埋铜块PCB没有统一的“多少安培或多少瓦以上必须使用”标准。是否需要埋铜块,主要取决于功率器件的实际发热量、热流密度、允许温升以及整体散热路径。大电流首先需要通过铜厚、线宽和过孔解决载流问题;当MOSFET、IGBT等功率器件局部发热集中,普通铺铜和导热过孔难以满足散热要求时,才更适合采用埋铜块PCB。
一、为什么不能只看电流大小?
很多人在选择埋铜块PCB时,会直接问:50A需要埋铜块吗?100A是不是必须使用?
实际上,电流大小不能直接决定是否需要埋铜块。
PCB线路产生的损耗可以通过P=I2R理解。电流增加以后,如果线路电阻不变,发热会明显增加。因此,大电流PCB首先需要考虑降低线路电阻,包括增加铜厚、扩大线宽、缩短电流路径以及增加并联过孔。
例如,同样是50A,一块PCB采用较宽的厚铜线路,电流路径短、散热条件良好,可能并不存在明显的局部过热问题;另一块PCB虽然也是50A,但功率器件集中在很小的区域,MOSFET产生较高损耗,就可能形成明显热点。
所以要区分两个问题:
大电流解决的是“电怎么过去”;
埋铜块解决的是“热怎么出去”。
二、为什么也不能直接按照设备功率判断?
1000W、2000W甚至更高功率的设备,并不意味着PCB需要散掉相同功率的热量。
例如一台2000W电源,大部分能量会输出给负载,真正转化为热量的是MOSFET、磁性元件、线路以及其他器件产生的损耗。
因此,判断是否需要埋铜块,应该关注器件实际损耗,而不是整机标称功率。
如果一个功率器件只有较小面积,却需要持续产生并传递较多热量,即使整机功率不算特别高,也可能形成较高的局部热流密度。
这正是埋铜块PCB更有价值的场景。
三、真正需要关注的是局部热流密度
判断埋铜块是否必要,比“多少A”“多少W”更重要的参数是局部热流密度。
可以简单理解为:
热流密度=局部需要传出的热量÷有效散热面积。
同样是10W热量,如果分布在较大的PCB区域,通过铺铜和导热过孔可能比较容易处理;如果集中在一个很小的MOSFET焊盘区域,散热难度就会明显增加。
普通PCB通常依靠:
器件→焊盘→铜箔→导热过孔→底层铜皮→散热器
进行散热。
埋铜块PCB则可以形成:
器件→焊盘→实体铜块→导热界面材料→散热器
这样的热传导路径。
实体铜块能够在有限区域内提供更大的连续导热截面,因此更适合处理局部高热流密度问题。
四、什么情况下可以先不用埋铜块?
如果PCB只是电流较大,但局部器件发热并不严重,可以优先从以下几个方向优化:
增加大电流线路宽度;
提高线路铜厚;
缩短大电流路径;
增加并联过孔数量;
扩大器件附近铺铜面积;
增加Thermal Via导热过孔;
优化外部散热器和风道。
如果这些措施已经能够让PCB温升和器件结温满足设计要求,就没有必要为了使用特殊工艺而增加埋铜块。
PCB热设计应该优先选择能够满足可靠性要求的简单方案,而不是工艺越复杂越好。
五、哪些情况下更适合采用埋铜块PCB?
第一种是功率器件高度集中。
例如多个MOSFET、IGBT或功率模块集中在有限PCB面积内,器件附近出现明显热点。
第二种是PCB空间有限。
小型化产品没有足够空间布置大量导热过孔,普通铜皮又难以快速把热量传出去。
第三种是需要建立直接散热路径。
例如希望形成“功率器件—铜块—TIM—散热器”的垂直热通道,让热量快速传递到PCB背面的散热器。
第四种是普通方案已经无法满足温升目标。
如果经过铺铜、厚铜、导热过孔等优化后,热仿真或样机测试仍显示器件温度偏高,就可以进一步评估埋铜块结构。
六、50A、100A甚至更高电流应该怎么判断?
对于50A项目,首先检查铜厚、线路宽度、过孔和线路温升。如果这些结构已经能够满足要求,而且没有明显局部热点,就不一定需要埋铜块。
对于100A及以上项目,更需要关注铜皮颈缩区域、过孔阵列、连接器、焊点以及功率器件损耗。如果主要问题仍然是载流能力,可以通过厚铜、多层并联等方式优化。
对于更高持续电流项目,还可能需要评估铜条、Busbar等结构,而不是简单不断增加PCB铜厚或者铜块尺寸。
因此,电流越大并不意味着越需要埋铜块。
埋铜块是否必要,最终还是取决于功率器件产生的热量能否顺利传出去。
七、厚铜PCB和埋铜块应该怎么配合?
在新能源汽车、储能、工业电源、机器人控制等高功率PCB中,厚铜和埋铜块经常承担不同功能。
厚铜主要负责大电流传输。
例如通过3oz、4oz甚至更高铜厚,配合宽铜皮降低线路电阻和温升。
埋铜块则主要负责局部散热。
例如MOSFET下方设置实体铜块,把器件热量快速传导到PCB背面的散热器。
因此,高功率PCB可以形成两条路径:
电流路径:连接器→厚铜线路→功率器件→负载。
热路径:功率器件→铜块→TIM→散热器。
设计的关键,是让电流路径和热路径都足够短、低阻并且可靠。
八、埋铜块PCB设计需要提供哪些参数?
如果准备让PCB厂家评估埋铜块方案,建议提供:
持续工作电流、峰值电流及持续时间;
主要功率器件和实际损耗;
允许温升或目标结温;
PCB层数、板厚和各层铜厚;
铜块位置、长宽和厚度;
铜块是否承担导电功能;
主要电流路径;
导热过孔设计;
PCB背面是否连接散热器;
Gerber、叠层及必要的结构图。
PCB厂家可以根据这些资料进行DFM和制造可行性评估,但最终散热性能仍需要结合热仿真和实际PCB打样验证。
九、聚多邦埋铜块PCB制造能力
聚多邦支持1—40层PCB制造,铜厚覆盖0.5—20oz,板厚覆盖0.2—6.0mm,并支持埋/嵌铜块、厚铜大电流、热电分离、HDI、盘中孔、背钻等特殊PCB工艺。
对于新能源汽车、储能、工业电源、机器人控制、服务器电源等高功率项目,可以结合Gerber、叠层、铜厚、铜块结构以及实际散热需求进行DFM评审。
如果项目同时涉及“多层+厚铜+埋铜块”,需要重点关注厚铜线路、铜块周边填胶、多层压合、大电流过孔和板面平整度等问题。研发阶段建议先通过PCB打样验证实际温升和散热效果,再进入小批量及后续生产。
十、FAQ
Q1:50A电流一定需要埋铜块PCB吗?
不一定。首先应该检查铜厚、线宽、过孔和允许温升。如果普通厚铜PCB已经能够满足载流和散热要求,就不需要仅因为50A而增加埋铜块。
Q2:100A以上是不是必须使用埋铜块?
不是。100A以上首先解决的仍然是大电流传输问题,可以采用厚铜、多层并联、过孔阵列甚至Busbar。只有存在明显局部散热瓶颈时,才需要进一步评估埋铜块。
Q3:多少瓦的功率器件适合使用埋铜块?
没有固定瓦数。关键要看器件实际损耗、发热面积、允许结温和整体热阻。同样的功率损耗,面积越小、热量越集中,对埋铜块的需求通常越明显。
Q4:埋铜块和厚铜PCB有什么区别?
厚铜主要增加线路导电截面积,提高载流能力并降低线路损耗;埋铜块主要建立局部高效导热路径。高功率PCB可以同时使用两种结构。
Q5:聚多邦可以做厚铜加埋铜块PCB吗?
可以根据具体项目进行工程评估。聚多邦支持1—40层PCB、0.5—20oz铜厚,并具备埋/嵌铜块、厚铜大电流、热电分离等相关工艺能力。具体组合结构需要根据Gerber、叠层、铜块尺寸、板厚和孔结构完成DFM评审后确认。