厚铜板PCBA加工:把铜加到6oz之前的五道工艺关
做大电流板的工程师来问,开口通常是"厚铜能做到几 oz"。但决定这块板扛不扛得住的,不只是铜厚这个数字:这段路径要搬多少电流、允许往上抬多少度、蚀刻完之后还剩多少铜、焊接时这一段把多少热带走、以及过了某个值之后是不是本来就不该由铜箔来承担。
常见的一种情况是:把 2oz 改成 6oz,回来的板照样在某一段发烫。原因往往不在铜身上——那段走线布在内层,散热条件和表层不是一回事;或者那段线路在图纸上算得刚刚好,蚀刻做完之后铜少了。
下面按一个参数往上推的过程中会撞到的五道关逐道拆开讲。
◆ 先把结论放这儿
厚铜板的落点不在"选几 oz",在五个数能不能对得上:这段路径要搬多少电流、允许往上抬多少度、蚀刻完之后还剩多少铜、焊接时这一段把多少热带走、以及过了某个值之后是不是本来就不该由铜箔来扛。
后面逐道拆。我们的厚铜做到 6oz,这是能接的上限;再往上要靠别的方式,第五关会说。
◆ 一、五道关一览
关口 | 这关在算什么 | 越过去会怎样
电流与温升 | 持续过多少电流,允许抬几度 | 余量按室温算,装机后被环境温度吃掉
加宽还是加厚 | 用线宽换,还是用铜厚换 | 空间不够的时候,加宽这条路走不通
蚀刻后的真实截面 | 图纸线宽不等于成品线宽 | 按理论截面算载流,结果偏乐观
焊接时的吸热 | 焊盘连着一大片铜,热留不住 | 这一端没熔透,或者另一端跟着过温
6oz 之后 | 电流到底靠谁来搬 | 全堆在铜箔上,工艺和成本两头都到顶
这五关排下来有个反直觉的地方:铜厚是最后才定的那个数,不是先定的那个数。 前面四关没算就报一个铜厚回来,等于把工艺评审的活推给了运气。
◆ 二、逐道拆:每一关卡在哪
◆ 第一关:先分清这个电流是持续值,还是那一瞬间的值
大电流板有两种工况,名字都叫大电流,算法不一样。
短时的大值:电机启动、电磁阀吸合、给大电容充电的那一下,电流可以是额定的好几倍,时间短
长时间的满载:逆变、加热、持续放电,设备一开就是几个小时不停
短时要核的是这一下会不会把铜烧断;满载长时间要看的是稳态温升——热量持续产生,能不能持续散出去。
业内通用的算法是 IPC-2221 那条载流经验曲线,它给的是三者的关系:截面积多大、能通过多少安培、对应抬多少度。用它的时候有两处容易看错:
外层和内层不是一个数。 内层被基材包着,散热条件差,同样截面积,内层允许的电流比外层低
温升是从环境温度往上加的,不是量出来的那个温度。 曲线里的温升值从环境温度往上算。机箱里的环境是 50℃,10℃ 的温升意味着铜皮已经到 60℃ 了,旁边变压器、功率管辐射过来的那部分还没算进去
这一关的输出不是"几 oz",是"允许抬几度"。这个数不定下来,后面四关全是白算。
◆ 第二关:加宽走线,还是加厚铜
同一个载流目标,两条路都能走到:宽线配薄铜,或者窄线配厚铜。选哪边看三件事。
有没有地方给它宽 —— 十几条大电流路径要挤在同一个连接器根部的时候,宽度根本给不出来
这段路径要走多远 —— 跳线式的一小段粗铜怎么排都行;整条路径都要粗,加宽会把一层占满
这段以后要不要焊东西 —— 大铜面在这件事上是两头都不讨好的,第四关会讲
还有一种折中做法:在线路上开窗露铜,露出的一段用锡或者额外焊的铜条加厚。 这招便宜也好用,但有前提——锡的导电率不如铜,加出来的那部分不能按同等厚度折算。它是给这条路径补一部分余量,不是把它变成一条两倍厚的铜。
这一关的判断:能加宽就先加宽,加不动了再谈加厚。
◆ 第三关:蚀刻完之后,这根线还剩多少铜
五关里最少被提起、最容易让人算错的就是这关。
先说换算:1oz 指的是一平方英尺面积铺一盎司铜,折到厚度大约 35 微米,6oz 大约 210 微米。
理论上的走线截面积是线宽乘铜厚。但蚀刻不是垂直往下挖的——药水往下咬的同时也往两侧咬(业内叫侧蚀)。铜越厚,咬的时间越长,侧向的量跟着变大。成品走线于是成了上窄下宽的梯形。铜厚到了厚铜这一档,梯形的斜率从"可以忽略"变成"必须算进去"。
由此带出两件事:
实际截面积小于图纸上的理论值。 按理论值算载流,结果偏乐观,余量有一部分在蚀刻缸里就没了
线宽本身也受影响。 设计线宽本来就贴近工艺极限的话,成品线宽更难收
所以工程上有两个动作要先做:一是在线宽上做补偿,把蚀刻损失提前留出来;二是先问清细间距器件和厚铜是不是在同一层。同一块板上既有主控、又有大电流母线的项目,一般分层处理:外层搬电流,内层走信号。
这一关的判断:一句"要 6oz,还要贴 0.15mm 脚距的器件"交过来,值得先确认这两样是不是在同一层。
◆ 第四关:焊接的时候,这一片把热带走了
厚铜最实际的副作用在这里。
回流焊是热风把焊盘和引脚一起加热到锡的熔点。偏偏连着厚铜或大片铜箔的那个焊盘相当于一块散热片——热一直在往整片铜上传,它自己的温度上不去。等你把曲线抬到让它熔透,旁边那些小焊盘跟着一起过温了。
结果通常是两种坏法:
大焊盘那端没熔透,出来是虚焊、冷焊
或者为了它把整条曲线往上顶,别处的小封装器件吃不消
破法是工艺上的活,几样通常一起用:这块板的温度曲线单独测(拿实物板跑一遍炉温,不套用常规的曲线)、预热段拉长、必要时做台阶钢网(在大焊盘位置局部加厚锡膏),体积特别大的件还可能单独走选择性焊接。
检验这边:AOI 全检;焊点判定有问题按缺陷处理,不补线掩盖;BGA 走 3D X-Ray 全检。
这一关的判断:叠层还没冻结的时候,把这块板上最大那个散热焊盘指给工艺看过。事后才发现再返工一轮,比事前多聊十分钟的代价大得多。
◆ 第五关:过了 6oz,剩下的问题不是铜厚能解决的
我们的厚铜做到 6oz。到这个数还往上,就该换个问法了。
单靠加厚铜箔,一头是成本涨得快,另一头是最小线宽、最小间距已经顶到工艺边界——继续堆厚,线路先做不出来。
这时候的通行做法是给电流另开一条路:
焊铜条(busbar):在大电流路径上焊一条实心铜,搬运交给它,铜箔负责把电流分配到各支路
加大电流端子、汇流片,用机械连接替掉一段走线
更极端的情况直接上铜排结构件,PCB 只保留信号与驱动那部分
这一关的判断:铜箔负责"分配",真正的大件搬运交给专门的那根金属。
◆ 三、为什么厚铜板更适合走代工代料
前面分散讲过,这里收个口。三条理由:
一是这类板上的器件,同参数不同牌子的差别比常规板大得多。 功率 MOS、整流桥、电解电容、大电流端子,标称值看着一样,耐电流、耐温、寿命能差出一截,市场上仿冒也集中在这些件上。走代工代料(包工包料、含料、物料代购、全套加工,客户嘴里这几种叫法说的是同一件事),来源这一步在我们这边。
二是用量结构比较特殊。 整套 BOM 里贵的是那几颗功率件,其余是常规阻容;这类器件的最小起订和实际用量常常对不上,一起采比分头采省事。
三是体积大、封装非标的件,上料方式不一样。 端子、母线这类件不走编带,得按实物做上料方案;这部分在贴片之前就要有人接着。
走这条路,前期要你给的是三样:Gerber 里各层铜厚标清楚、BOM 上注明哪些料必须指定厂牌型号、以及一份工况说明(峰值多少、持续多少、允许抬几度)。 其余的归我们。
◆ 关于森思源
森思源成立于 2012 年,是一家专注 PCB 与 PCBA 一站式服务的制造企业,累计服务客户超过 50000 家。
我们擅长的是高混合、小批量、高复杂度的项目,在消费电子、工业控制、通信模块领域有长期的技术积累,测试系统完善,对工艺精度和可靠性要求较高。
服务范围覆盖原理图设计与 PCB Layout、PCB 制造、器件采购、SMT 贴片与 DIP 插件、测试验证的全流程,适合研发打样、中小批量、快速交付的场景。
◆ 能力参数
项目 | 参数
PCBA 样品交期 | 8 小时(自资料齐套、器件到位起算)
器件采购 | 3 天(常规渠道,冷门料与停产料另议)
PCB 样品交期 | 24 小时(属加急通道,非标准交期)
双面板标准交期 | 3 至 5 天
最高层数 | 10 层(超过 10 层需工程专项评审)
厚铜能力 | 6oz(约 210 微米)
SMT 产线 | 5 条(批量 2 条、样板 3 条)
DIP 产线 | 2 条(波峰焊、选择性波峰焊)
最小元件 | 01005
IC 间距 | 0.15mm
BGA 间距 | 0.20mm
贴装精度 | ±0.02mm
PCB 月产能 | 20,000 平方米
SMT 样板日产出 | 15 至 22 个订单、300 万贴装点
表面处理 | 喷锡有铅、喷锡无铅、沉金、OSP
体系认证 | IATF 16949
质检方式 | AOI 全检、不补线返修、3D X-Ray 全检 BGA
◆ 常见问题
问:6oz 铜厚到底是个什么概念?
1oz 指一平方英尺面积铺一盎司铜,厚度约 35 微米。6oz 大约 210 微米,是常规 1oz 板的六倍。拿到成品会看到厚铜线路的边缘明显是斜的,那是蚀刻侧蚀造成的正常形态,不是做坏了。
问:多层板能不能外层厚、内层薄?
可以,这是大电流板常见的做法——外层负责承载电流,内层走信号。要注意的是叠层的对称性要在设计阶段由工程评审一起定,不是板子排完之后再加一项。
问:厚铜板上还能贴细间距器件吗?
贴装能力上:元件最小到 01005,IC 脚间距最小 0.15mm,BGA 球距 0.20mm,贴装精度 ±0.02mm。真正要先确认的是这两样安排在同一层没有——厚铜挤占的是上层做线路的余量,两者不同层就不冲突;必须在同一层的话,先送工程评审。
问:厚铜板的交期比常规板长吗?
长。铜厚上去之后,蚀刻次数和压合参数都要另外走评审,返的也是整批。具体天数按叠层与评审结果给。
问:开窗加锡能提高多少载流?
能用,但不能按厚度翻倍来折算。锡的导电率不如铜,加出来的那部分在这条路径上的贡献有限。它适合补余量差一点的那段,不适合替代加厚铜。
问:我该加宽、加铜厚,还是直接上铜条?
看这段路径的形态。峰值短、路径短、又不持续的,加宽再加一层锡就够了;持续满载、路径长、或者空间给不出宽度的,该提铜厚;再往上解决不了就该考虑铜条和端子了。
问:能不能只贴片,大件自己买?
可以,来料加工也接。但要说清楚:来料的规格属实性和到货时间不在整批物料责任里;功率件、端子这类大件,仿冒集中在这几类上,最后是由买料的那一方负责。
问:报价怎么算?
按 BOM 一项项核,渠道价加采购服务费;铜厚是单独核算进报价的一项。具体金额以最新报价为准。
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深圳市森思源电子有限公司
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(报价以最新报价为准,加急需求请先走工程评审。)
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