento, lo spessore del circuito stampato, le fonti di calore vicine e il flusso d'aria dell'involucro. Lo standard IPC-2152 è comunemente utilizzato come riferimento per la capacità di trasporto di corrente nella progettazione di circuiti stampati, ma la validazione finale del prodotto rimane responsabilità del proprietario del prodotto.

Impatto sul design del rame più spesso

Uno spessore maggiore del rame può migliorare il trasporto di corrente e la dissipazione del calore, ma influisce anche sulla distanza minima tra le tracce, sulla compensazione dell'incisione, sulla definizione della maschera di saldatura, sullo spessore del circuito stampato e sul costo. I componenti a passo fine posizionati vicino ad aree con rame spesso possono creare problemi di assemblaggio. Se il circuito stampato combina circuiti di controllo e rame ad alta corrente, il layout dovrebbe, ove possibile, separare i componenti sensibili dalle regioni ad alta temperatura e ad alta massa.

Via e condivisione dell'aereo

La corrente può fluire tra gli strati attraverso array di via o elementi placcati. Il numero di via, il diametro, lo spessore della placcatura e la disposizione determinano come vengono distribuite la corrente e il calore. Se un array di via fa parte di un percorso di corrente, non deve essere trattato come una normale giunzione. Il disegno deve identificare i gruppi di via critici e qualsiasi requisito di riempimento, copertura o ispezione.

Gestione termica e dissipazione del calore

Diffusione del calore attraverso il rame

Il rame, essendo spesso, può dissipare il calore generato dai componenti di potenza, ma non sostituisce una progettazione termica completa. Il calore deve essere espulso dalla scheda attraverso piani di rame, via, dissipatori di calore, flusso d'aria, contatti con l'involucro o materiali di interfaccia termica. Se la scheda si basa su una piastra di base o su un telaio, l'interfaccia meccanica deve essere inclusa nelle note di assemblaggio.

Vias termiche e pad esposti

I dispositivi di potenza con piazzole esposte potrebbero richiedere vie termiche sotto o in prossimità del package. La progettazione delle vie deve bilanciare il trasferimento di calore, la formazione di vuoti di saldatura e la producibilità. Le vie aperte sotto le piazzole possono causare la risalita capillare della saldatura; le vie riempite o sigillate possono aumentare i costi ma migliorano la uniformità dell'assemblaggio. Il cliente dovrebbe definire la strategia relativa alle vie in base ai requisiti del prodotto.

Distanza tra i componenti attorno alle fonti di calore

I componenti sensibili al calore, come condensatori elettrolitici, sensori, optoaccoppiatori e circuiti integrati per piccoli segnali, devono essere posizionati tenendo conto dell'esposizione termica. Dal punto di vista della produzione, la spaziatura facilita anche l'accesso per l'ispezione e la rilavorazione. Le schede in rame di grosso spessore spesso presentano componenti di grandi dimensioni e un'elevata massa termica, pertanto un posizionamento troppo ravvicinato può aumentare sia l'affidabilità che il rischio di assemblaggio.

Assemblaggio SMT e a foro passante su schede di rame di grosso spessore.

bilancio termico del riflusso

Le aree con rame spesso assorbono il calore in modo diverso rispetto alle aree con rame più sottile, che rappresentano i segnali. Ciò può creare condizioni di saldatura non uniformi su tutta la scheda. È necessario rivedere la progettazione dello stencil, la selezione della pasta saldante, il profilo di rifusione, la geometria dei pad e il posizionamento dei componenti. I pad di rame di grandi dimensioni potrebbero richiedere un sistema di dissipazione termica o una pianificazione del processo a seconda dei requisiti elettrici e termici.

componenti di potenza a foro passante

Le schede in rame di grosso spessore utilizzano comunemente connettori a foro passante, terminali, relè, trasformatori e condensatori di grandi dimensioni. Questi componenti possono richiedere saldatura a onda, saldatura selettiva o saldatura manuale controllata, a seconda del progetto e della quantità. Le dimensioni del foro, l'anello anulare, lo spessore del rame e la dissipazione termica influenzano il riempimento della saldatura. Se è obbligatorio specificare una percentuale di riempimento della saldatura o un requisito di ispezione, questo deve essere indicato nel disegno o nelle note di assemblaggio.

Sfide di ispezione

Lo spessore elevato del rame può rendere l'ispezione visiva più importante e talvolta più difficile. Giunti di saldatura di grandi dimensioni, piazzole nascoste, piazzole termiche e bordi di rame spessi possono richiedere istruzioni di ispezione specifiche. I raggi X possono essere utilizzati per determinate giunzioni nascoste, se richiesto dal cliente. L'analisi in microsezione può essere richiesta per la valutazione dei fori metallizzati quando i requisiti di affidabilità lo giustificano.

Sfide nella saldatura, nella rifusione e nell'equilibrio termico

Dissipatore di calore in rame di grandi dimensioni

Le ampie superfici di rame possono sottrarre calore alle giunzioni di saldatura durante la saldatura a rifusione o la saldatura a foro passante. Ciò può causare una bagnatura insufficiente se il processo non viene regolato. Allo stesso tempo, il surriscaldamento dei componenti più piccoli per compensare può comportare il rischio di danni. Un processo bilanciato si basa sulla revisione del progetto e sulle impostazioni di processo, piuttosto che su un calore eccessivo.

Pianificazione di stencil e pasta saldante

I dispositivi di potenza, i pad termici e i terminali di grandi dimensioni possono richiedere aperture speciali per lo stencil o un controllo preciso della pasta saldante. L'obiettivo è fornire una quantità di saldatura sufficiente a garantire l'affidabilità termica e meccanica, evitando al contempo la formazione di ponti, zone flottanti, vuoti o grumi di saldatura. Qualora il prodotto preveda limiti rigorosi per i vuoti, il limite accettabile e il metodo di ispezione devono essere definiti dal cliente.

Limiti della saldatura manuale

La saldatura manuale può essere appropriata per prototipi o componenti selezionati, ma non dovrebbe essere considerata per la ripetibilità di grandi volumi a meno che il processo non sia controllato e documentato. Terminali di grandi dimensioni, rame spesso e elevata massa termica possono richiedere abilità dell'operatore e un controllo termico preciso. Per la produzione, la saldatura selettiva o l'utilizzo di utensili specifici possono risultare più ripetibili, se il progetto lo consente.

Ispezioni e verifiche di affidabilità

Aree di interesse dell'ispezione

• Qualità delle tracce ad alta corrente e delle aree di rame.
• Qualità di placcatura a foro passante per terminali e array di via.
• Riempimento e bagnatura della saldatura per componenti di potenza a foro passante.
• Qualità di saldatura dei pad termici per semiconduttori di potenza.
• Posizionamento, orientamento e spazio meccanico del connettore.
• Planarità della scheda, profilo e interfaccia di montaggio.

Requisiti di documentazione

La documentazione può includere la registrazione dei materiali, la conferma dello stackup, i test elettrici, il rapporto di ispezione, la sezione micrometrica, il rapporto del primo campione o la registrazione dei test funzionali definiti dal cliente. Tali documenti devono essere richiesti prima di formulare un preventivo. Se una scheda verrà utilizzata in un prodotto ad alta affidabilità, la documentazione deve riflettere il livello di rischio piuttosto che limitarsi al solo costo di produzione più basso.

Considerazioni sull'affidabilità

L'affidabilità dipende dalla progettazione del prodotto, dalla corrente di esercizio, dai cicli termici, dal supporto meccanico, dalla qualità delle saldature, dalle caratteristiche dei componenti e dall'ambiente di utilizzo. Il rame di grosso spessore può supportare la dissipazione di corrente e calore, ma da solo non garantisce l'affidabilità. L'intero assemblaggio deve essere esaminato e validato nelle condizioni di utilizzo previste dal cliente.