Warum wird Kupfer in Leiterplatten verwendet?

1. Kernvorteile von Kupfer als bevorzugtes Leiterplattenmaterial

1.1 Unerreichte elektrische Leistung

• Second only to silver in conductivity, the resistivity of 1.68 × 10⁻⁸ Ω·m ensures efficient signal transmission.
• Hervorragender Hochtonbereich: Behält die Impedanzcharakteristik trotz Skin-Effekten stabil bei.
• Hervorragende Strombelastbarkeit: 40 % höhere Strombelastbarkeit als Aluminium bei gleicher Querschnittsfläche.

1.2 Außergewöhnliche Prozesskompatibilität

• Fähigkeit zum Präzisionsätzen: Unterstützt ultrafeine Spuren unter 3 mil.
• Mehrschichtige Laminierung: Entspricht dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) von FR4’s.
• Vielseitige Oberflächenausführungen: Kompatibel mit allen gängigen Verfahren (ENIG/OSP/HASL).

1.3 Kosten-Wirksamkeits-Analyse

• Materialkosten: 1/50 des Preises von Silber und nur 1,2x Aluminium.
• Verarbeitungskosten: Ausgereifte Verfahren erzielen Erfolgsquoten von über 98 %.
• Wiederverwertbarkeit: Über 95 % Kupferrückgewinnungsrate aus Altplatten.

2. Technischer Wert von Kupfergießtechniken

2.1 Verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

• Wirksamkeit der Abschirmung: Vollkupferguss reduziert die abgestrahlten Störungen um >15 dB.
• Signalrückleitungen: Bietet die kürzesten Rückwege für Hochgeschwindigkeitssignale.
• ImpedanzkontrolleBehält die Eigenschaften der Übertragungsleitung bei.

2.2 Verbessertes Wärmemanagement

• Wärmeleitfähigkeit: Outstanding 398W/(m·K) heat dissipation capability.
• Wärmespreizendes Design: Verhindert lokalisierte Hot Spots.
• Kühlung der Stromversorgungsgeräte: Kupferdicke im Vergleich zur Strombelastbarkeit:

2.3 Optimierung der mechanischen Festigkeit

• Biegefestigkeit: Erhöht die Steifigkeit des Substrats um >30%.
• Stabilität der Abmessungen: Widerstandsfähig gegen Verformung durch Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen.
• Vibrationsfestigkeit: Obligatorisch für militärische Anwendungen.

3. Praktischer Leitfaden für die Gestaltung von Kupfergüssen

3.1 Vergleich von zwei grundlegenden Gießverfahren

Massiver Kupferguß

• Anwendungen: Leistungsebenen, Hochstrompfade
• Special treatment: Requires thermal relief slots (width ≥0.5mm)
• Typische Parameter:1-3oz Dicke, <30% Öffnungsverhältnis

Gitter Kupfer Gießen

• Beste Verwendung: Bereiche mit hochfrequenten Signalen
• Grid specifications: Line width/spacing ≥5mil
• Vorteile:Geringere thermische Belastung, 15 % weniger Gewicht

3.2 Normen für die Handhabung von Sonderzonen

• Antennenbereiche: 20 mm Abstand einhalten
• Unter BGA: Verwenden Sie kreuzförmige Pad-Verbindungen
• Brettkanten: Implement ≥3mm copper rings

3.3 Häufige Designfehler und Korrekturen

1. Kupferne Inseln: Eliminieren Sie Durchkontaktierungen zur Erdung
2. Scharfe Ecken: Replace with curved transitions (radius ≥3x trace width)
3. Ungleichmäßige Wärmeabgabe: Implementierung von graduellen Kupferdickenabstufungen
4. Impedanz-Fehlanpassung: Strenge Kontrolle der Toleranzen für die dielektrische Schichtdicke
5. Fehler beim Löten: Optimieren Sie die Abmessungen der Lötmaskenöffnung

4. Entwicklungen an den Grenzen der Industrie

1. Ultradünne Kupferfolien: Performance in 5G mmWave circuits (12μm thickness)
2. Hybride Materiallösungen: Thermische Testdaten für Kupfer-Graphen-Verbundwerkstoffe
3. 3D-gedruckte Kupferschaltungen: Präzisionsdurchbrüche in der LDS-Technologie
4. Umweltfreundliche Verarbeitung: Fortschritte bei der cyanidfreien Kupferbeschichtung