重銅 の PCB: 製造 者,用途,主要 産業

高銅PCB（銅の厚さが3oz（105μm）以上と定義）は、電気自動車（EV）から産業機械まで、大電流を効率的に分配することを可能にし、高出力電子機器のバックボーンとなっています。標準PCB（1～2oz銅）とは異なり、高銅設計は優れた熱伝導性、電流容量、機械的強度を提供し、過酷な条件下での信頼性が求められるシステムに不可欠です。

このガイドでは、高銅PCBの独自の特性、製造上の課題、主要メーカー、および業界全体での実際のアプリケーションについて解説します。500AのEVバッテリー管理システムや高出力産業用インバーターを設計する場合でも、高銅技術を理解することで、高電流ニーズに最適なソリューションを選択するのに役立ちます。

主なポイント
 1.高銅PCBは、3oz（105μm）から20oz（700μm）の銅を使用し、最大500Aの電流をサポートします。これは、標準の1oz PCBの10倍です。
 2.標準PCBよりも3倍速く熱を放散し、高出力アプリケーションでコンポーネントの温度を20～30℃下げます。
 3.重要な製造技術には、制御されたエッチング、プレスフィット技術、および銅充填ビアなどの熱管理機能が含まれます。
 4.主要メーカー（例：LT CIRCUIT、Sanmina）は、高銅PCBを専門とし、トレース幅の公差を±5％まで提供しています。
 5.主要産業には、EV、再生可能エネルギー、産業オートメーション、航空宇宙などがあり、高電流と耐久性が不可欠です。

高銅PCBとは？
高銅PCBは、大電流を運び、熱を効率的に放散するように設計された、パワープレーンとトレースに厚い銅層（3oz以上）を持つ回路基板です。銅の厚さは、平方フィートあたりのオンス（oz/ft²）で測定され、1ozは35μmに相当します。高銅設計は通常、3oz（105μm）から20oz（700μm）の範囲ですが、カスタムアプリケーションではさらに厚い層を使用できます。

高銅PCBの仕組み
厚い銅層は、主に2つの機能を果たします。

 1.高電流処理：より幅広く、厚いトレースは抵抗（オームの法則）を減らし、過熱することなくより多くの電流を流すことができます。10mm幅、4ozの銅トレースは50Aを運ぶことができ、同じ幅の1ozトレースの5倍です。
 2.熱放散：銅の高い熱伝導率（401 W/m・K）は、MOSFETやトランスなどのコンポーネントからの熱を拡散し、性能を低下させるホットスポットを防ぎます。

高銅PCB vs. 標準銅PCB

高銅PCBの主な特性
高銅PCBは、高出力アプリケーションに最適な独自の特性を提供します。

1. 高い電流容量
高銅の最も重要な利点は、大電流を処理できることです。これは、厚さと幅とともに増加する銅トレースのアンペア容量（電流容量）によって制御されます。

注：周囲温度が高いほど、熱放散が非効率になるため、アンペア容量が低下します。

2. 優れた熱管理
厚い銅層は、コンポーネントから熱を拡散する内蔵ヒートシンクとして機能します。

 a.4ozの銅プレーンは、100W電源で1ozのプレーンと比較して、コンポーネントの温度を25℃下げます。
 b.銅充填サーマルビア（直径0.3～0.5mm）は、表面実装コンポーネントから内層に熱を伝達し、放散をさらに改善します。

テストデータ：4ozの高銅PCBを使用したEVインバーターは、全負荷で85℃で動作し、2oz設計の110℃と比較して、半導体の寿命を2倍に延ばしました。

3. 機械的耐久性
高銅トレースとプレーンは、物理的ストレスに対してより耐性があります。

 a.自動車および産業環境での振動（20～2,000Hz）に耐えます（MIL-STD-883H準拠）。
 b.熱サイクル（-40℃～125℃）による疲労に耐え、標準PCBと比較して、はんだ接合部の故障を50％削減します。

高銅PCBの製造：課題と解決策
高銅PCBの製造には、厚い銅を扱いながら精度を維持するための特殊なプロセスが必要です。

1. 制御されたエッチング
厚い銅（3oz以上）をアンダーカット（トレース側の過剰な除去）なしでエッチングすることは困難です。メーカーは以下を使用します。

 a.硫酸銅エッチング：トレース精度を維持するために、より遅いエッチング速度（1～2μm/分）と正確な温度制御（45～50℃）を行います。
 b.ステップエッチング：アンダーカットを最小限に抑えるために、エッチング剤の濃度を下げて複数回パスし、トレース公差±5％を達成します。

結果：10mmの目標幅を持つ4ozの銅トレースは、9.5～10.5mmの寸法を維持し、一貫した電流の流れを確保します。

2. ラミネーションとボンディング
厚い銅層は、剥離を防ぐために、基板（例：FR4、セラミック）へのより強い接着が必要です。

 a.高圧ラミネーション：180℃で400～500 psiの圧力をかけることで、銅と基板間の適切な接着が保証されます。
 b.接着剤不要プロセス：直接ボンディング（例：セラミック基板のDBC）により、エポキシ層が排除され、熱伝導率が向上します。

3. サーマルビアと熱管理機能
高銅PCBには、追加の熱機能が組み込まれることがよくあります。

 a.銅充填ビア：層間の熱伝達を強化するために、20～30μmの銅でメッキされています。
 b.統合ヒートシンク：極端な熱負荷（例：500A EVシステム）のために、アルミニウムコアに接着された厚い銅プレーン（10～20oz）。

主要な高銅PCBメーカー
品質と性能を確保するには、適切なメーカーを選択することが重要です。主要なプロバイダーには以下が含まれます。
1. LT CIRCUIT
機能：3～20oz銅、4～20層PCB、厳しい公差（±5％トレース幅）。
専門分野：EVバッテリー管理システム、産業用インバーター、再生可能エネルギーPCB。
認証：IATF 16949（自動車）、ISO 9001、UL 94 V-0。

2. Sanmina
機能：3～12oz銅、大判PCB（最大600mm×1200mm）。
専門分野：航空宇宙および防衛、医療画像機器。
認証：AS9100、ISO 13485。

3. TTM Technologies
機能：3～20oz銅、ハイブリッドPCB（高銅+ HDI）。
専門分野：データセンター電源、EVトラクションインバーター。
認証：ISO 9001、IATF 16949。

4. Multek
機能：3～10oz銅、大量生産（10k+ユニット/週）。
専門分野：家電製品（高出力充電器）、産業用モーター。
認証：ISO 9001、UL認証。

高銅PCBの用途
高銅PCBは、高電流と耐久性が重要な業界で使用されています。

1. 電気自動車（EV）およびハイブリッドEV
 a.バッテリー管理システム（BMS）：4～10ozの銅トレースは、800Vバッテリーパックを監視およびバランス調整し、充電/放電中に200～500Aを処理します。
 b.トラクションインバーター：バッテリーからのDCをモーター用のACに変換し、6～12ozの銅を使用して300～600Aの電流を管理します。
 c.車載充電器（OBC）：3～6ozの銅PCBは、10～40AのAC-DC変換を処理し、熱を放散するためのサーマルビアを備えています。

2. 再生可能エネルギー
 a.ソーラーインバーター：4～8ozの銅PCBは、ソーラーパネルからのDCをACに変換し、屋外環境で50～100Aの電流に耐えます。
 b.風力タービンコントローラー：6～10ozの銅は、タービンからの電力を管理し、振動と温度変動（-40℃～85℃）に耐えます。

3. 産業オートメーション
 a.モータードライブ：3～6ozの銅PCBは、産業用モーター（10～50HP）を制御し、可変周波数ドライブ（VFD）で50～200Aを処理します。
 b.溶接装置：10～20ozの銅は、アーク溶接機で100～500Aの電流を運び、高出力アークからの熱を放散するための厚いプレーンを備えています。

4. 航空宇宙および防衛
 a.航空機電力配電：6～12ozの銅PCBは、航空機の28V DCシステムを管理し、高度に関連する温度変化に耐えます。
 b.軍用車両：10～15ozの銅PCBは、レーダーおよび通信システムに電力を供給し、戦闘環境での衝撃と振動に耐えます。

5. 医療機器
 a.画像診断装置（CT、MRI）：3～6ozの銅PCBは、電源の高電流を処理し、正確な画像診断のための安定した動作を保証します。
 b.レーザー治療システム：4～8ozの銅は、50～100Wレーザーからの熱を放散し、治療中の一貫した性能を維持します。

高銅PCBに関するFAQ
Q1：高銅PCBの最小トレース幅は？
A：3oz銅の場合、エッチングの問題を回避するために、最小トレース幅は0.5mm（20mil）です。より厚い銅（10oz以上）は、公差を維持するために、より広いトレース（≥1mm）が必要です。

Q2：高銅PCBは高周波信号で使用できますか？
A：はい、ただし厚い銅は>1GHzで信号損失を引き起こす可能性があります。メーカーは、パワーレイヤーには高銅、高周波信号レイヤーには標準銅（1oz）を使用するハイブリッド設計を使用することで、これを軽減しています。

Q3：高銅PCBはどのようにシステムコストを削減しますか？
A：高銅PCBは、外部ヒートシンクとバスバーの必要性をなくすことで、コンポーネント数と組み立て時間を削減します。たとえば、4oz銅を使用したEVインバーターは、1oz PCB + ヒートシンクを置き換えることで、ユニットあたり15～20ドル節約できます。

Q4：高銅にはどのような基板が使用されていますか？
A：FR4（高Tg、Tg≥170℃）は、ほとんどのアプリケーションで標準です。セラミック基板（アルミナ、AlN）は、極端な熱負荷（例：500Aシステム）に使用されます。

Q5：高銅PCBはRoHS準拠ですか？
A：はい、メーカーは鉛フリーの銅と基板を使用しており、RoHS、REACH、およびIATF 16949（自動車）規格への準拠を保証しています。

結論
高銅PCBは、EV、再生可能エネルギーシステム、および産業機械における大電流の効率的な処理を可能にし、高出力電子機器に不可欠です。高い電流容量、熱放散、および機械的耐久性を組み合わせる能力は、標準PCBが失敗するアプリケーションでそれらをかけがえのないものにします。

高銅PCBは初期費用が高くなりますが、システムの複雑さを軽減し（例：ヒートシンクの排除）、コンポーネントの寿命を延ばすことで、時間の経過とともに総コストを削減できます。LT CIRCUITやTTM Technologiesなどの経験豊富なメーカーと提携することで、エンジニアは高銅技術を活用して、明日の電力需要の高い電子機器の要求を満たす、信頼性の高い高性能システムを構築できます。

EVや再生可能エネルギーなどの業界が成長を続けるにつれて、高銅PCBは、効率的で持続可能な電力分配を可能にする上でますます重要な役割を果たすでしょう。高電流に関しては、より厚い銅が常に優れていることを証明しています。