PCB de cobre:​​cómo afecta la fabricación de placas de PCB

En la PCB de cobre, pueden ocurrir varios problemas posibles con una PCB, pero puede decir que solo hay cuatro causas comunes que conducen a la falla de la PCB:

1. Componentes quemados.
2. Componentes mal fabricados.
3. Factores Ambientales.
4. Edad.

El PCB de cobre se utiliza principalmente porque soluciona o reduce la regularidad de estas fallas; con la placa de circuito impreso de madera y vidrio, debe asegurarse de que la temperatura del soldador sea más o menos perfecta, ya que cualquier temperatura más alta puede provocar un componente quemado.

El PCB de cobre es uno de los PCB más accesibles para fabricar, ya que los materiales necesarios y el servicio de ensamblaje lo hacen fácilmente disponible. Nosotros en WellPCB podemos reducir los problemas de PCB al mínimo posible, eliminando elementos como componentes quemados, componentes mal fabricados y antigüedad.

Entonces, cómo asegurarlo o hacerlo idealmente desde cada aspecto, veamos si esta guía nos muestra qué hacer.

1. PCB de cobre —Cobre en PCB

El PCB de cobre es el más utilizado de todos en función de su conductividad eléctrica y resistencia térmica. PCB con una estructura de cobre (revestimiento de cobre o lámina) sobre el material de refuerzo.

O tiene cobre como material principal debido a su conductividad. Los PCB de cobre son los preferidos por los ingenieros debido a su adaptabilidad.

La gente está eligiendo PCB de cobre debido a varios factores como:

1. Tiene una mayor conductividad térmica, que a su vez distribuye el calor por toda la placa, lo que reduce significativamente la posibilidad de que se queme un componente.

2. Su mayor conductividad eléctrica

3. Potencial para utilizar el material al máximo (puede utilizar todos los espacios sin tener en cuenta las repercusiones térmicas y eléctricas) 

4. La posibilidad de otro recubrimiento de cobre.

No necesita mucha consideración al elegir PCB de cobre. Puede usar la PCB de cobre de un oso de peluche parlante en el control remoto de su televisor, siempre que tenga un conocimiento profundo de ingeniería eléctrica.

Según el tipo de PCB (simple, doble, multicapa, rígido, flexible o rígido-flexible), el grosor y el cambio de peso, existen tamaños estándar para una gama de productos electrónicos.

Como se dijo anteriormente, un PCB tiene como objetivo asegurarse de que haya un flujo constante en los circuitos. Como tal, cosas como el peso y el grosor son factores importantes, ya que técnicamente cambian todo el manejo de una PCB, desde el tipo de soldadura hasta el soldador, la técnica de soldadura y la temperatura que necesita.

La composición de una PCB de cobre se compone principalmente de:

1. Serigrafía:

Esto también se denomina serigrafía, una técnica de impresión utilizada para agregar tinta (principalmente verde) en el sustrato como una pintura en términos de PCB.

Se utiliza para mostrar cosas como letras, números, símbolos e imágenes (entradas y salidas de energía, ubicación potencial del microchip, ubicación del transformador, positivo+ y negativo-) en la pizarra. Por lo general, solo se utiliza un color y la visibilidad suele ser relativamente baja.

2. PCB de cobre —Máscara de soldadura:

Esta es la segunda capa en una PCB. Es la capa de acabado pseudo brillante de polímero que se encuentra en las huellas de cobre del tablero.

Su trabajo es proteger contra factores ambientales como la oxidación y el polvo o la acumulación de residuos entre las almohadillas de soldadura. Una máscara de soldadura también ayuda a prevenir lo que llamamos un puente de soldadura. Un puente de soldadura ocurre cuando hay un deslizamiento mientras se usa el soldador, lo que hace que dos conductores entren en contacto.

3. Cobre:

El Cobre le da al PCB su excelente alto rendimiento. Proporciona al material de PCB su rugosidad superficial y cuando el cobre se combina con el material dieléctrico.

Los dos trabajan juntos para dar a la placa de circuito impreso su excelente rendimiento, especialmente en frecuencias de RF y microondas.

El cobre muestra las rutas de señal en una PCB, los patrones de circuito que ve están hechos con alta precisión que solo cobre con alta calidad; cuando se combina bien con el material de sustrato de PCB puede producirlo.

El cobre tiene un coeficiente de expansión térmica (CTE) de alrededor de 17 ppm/°C, que es la cantidad de expansión y contracción que sufre el material cuando el dispositivo electrónico comienza a funcionar.

4. PCB de cobre —Sustrato:

El sustrato en la capa subyacente, los sustratos de tablero, suelen ser materiales compuestos dieléctricos, compuestos principalmente de resina epoxi y refuerzo (fibras de vidrio, a veces tejidas o no tejidas, e incluso se ha utilizado papel).

Con la resina, se sabe que se usa cerámica similar a un relleno. El tipo de sustrato más común es el FR -4 (donde FR significa Retardante de llama); la razón por la que puede decir que el cobre FR -4 es el mejor es por la excelente característica de conductividad que lo hace destacar incluso entre el sustrato de fibra de vidrio.

Otra característica del cobre FR-4 es su alta resistencia, propiedades dieléctricas y aparente resistencia térmica. La fusión del cobre y el sustrato es fundamental para el rendimiento y la confiabilidad de una PCB.

2. Espesor de PCB de cobre

Como se mencionó anteriormente, siempre debe considerar el grosor y el peso de una PCB antes de usarla.

SÍ, una PCB de cobre puede tener mucha más resistencia térmica y conductividad eléctrica; no significa que use una placa de circuito impreso destinada a sus beepers en una supercomputadora; eso es como tratar de atrapar un pez solo con la línea y sin anzuelo ni carnada; UN CIERTO FRACASO.

PCB de cobre 2.1 —Unidad de espesor de cobre

La unidad de medida de cobre estándar para su espesor es Oz. (onzas). Sin embargo, se puede medir en pulgadas. La mayoría de las veces, las personas no consideran el grosor del cobre con respecto a la placa de circuito impreso, sino el grosor de toda la placa de circuito impreso después de que 1 onza de cobre se haya prensado y distribuido uniformemente en un área de 1 pie cuadrado.

Casi todas las PCB impresas están construidas con un espesor de cobre de 1 oz. Cuando se trata de la fabricación de PCB, los fabricantes asumen 1 oz. Están cotizando y construyendo el diseño a menos que los clientes proporcionen especificaciones particulares.

Un cliente ha decidido que el diseño necesita corriente adicional a la que puede transportar 1 onza, entonces sería mejor aumentar el ancho del cobre o el ancho de sus trazas. En algunos casos, el cobre acabado es de una onza.

Más importante que el cobre inicial en las capas externas, pero cuando se trata de capas interiores, el cobre acabado es equivalente al cobre inicial.

Por lo general, 2 oz. El espesor de cobre de 1 oz es, sin duda, el peso de cobre más familiar y estándar, ya que a menudo llega al punto de no ser ni excesivo ni demasiado pequeño. El espesor del cobre es excesivo y más costoso, mientras que 0,5 cobre puede no ser adecuado, particularmente para los planos de tierra que deben soportar corrientes más altas.

Como tal, el espesor de cobre de 1 oz suele ser la opción más adecuada para satisfacer sus necesidades económicas y de diseño.

En caso de que necesite un seguimiento más estrecho más espacio, por lo general debería hacerlo; duplique la capa que necesita cobre pesado y asegúrese de cortar el cobre en dos. Suponiendo que necesita líneas de ocho mil más 4 oz de cobre, la mejor opción es duplicar la capa y usar 2 oz. Cobre.

Para pesas de cobre iniciales de 5 oz. o más, también se recomienda duplicar una capa en lugar de cobre más grueso. Es más barato agregar capas que usar cobre grueso cuando se considera la complejidad del procesamiento del cobre más grueso.

Para decirlo de otra manera, una placa de cobre de 6 onzas de 2 capas suele ser más costosa que una de 3 onzas de 4 capas.

2.2 Preguntas frecuentes sobre el espesor del cobre

La primera pregunta que hacen la mayoría de los clientes se basa en las capacidades de amplitud de línea mínima BAC-Final-Web-107 de un fabricante de PCB. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el peso del cobre rara vez es la respuesta.

La tabla anterior muestra el grosor del cobre sobre el ancho.

3. PCB de cobre —Peso de PCB de cobre

Hemos hablado de la importancia del espesor del PCB de Cobre; ahora, analizaremos en profundidad por qué el peso de una PCB de cobre es tan significativo como el grosor.

El peso de un PCB por defecto siempre es de alrededor de 1,2 oz. de cobre, con un uno 0z. El espesor de cobre y cobre de una mil en agujeros pasantes chapados.

Onza	Gramos	Micrón
1	300	35
2	600	70
3	900	105

Por supuesto, la base va desde 0.5oz. A 3.0 oz. A su vez, el cobre enchapado oscila entre 0,7 oz. a 2.0 oz. Cuanto mayor sea el peso del cobre, mejores serán las propiedades eléctricas y más complejo será el proceso de grabado en la placa.

Debe saber que el peso es significativo, ya que afecta muchas cosas sobre la PCB como:

1. La dimensión del ancho del espacio y el trazo alcanzables

2. Los anchos mínimos sugeridos para anillos anulares

3. El cobre base determina la cantidad de reducción necesaria en la línea, por lo que cuanto más iguale el cobre base, mayor será la reducción de la línea.

Se presta mucha atención durante la fase de diseño de PCB que podría hacer o deshacer una PCB, especialmente cuando no se indica el peso del cobre que desea:

1. Almohadillas que no funcionan en la capa interna

2. El cortocircuito se puede evitar dando tolerancia a los bordes

3. Apunta a una tolerancia negativa en los agujeros pequeños

4. Siempre tenga en cuenta el grosor del cobre. La mayoría de las veces, eso es solo 1 oz. de cobre

3.1 Desarrollo de PCB avanzada de cobre pesado

En el desarrollo de cobre pesado con PCB avanzado, se produce PCB multicapa utilizando capas de cobre que van de 2 a 5 capas de cobre en diferentes niveles. ¿Cuál está interconectado usando capas similares de cobre?

El nivel de cobre adicional mejora la funcionalidad de la placa y las vías adicionales ayudan a pasar más PCB actual al mantener las almohadillas bien unidas. Ayuda a mejorar la resistencia de la residencia para sujetar el perno al mantener el cable requerido en su lugar.

También se ha desarrollado una nueva fabricación de bajo costo, que brinda la asistencia necesaria para el ensamblaje al reemplazar el cobre pesado que sobresale hasta veinte millas de la superficie.

La tecnología enterrada que se usa en las PCB pesadas puede tener cualquier cantidad de cobre sobre la superficie o debajo de la superficie de la placa.

3.2 Montaje de una PCB de mayor corriente y una placa de cobre pesado

Cuando ensamblamos una PCB de corriente más alta y una placa con base de cobre pesado, podría ser un desafío desarrollarlo, pero no imposible, ya que requiere tiempo y esfuerzo adicionales.

Para desarrollar una placa de este tipo, se necesita un cuidado especial por parte de los ingenieros para diseñar y desarrollar la placa mediante la observación de la transferencia de calor en forma de transferencia térmica.

Los PCB con cobre pesado deben soldarse con una temperatura lo suficientemente alta y soldarlos correctamente para obtener mejores resultados. Se recomienda encarecidamente que la fabricación de PCB utilice el nivel más alto de temperatura sin plomo.

Lo laminaría correctamente para ayudar a mantener las almohadillas unidas con todo el calor retenido.

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4. Revestimiento de cobre

¿Qué no se ha dicho sobre una PCB revestida de cobre? Debe preguntarle a un ingeniero y verlo hablar y hablar sobre las ventajas innegables pero igualmente esenciales, además de ser económicamente barato; el revestimiento de cobre es la placa que la mayoría de los ingenieros eligen al crear una PCB.

El PCB revestido de cobre le brinda la facilidad de soldar componentes sobre el circuito porque está creado; es excelente para diseñar cursos.

La naturaleza competitiva del material para PCB revestido de cobre facilita la personalización del tamaño y la forma de la placa en comparación con otras placas. Debido a sus materiales disponibles, provoca una caída en los dispositivos electrónicos en comparación con el costo de otros PCB.

De las numerosas aplicaciones de las PCB revestidas de cobre, se han mencionado algunas. Los PCB revestidos de cobre se usan comúnmente en sistemas de control de armas, la energía suministrada para sistemas de radar, devanados primarios y secundarios de transformadores planos de alta potencia, paneles de distribución de energía y sistemas de monitoreo y cargador de batería.

4.1 PCB de cobre —Laminado revestido de cobre:

Se abrevia como CCL (Copper Clad Laminate) y se refiere a un material base hecho de papel de pulpa de madera o fibras de vidrio empapadas en resina y material de refuerzo.

CCL se puede categorizar como:

• 1.CCL basado en la rigidez mecánica:este tipo de CCL son rígidos
• 2.CCL a base de aislamiento con una resina orgánica.
• 3.CCL según el grosor, por lo general es de aproximadamente 0,55 mm
• 4.Resina aislante CCL.

Hay diferentes tipos de CCL

Se clasifican de acuerdo con diferentes estándares de clasificación, ya sea según la rigidez mecánica, el material de aislamiento, el espesor y los tipos de material de refuerzo.

• 1.Por Rigidez Mecánica: Tiene un CCL rígido (G10, FR-4, CEM -1) y CCL flexible, el PCB rígido depende del CCL rígido mientras que el PCB flexible depende del CCL flexible.
• 2.Por material de aislamiento: Tiene CCL de resina orgánica, CCL de base metálica, CCL de base cerámica y muchos otros
• 3.Por grosor: Tiene su CCL grueso estándar y su CCL delgado, para el CCL grueso tenemos un espesor requerido> 0,5 mm, y para el CCL delgado, tenemos un espesor requerido <0,5 mm
• 4.Por material reforzado: we have the glass fiber base (FR -4), the paper base (XPC), compound CCL (CEM -1, CEM -3).
• 5.By Applied Insulation Resin: We have epoxy resin CCL (FR -4, CEM -3) and phenolic CCL (FR -1, XPC).

4.2 Copper PCB —Quick Question:What Makes An Excellent CCL?

Simple, an excellent CCL needs to meet specific requirements to be called EXCELLENT, which includes 

♦ Appearance:

do you like dents and scratches in your car? Guessing no, well same for CCL; a cut, gash, wrinkle, or pinholes can lead to low performance in the CCL and turn the PCB. So the smoother and cleaner the job, the better the performance.

♦ Size:

Your CCL is a base material for the PCB; it needs to conform to the size requirement of the PCB.

♦ Electrical Performance:

this is the primary mission of the CCL which means it’s the primary mission of the PCB; specific details have to be paid to the Volume Resistance, Insulation Resistance, Dielectric constant, Arc resistance, and so on.

♦ Physical Performance:

In physical performance, it’s always noteworthy to consider the bending strength, thermal stress, heat resistance, and punching quality.

♦ Chemical Performance:

The requirements needed to be met by the CCL are flammability, dimension stability.

♦ Environment Performance:

The CCL should meet water absorption standards.

Within the CCL is what we call a prepreg, which is reinforced material; it is the reinforcement material used in a CCL. It is made of fiber and is referred to as the bonding sheet. It is mainly made of fiber cloth, epoxy resin, acetone, and many others.

Using quality prepreg results in high-quality CCLs, which enhances the quality of PCB. The quality of the prepreg material used depends on the resin content, resin fluidity, and dicyandiamide crystallization. Consequently, you should select resin based on the quality and the cost.

The cost should be related to the thickness of the fiber cloth. Thinner prepreg is recommended even though it might be a little bit costly.

To meet Restriction of Hazardous Substances Regulations, it is recommended that you look at the reliability and heat resistance of the CCls. The latest CCL has been enhanced by modifying them so that they:

Include Halogen-free CCL – refers to CCL with the content of bromine and chlorine controlled within 900ppm. Care should be taken so that the content does not exceed 1500ppm.

Lead-free CCL – refers to Copper laminate with surface mounting that has been carried out without applying lead-free solder. The epoxy resin may be used, but the RoHS regulations must be adhered to. Note that RoHS prohibits the use of substances such as PBDE and PBBD substances.

4.3 Classification Of Resin

Resins used in CCls could be classified as:

• Epoxy resin
• Phenolic resin
• Polyamide resin
• Bismaleimide triazine
• Phenolic resin

If you are using fiber, the following quality aspects should be considered:

• Humidity resistance
• Intensity
• Insulation capability
• Heat and fire resistance

4.4 Copper PCB —Copper Laminates

This is the used clad that is over the dielectric layer and substrate (resin composite material).

The copper acts as a composite insulator material while being a good conductor, also remember. You can have rigid or flexible base material. Still, the primary purpose of the copper laminate is to act as mechanical support for the pin, i.e., the firm base that holds the electronic component and joins them at the same time.

The most popular types of copper laminates used for PCB are:

♦Polyimide:

This is a base material used for high-temperature PCB applications; it has an excellent glass transition (Tg =220 °C) that gives it an outstanding performance over high temperatures. It allows for soldering and desoldering of components, giving you more legroom for mistakes.

♦Phenolic:

This base material is used in low-cost applications with the FR-2, CEM-1, or CEM-3 brand names. It is most widely used in single-layer PCB of small household gadgets and appliances. It is slightly brittle but hard to bend.

♦Arlon:

So far, it’s one of the most devise base materials with different applications just behind the FR -4; it is the preferred base material for multilayer PCBs; you find them in military, wireless, and communication systems.

♦FR-4:

This is a glass fiber base material that is durable, hard to bend, and cut with fire retardant qualities; it’s Tg =160°C. Because of all these qualities, various applications within single, double, and multilayer PCBs are used for power supply, mixed-signal and digital applications.

Other Copper Laminates used are Tetrafunctional epoxy, Thermount, and cyanate ester.

For electrically interconnecting the components, the laminates can be nickel, stainless steel, aluminum, and copper. However, the most widely used material for lamination purposes is copper. The aluminum found commercial applications recently and is appreciated in low-cost home appliances.

The conductive cladding layer is skinny and is over one or both sides of the resin composite material. The thickness of the cladding material is determined by how much material is deposited regarding weight.

It is a simple process but requires that you take some precautions. First, you need to turn the laminator on before feeding the board and the film in the machine. The side with the excess border should be provided into the laminator.

In most cases, you are required to put the board into the machine for the second time if you want to improve the quality of your clad board. It means that the board should be put back into the laminator immediately after it finishes the first run.

The same procedure should be used if you are working on a double-sided board.

5. Copper PCB —Copper Layer Design

A keen eye is kept by designers when designing copper PCB; a designer must think in reverse. A board starts as solid copper; then, you remove the bits you don’t want.

It is faster to build, less expensive, and consuming when the copper is the same size as the board. Some techniques can make much difference from a frustrating experience to a smooth experience.

Maximizing copper is most common in two ways:

• Manually:

By specifying the specs of your PCBs (shape and size), this method is faster but sloppy as copper can be placed as an object, and these objects are checked for minor errors when assigned to a net. This method is mainly used for quick turns or prototype builds.

• Automatically:

However, this method is more time-consuming than the manual process, but the pour method helps to maximize copper. Copper will be left behind by drawing a border around the board area and pouring the copper in, laying out the board, and going back and placing copper shapes to fill it.

What you need to know is that when the copper pour is used, you define your boundary and everything inside when the pour operation is performed while connected automatically.

This method usually favors a large area, several irregularly shaped objects, or unusual shapes. The pour operation automatically fills the unique body while additionally isolating other traces in the area.

Objects that the copper pour can automatically handle are Traces, nets, decals, and pads. When used right, you don’t need much; the copper pouring will make the right moves and connections; you can double-check using the continuity check tool.

Now we have talked about both the manual and automatic methods, and you probably think the manual process is the best, especially for the short time sprint. Still, in the long run, the intuitive approach can be better even though it is works upfront.

There are three situations when using a copper pour might be the better option for your design.

1. Polygon Management

Manual – when you’re dealing with regular polygons, this method could be time-consuming and messy. A quick fix would be to drop overlapping shapes on top of each other to build your required profile.

It is quick, but it’s a short-term solution as eventually, you will need to do vertex editing to clean the design.

Automatic – The copper pouring method here is a “no-brainer” because we deal with complex shapes; this process is automatic. By defining the border and running copper, you eliminate the tedious job of re-editing later.

2. Plane Management

Manual – A plane is a large area of copper where all connections are one net. If you intend to build a board with separate planes while changing parts often, you often recommend route traces point to point.

Automatic – An excellent way to avoid several traces that all go to the same point is to use a copper pour method design on a plane for the ground. This will automatically connect all the connections on one network.

3. Thermal Management

Manual – if you have a Hot board with much space, the best way to cool it down is to add a copper square to help conduct the heat away. Which may not always be the case?

Automatic – when you define the area around the critical parts of the board, prioritizing them, you can minimize the thermal stress. This method is used when importance is placed on maximizing the copper surface area.

6. PCB Copper Plating And Cleaning

6.1 Copper PCB —Plating

Plating is very important to a PCB board. If all the traces on the external layers are not protected, the copper PCB will oxidize and deteriorate, making the board unstable. How do you know your copper has corroded? It will turn green. The two main reasons for plating are also called copper coating and surface finish:

1. To protect exposed copper circuitry

   2. To provide a surface good enough for soldering when assembling components to the PCB.

You have various PCB copper plating options to choose from, and each carries its advantages and disadvantages. You can find them here.

There are IPC standards for surface plating which is shown below:

6.2 Copper PCB —Clad Board Cleaning

Getting the best results is essential for you to clean your board using fine wool. You may also choose to use an abrasive pad before rinsing it with water. It helps to remove the dirt and any other contamination.

Alternatively, you may start by cleaning the dry board by exposing it to heat for about 5 minutes. This way, it ensures that the board is clean and ready for the film.

Conclusion

But I can answer you with one sentence “Copper PCB is the most reliable, effective PCB used across the most electronic device,” you don’t need to take my word for it. Just take a look at your phones.

And we at WellPCB are here to meet your needs at any time.