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一文讲清铜基板中的“厚铜”到底有多厚

2025
06/25
本篇文章来自
捷多邦

在铜基板设计中,“厚铜”是一个经常被提及的概念,但具体“厚”到什么程度,以及这对我们设计意味着什么,需要厘清。作为一线工程师,我们怎么用、怎么选,以及踩过什么坑,这里分享一些实践经验。

 

通常我们认为,当铜箔厚度达到或超过2盎司/平方英尺(约70微米或0.7毫米)时,就可以称之为“厚铜”。相比常见的1盎司(约35微米)铜箔,厚铜确实能带来显著变化。其核心优势在于,更厚的铜具有更高的热容量和更好的导电性能。更高的热容量意味着它能像“散热池”一样,暂时储存更多的热量,延缓局部温升;更好的导电性能则降低了线路电阻,减少了焦耳热损耗。实践中发现,在需要承载大电流或对温升极其敏感的应用中,厚铜能显著改善器件的结温。

 

关键参数上,铜的导热系数约398 W/(m·K),厚铜通过增加铜的体积占比,有效降低了从芯片到基板金属散热层的路径热阻(thermal resistance)。同时,厚铜层也提供了更大的表面积,有利于与外部散热器或机壳的接触导热。但需注意,这并不意味着可以完全忽略绝缘层的热阻和整体的CTE(热膨胀系数,Coefficient of Thermal Expansion)匹配问题。厚铜对CTE失配的影响相对复杂,一方面更厚的铜可能提供更好的机械支撑,但另一方面,巨大的温差仍会在铜、绝缘层和芯片之间产生应力。

 

典型场景分析,比如设计一个高功率LED驱动板,输出电流可能达到几十安培。如果使用标准铜箔,功率MOSFET或电感的焊点及线路可能因温升过高而不可靠。选用厚铜(如2盎司或以上)可以有效降低线路和焊点的温升,提高整体可靠性。实践中发现,厚铜在电流密度、散热和机械强度上都有优势,但加工难度也相应增加。

 

限制条件和潜在问题方面,厚铜带来最直接的代价是成本增加,不仅是铜材本身更贵,PCB制造工艺也更复杂,例如需要更长的蚀刻时间、更强的蚀刻液,以及更严格的钻孔和电镀控制,否则容易出现钻孔电镀不均或铜箔起翘等问题。常见误区是认为厚铜可以无限解决散热问题,忽略了绝缘层和封装的热阻,或者没有考虑好厚铜带来的加工挑战和成本压力。需注意,厚铜的过孔(via)也需要相应加粗或增加数量,以保证良好的电气连接和散热通路。

 

此外,厚铜板在弯曲或需要精密钻孔时,加工难度和成本都会显著提高,这也是一个重要的限制条件。

 

总之,厚铜是解决大电流和散热问题的有效手段,但并非万能。我们在选用时,需要综合评估电流大小、温升要求、成本预算以及制造可行性,并在设计时充分考虑加工工艺的适应性问题。

 


the end