PCB銅厚：選択の重要要素と最適なパフォーマンスのためのベストプラクティス

印刷回路基板（PCB）の銅の厚さは、技術的な詳細よりもはるかに多く、現在の貨物容量から熱管理や製造コストまで、すべてに影響を与える重要な設計の選択です。高出力の産業コントローラーまたはコンパクトなウェアラブルデバイスを設計するかどうかにかかわらず、適切な銅の厚さを選択すると、PCBが実際の条件下で確実に機能します。

このガイドは、PCB銅の厚さの背後にある科学を分解し、電気、熱、および機械的性能にどのように影響するかを調査します。特定のアプリケーションの標準厚（0.5Oz〜3Oz+）を比較し、共通の落とし穴を避けるために実用的なベストプラクティスを提供します。最後に、家電、自動車システム、産業機器など、パフォーマンス、コスト、製造可能性のバランスをとる銅の厚さを選択できるようになります。

キーテイクアウト
1.コッパーの厚さの基本：1平方フィートあたりのオンス（OZ/FT²）で測定され、1Oz =35μm（1.37mils）がほとんどのアプリケーションの業界標準です。
2.パフォーマンスのトレードオフ：より太い銅（2OZ+）は、現在の容量と熱散逸を改善しますが、コストを増加させ、柔軟性を低下させます。細い銅（0.5Oz）は、ファインピッチのデザインを有効にしますが、電力処理を制限します。
3.アプリケーション固有のニーズ：高出力デバイス（モーターコントローラーなど）には2〜3オンスの銅が必要ですが、ウェアラブルとスマートフォンはコンパクトさに0.5〜1 ozを使用します。
4.製造可能性の重要性：より厚い銅は、より強い許容範囲と特殊なエッチングを必要とし、生産の複雑さとコストの増加が必要です。
5.IPCコンプライアンス：IPC-2221の標準に従うことで、微量と銅の厚さが安全性とパフォーマンスの要件を満たすことが保証されます。

PCB銅の厚さの理解
銅はPCBの生命線であり、電気信号と電力を運ぶ導電性の痕跡、パッド、および飛行機を形成します。その厚さは、PCBがストレス、熱、電流負荷の下でどれだけうまく機能するかに直接影響します。

測定単位と変換
銅の厚さは、1平方フィートあたりのオンス（OZ/ft²）で最も一般的に指定されています。これは、1平方フィートの基板に広がる銅の重量を指すレガシー単位です。これは次のとおりです。

注：IPC-4562は、銅の厚さに対して±10％の耐性を指定しています。たとえば、1オンスの銅は31.5μm〜38.5μmを測定できます。

標準対重い銅
A.Standard Copper：0.5Ozから2オンス、家電、IoTデバイス、および低電力PCBの90％で使用されています。
B.ヘビー銅：3オンス以上、電流が20aを超える高出力用途（産業運動駆動、EV充電器など）のために予約されています。重い銅は、均一な厚さを達成するために酸銅メッキなどの特殊な製造プロセスを必要とします。

銅の厚さがPCBのパフォーマンスにどのように影響するか
信号の完全性から機械的耐久性まで、PCBの機能のあらゆる側面が銅の厚さに依存します。以下は、その効果の詳細な内訳です​​。
1。電気性能：現在の容量と抵抗
銅の主な役割は電気を行うことであり、厚い銅はこれをより効率的に行います。

A.電流処理：幅5mmの1オンスの銅トレースは、10°Cの温度上昇で〜20Aを運ぶことができます。同じ幅の2オンスの銅トレースは、その低い抵抗のおかげで〜28aを運ぶことができます。
b。抵抗の減少：銅が厚くなると、トレース抵抗（インチあたりのオーム）が減少し、電力供給ネットワークの電圧低下が最小限に抑えられます。たとえば、10インチの1オンスの銅の微量（幅1mm）の抵抗性は約0.25Ωであり、同じ寸法の2オンスのトレースは〜0.12Ωです。
C.パワー散逸：抵抗が低いということは、LEDドライバーやバッテリー管理システム（BMS）などの高出力設計にとって重要であるI²R損失によって発生する熱が少ないことを意味します。

IPC-2221ガイドライン：標準は、銅の厚さ、電流、および許容温度上昇に基づいて、必要なトレース幅を計算するための式を提供します。 aの

10a電流と10°Cの上昇：

A.1Oz銅には2.5mmトレースが必要です。
b.2oz銅には1.2mmのトレースが必要であり、ボードスペースの50％を節約します。

2。熱管理：熱拡散と散逸
厚い銅は組み込みのヒートシンクとして機能し、熱を熱い成分から遠ざけます（例えば、マイクロプロセッサ、パワーMOSFET）：

A.ヒート分布：2オンスの銅面は、1オンスの平面よりも効果的に熱を広げ、高出力設計ではホットスポット温度を15〜20°C低下させます。
b。節サイクリング抵抗：より厚い銅は、自動車および航空宇宙PCBの一般的な問題である繰り返し加熱と冷却による疲労に抵抗します。
C.LEDアプリケーション：2オンスの銅PCBに取り付けられた高出力LED（10W+）は、LEDジャンクションに到達する前に熱が消散するため、1OZボードの寿命よりも10〜15％長い寿命を維持します。

3。機械的強度と耐久性
銅の厚さは、PCBの身体的ストレスに耐える能力に影響します。

A.屈筋強度：銅が厚くなるとPCBの剛性が増加し、産業環境での曲げに対して耐性が高まります。 3オンスの銅PCBは、同じ基質の厚さの1オンスのPCBよりも40％硬いです。
b。振動抵抗：自動車または航空宇宙用の用途では、厚い銅の痕跡は振動中（MIL-STD-883Hテストあたり）に亀裂が生じる可能性が低くなります。
C.コネクタの信頼性：2オンスの銅のあるパッドは、消費者デバイスのPCB寿命を延長する繰り返しコネクタ挿入による摩耗に対してより耐性があります。

4。信号の整合性：インピーダンス制御
高周波設計（500MHz+）の場合、銅の厚さはインピーダンスに影響を与えます。信号の完全性については重要です。

A.インピーダンスマッチング：銅が厚くなると微量抵抗が減少しますが、微量の断面積も変化し、特徴的なインピーダンス（Z₀）に影響します。設計者は、ターゲットインピーダンスを維持するためにトレース幅を調整する必要があります（たとえば、RFトレースの50Ω）。
B.Skin効果緩和：高周波数では、微量表面近くの電流が流れます（皮膚効果）。濃い銅はより大きな表面積を提供し、高周波抵抗を減らします。
c.fine-pitchの課題：薄い銅（0.5oz）は、スマートフォンの0.4mmピッチBGAに不可欠な狭いトレース（≤0.1mm）に簡単にエッチングできます。銅が厚くなると、エッチングのアンダーカット、分解の信号経路が発生する可能性があります。

5。コストと製造可能性
銅の厚さは、生産コストと複雑さに直接影響します。

A.mertialialコスト：2オンスの銅PCBは、銅の使用量が多いため、1オンスのボードを15〜20％増やします。重い銅（3OZ+）は、コストを50％以上増加させる可能性があります。
B.の難易度の取得：銅が厚くなるには、より長いエッチング時間が必要であり、アンダーカットのリスクを高めます（エッチャント攻撃が辺りを微量している場合）。これにより、ファインピッチ機能（≤0.1mmトレース）を作成することが困難になります。
C.laminationの課題：層全体の不均一な銅の厚さは、積層中にPCBの反りを引き起こし、降伏率を低下させる可能性があります。

適切な銅の厚さを選択する方法
銅の厚さを選択するには、アプリケーションのニーズと製造制約のバランスをとる必要があります。この決定のフレームワークに従ってください。

1.現在および電力要件を定義します
臨界トレース（パワーレール、モータードライバーなど）で最大電流を計算することから始めます。次のようなツールを使用してください：

A.IPC-2221トレース幅計算機：入力電流、温度上昇、銅の厚さを入力して、必要なトレース幅を取得します。
B.シミュレーションソフトウェア：AltiumやCadenceなどのツールは、電流の流れと熱分布をシミュレートし、ホットスポットを特定するのに役立ちます。

例：50A電流を持つ12Vの自動車BMSには次のことが必要です。

A.1Oz銅：10mmトレース幅。
b.2oz銅：5mmトレース幅。
c.3oz銅：3.5mmトレース幅。

2。熱ニーズを評価します
PCBに高出力コンポーネント（≥5W）が含まれている場合は、より厚い銅に優先順位を付けます。

A.Ledドライバー：10〜50W LEDの2オンスの銅。 50W+の3オンス。
B.運動コントローラー：スイッチング電流を処理する2〜3オンスの銅。
C.Power Supplies：> 100Wデザインの入力/出力レール用の3オンス+銅。

3。機械的および環境的要因を検討してください
A.rigid Industrial PCB：振動抵抗のための2〜3オンスの銅。
B.Flexible PCBS（ウェアラブル）：柔軟性を維持するための0.5〜1オンスの銅。
C.Outdoor/Automotive PCBS：熱サイクリングに対する耐性のための2オンスの銅。

4。設計の複雑さを説明します
a.fine-pitchコンポーネント（0.4mm BGA）：0.5–1oz銅を狭い痕跡（≤0.1mm）を有効にします。
B.高密度相互接続（HDI）：マイクロバイアとタイトな間隔の0.5oz銅。
C.large電力面：ボード全体の電圧降下を最小限に抑えるための2〜3オンスの銅。

5.メーカーを早期に相談してください
メーカーには、銅の厚さに特定の機能があります。

A.ほとんどの場合、問題なく0.5〜2オンスの銅を確実に生成できます。
B.ヘビー銅（3Oz+）には、特殊なメッキラインが必要です。
C.選択した厚さの最小トレース幅について（例えば、1オンスで0.1mm対2オンスで0.2mm）。

用途による銅の厚さ
さまざまな産業が、独自の課題を満たすために、カスタマイズされた銅の厚さを要求します。
1。家電
A.Smartphone/Tablet：0.5–1oz銅。バッテリーの十分な電流ハンドリング（3〜5a）のコンパクト（細かい痕跡）のバランス。
B.Laptops：電力供給のための1オンスの銅。充電回路の2オンス（10–15a）。
C.Led TVS：バックライトドライバーの1〜2オンスの銅は、5〜10Aの電流を処理します。

2。自動車電子機器
A.ADASセンサー：1–2oz銅。中程度のパワーニーズとバランス信号の完全性（レーダー/ライダー）。
B.EVバッテリー管理：高電流（50〜100A）パワーレール用の3〜4オンスの銅。
c.infotainmentシステム：低電力用の1オンスの銅（5a以下）オーディオ/ビデオサーキット。

自動車標準：IPC-2221/AM1は、-40°Cから125°Cの温度に耐えるように、フード下のPCBに2オンスの最小銅を指定します。

3。産業機器
A.Motor Drives：20〜100Aの運動電流を処理する3〜4オンスの銅。
B.PLCS（プログラマブルロジックコントローラー）：堅牢な配電用の2オンスの銅。
C.SOLARインバーター：200〜500A DC-to-AC変換のための4オンス+銅。

ケーススタディ：3オンスの銅を使用した50A産業モータードライブは、1オンスの銅を持つ同じ設計よりも25％低い動作温度を示し、成分の寿命を3年延長しました。

4。医療機器
A.ウェア可能なモニター：柔軟性とコンパクトさのための0.5オンスの銅。
B.インプラント可能なデバイス：低電力（≤1a）および信頼性のための1オンスの銅（生体適合性めっき）。
C.イメージング機器（MRI/CT）：高電圧（1000V+）コンポーネントを処理する2オンスの銅。

銅の厚さの選択のためのベストプラクティス
これらのガイドラインに従って、一般的な間違いを回避し、設計を最適化します。
1.可能であれば標準の厚さを使用します
ほとんどの用途では、0.5Oz、1oz、または2オンスの銅に固執します。これらは：

A.Cheaperは生成します（専門的なプロセスなし）。
B.Easierメーカーからの情報源。
c。反りやエッチングの問題を起こしやすい。

2。層全体の銅の厚さのバランス
不均一な銅の分布（例えば、上層上の3オンス、内層に1オンス）は、ラミネーション中にPCBの反しを引き起こす可能性があります。対称的なスタックアップを目指してください：

A. 4層PCBの場合：すべての層で1オンス、外側の層で2オンス、内層で1オンス。
B.重い銅設計の場合：厚い銅を1〜2層（電力面）に制限して、コストと反りを削減します。

3。プロトタイプで検証します
テストするために選択した銅の厚さで5〜10個のプロトタイプPCBを注文してください。

A.電流処理（電源を使用して最大電流をシミュレートし、温度上昇を測定します）。
B.シグナルの完全性（ネットワークアナライザーを使用してインピーダンスを確認します）。
C.メカニカル強度（柔軟なデザインのベンドテストを実行します）。

4.文書要件は明確に
製造メモに銅の厚さを含める：

A.レイヤーあたりの厚さを指定します（例：「Top：2oz、Inner 1：1oz、Inner 2：1oz、Bottom：2oz」）。
B.Reference IPC標準（「銅の厚さの耐性については、IPC-4562クラスBを満たす」）。
C.重い銅エリア（例：「U1パワーパッドエリアの3オンスの銅」）に注目します。

避けるべき一般的な間違い
1。過度に指定する厚さ
3オンスの銅を「安全にするためだけに」を使用すると、コストと製造の複雑さが増加します。次の場合にのみ、重い銅にアップグレードします。

A.currentは、臨界トレースで20aを超えます。
b。サー熱シミュレーションは、標準的な厚さのホットスポットを示しています。

2。トレース幅の過小評価
電流が過熱するには狭すぎる1オンスの銅のトレースが過熱します。 IPC-2221計算を使用して、トレース幅が厚さに一致するようにします。

A.Mistake：幅1mmの10aを運ぶ1オンスの銅の痕跡は、周囲の40°Cより上に上昇します。
B.FIX：幅2mmまたは2オンスの銅に増加します。

3。柔軟性のニーズを無視します
厚い銅（2Oz+）は、柔軟なPCBを硬くし、曲げ中に割れやすくなります。ウェアラブルまたは折りたたみ可能なデバイスの場合：

A.0.5oz銅を使用します。
b。より大きなベンド半径（≥10xPCBの厚さ）で設計します。

4。インピーダンス制御の無視
より厚い銅は微量変化のインピーダンスを変化させ、高周波設計に信号反射を引き起こします。フィールドソルバーツールを使用して、トレース幅を調整します。

A. 1Oz銅の50ΩRFトレース（FR-4基質、0.8mm誘電体）：0.25mm幅。
B. 2オンスの銅（同じ基質）：50Ωを維持するための0.18mm幅。

よくある質問
Q：層が異なると、銅の厚さが異なりますか？
A：はい、しかし非対称のスタックアップは反りのリスクを増加させます。ほとんどのメーカーは、重い銅を外側の層に制限し、内層に1オンスを使用することを推奨しています。

Q：ファインピッチデザインの最大銅の厚さはどれくらいですか？
A：2オンスの銅は狭い痕跡（≤0.1mm）にエッチングするのが難しいため、0.4mmピッチBGAに最適です。

Q：銅の厚さはPCB重量にどのように影響しますか？
A：1オンスの銅を搭載した12インチ×18インチPCBの重量は〜100gです。 3オンスの銅のある同じボードの重量は約300gです。これは、航空宇宙またはウェアラブルデザインには重要です。

Q：重い銅（3オンス+）はコストに見合うだけですか？
A：高出力アプリケーション（≥50a）の場合、はい。トレース幅を50％削減し、熱性能を向上させ、より高い生産コストを相殺します。

Q：屋外PCBの最小銅の厚さはどれくらいですか？
A：1オンスの銅はほとんどの屋外での使用に十分ですが、沿岸地域（塩スプレー）には腐食に抵抗するために2オンスが推奨されます。

結論
PCB銅の厚さは、電気性能、熱管理、製造コストに影響を与える基礎設計の選択です。 IPC標準、コンサルティングメーカーを早期にフォローしながら、アプリケーションの現在、熱、および機械的なニーズに厚さを合わせることにより、信頼性が高く、費用対効果が高く、目的の使用に最適化されたPCBを作成できます。

0.5Oz銅ウェアラブルまたは4オ​​ンスの銅工業モータードライブを設計するかどうかにかかわらず、重要なのは、パフォーマンス要件と実用的な製造制限のバランスをとることです。適切なアプローチを備えた銅の厚さは、制約ではなく、PCBの機能を強化するためのツールになります。