在銅基板設(shè)計(jì)中，“厚銅”是一個(gè)經(jīng)常被提及的概念，但具體“厚”到什么程度，以及這對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)意味著什么，需要厘清。作為一線工程師，我們?cè)趺从谩⒃趺催x，以及踩過(guò)什么坑，這里分享一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
通常我們認(rèn)為，當(dāng)銅箔厚度達(dá)到或超過(guò)2盎司/平方英尺（約70微米或0.7毫米）時(shí)，就可以稱之為“厚銅”。相比常見(jiàn)的1盎司（約35微米）銅箔，厚銅確實(shí)能帶來(lái)顯著變化。其核心優(yōu)勢(shì)在于，更厚的銅具有更高的熱容量和更好的導(dǎo)電性能。更高的熱容量意味著它能像“散熱池”一樣，暫時(shí)儲(chǔ)存更多的熱量，延緩局部溫升；更好的導(dǎo)電性能則降低了線路電阻，減少了焦耳熱損耗。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在需要承載大電流或?qū)厣龢O其敏感的應(yīng)用中，厚銅能顯著改善器件的結(jié)溫。
關(guān)鍵參數(shù)上，銅的導(dǎo)熱系數(shù)約398 W/(m·K)，厚銅通過(guò)增加銅的體積占比，有效降低了從芯片到基板金屬散熱層的路徑熱阻（thermal resistance）。同時(shí)，厚銅層也提供了更大的表面積，有利于與外部散熱器或機(jī)殼的接觸導(dǎo)熱。但需注意，這并不意味著可以完全忽略絕緣層的熱阻和整體的CTE（熱膨脹系數(shù)，Coefficient of Thermal Expansion）匹配問(wèn)題。厚銅對(duì)CTE失配的影響相對(duì)復(fù)雜，一方面更厚的銅可能提供更好的機(jī)械支撐，但另一方面，巨大的溫差仍會(huì)在銅、絕緣層和芯片之間產(chǎn)生應(yīng)力。
典型場(chǎng)景分析，比如設(shè)計(jì)一個(gè)高功率LED驅(qū)動(dòng)板，輸出電流可能達(dá)到幾十安培。如果使用標(biāo)準(zhǔn)銅箔，功率MOSFET或電感的焊點(diǎn)及線路可能因溫升過(guò)高而不可靠。選用厚銅（如2盎司或以上）可以有效降低線路和焊點(diǎn)的溫升，提高整體可靠性。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，厚銅在電流密度、散熱和機(jī)械強(qiáng)度上都有優(yōu)勢(shì)，但加工難度也相應(yīng)增加。
限制條件和潛在問(wèn)題方面，厚銅帶來(lái)最直接的代價(jià)是成本增加，不僅是銅材本身更貴，PCB制造工藝也更復(fù)雜，例如需要更長(zhǎng)的蝕刻時(shí)間、更強(qiáng)的蝕刻液，以及更嚴(yán)格的鉆孔和電鍍控制，否則容易出現(xiàn)鉆孔電鍍不均或銅箔起翹等問(wèn)題。常見(jiàn)誤區(qū)是認(rèn)為厚銅可以無(wú)限解決散熱問(wèn)題，忽略了絕緣層和封裝的熱阻，或者沒(méi)有考慮好厚銅帶來(lái)的加工挑戰(zhàn)和成本壓力。需注意，厚銅的過(guò)孔（via）也需要相應(yīng)加粗或增加數(shù)量，以保證良好的電氣連接和散熱通路。
此外，厚銅板在彎曲或需要精密鉆孔時(shí)，加工難度和成本都會(huì)顯著提高，這也是一個(gè)重要的限制條件。
總之，厚銅是解決大電流和散熱問(wèn)題的有效手段，但并非萬(wàn)能。我們?cè)谶x用時(shí)，需要綜合評(píng)估電流大小、溫升要求、成本預(yù)算以及制造可行性，并在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮加工工藝的適應(yīng)性問(wèn)題。
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