Heavy Copper PCB: คู่มือแผ่นวงจรทองแดงหนาสำหรับงานกำลังสูง

บทนำ: Heavy Copper PCB คืออะไร?

Heavy Copper PCB คือแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีความหนาของทองแดงตั้งแต่ 3 oz/ft² ขึ้นไป (105 μm+) เทียบกับ PCB มาตรฐานที่มักใช้ 1-2 oz (35-70 μm) Heavy Copper PCB ออกแบบมาสำหรับงานที่ต้องการ:

• กระแสไฟฟ้าสูง (High Current)
• การระบายความร้อนที่ดี (Thermal Dissipation)
• ความทนทานมากขึ้น (Mechanical Strength)

> คำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญ: "Heavy Copper PCB เป็นโซลูชันที่ดีที่สุดเมื่อต้องรวม power circuit และ control circuit ไว้บน PCB เดียวกัน ช่วยลดขนาด ลดการเดินสาย และเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ" — Hommer Zhao, ผู้เชี่ยวชาญด้านการผลิต PCB

---

การจำแนกประเภทตามความหนาทองแดง

แปลงหน่วย: oz/ft² เป็น μm

```

1 oz/ft² = 35 μm = 1.4 mil

2 oz/ft² = 70 μm = 2.8 mil

3 oz/ft² = 105 μm = 4.2 mil

4 oz/ft² = 140 μm = 5.6 mil

6 oz/ft² = 210 μm = 8.4 mil

10 oz/ft² = 350 μm = 14 mil

```

---

ข้อดีของ Heavy Copper PCB

1. รองรับกระแสสูง (High Current Capacity)

ความสามารถในการนำกระแสขึ้นกับพื้นที่หน้าตัดของทองแดง:

*หมายเหตุ: ค่าประมาณที่ Temperature Rise 20°C, External Layer*

2. การระบายความร้อนที่ดีกว่า

ทองแดงมี Thermal Conductivity สูง (~400 W/m·K) ทำให้:

• กระจายความร้อนจาก hot spots ได้ดี
• ลด thermal resistance ของ PCB
• เพิ่มอายุการใช้งานของ components

3. ความทนทานทางกล

ทองแดงหนาเพิ่มความแข็งแรงให้ PCB:

• ทน vibration ได้ดี
• ทน thermal cycling
• เหมาะสำหรับ harsh environments

4. รวม Power และ Control ใน PCB เดียว

```

เดิม: Power Board (Bus Bar) + Control Board = 2 PCBs + Connectors

ใหม่: Heavy Copper PCB = 1 PCB integrated solution

```

---

เทคนิคการผลิต Heavy Copper PCB

1. Electroplating (Standard Method)

เพิ่มความหนาทองแดงด้วยการชุบไฟฟ้า:

ข้อจำกัด: ยากที่จะได้ side wall ตรง เนื่องจาก undercut จากการ etch

2. Blue Bar/Embedded Copper

ฝังแท่งทองแดงหนา (Bus Bar) ลงใน PCB:

ข้อดี:

• ได้ทองแดงหนามากโดยไม่ต้อง plate หนา
• Side wall ตรงกว่า
• ผสมผสาน thick และ thin copper ได้

ข้อเสีย:

• ต้นทุนสูงกว่า
• Design complexity มากขึ้น

3. Coin Technology

ฝัง copper coin ที่ตำแหน่งที่ต้องการ:

การใช้งาน:

• ใต้ power components
• Thermal vias หนาพิเศษ
• Heat spreading area

---

Design Guidelines สำหรับ Heavy Copper PCB

1. Minimum Feature Sizes

2. Etching Consideration

ทองแดงหนายิ่ง etch มากยิ่งเกิด undercut มาก:

```

Undercut Ratio ≈ 1:1 สำหรับ standard etching

ถ้า copper หนา 6 oz (210 μm) → undercut ~210 μm per side

→ Trace width จะหดลง ~420 μm จากที่ออกแบบ

```

วิธีแก้:

• เพิ่ม trace width ในการออกแบบเพื่อชดเชย
• ใช้ specialized etching process
• ปรึกษาผู้ผลิตเรื่อง compensation

3. Stack-up Considerations

ตัวอย่าง 4-Layer Heavy Copper Stack-up:

หมายเหตุ: การวาง heavy copper ที่ outer layers ทำให้ plate ง่ายกว่า

4. Solder Mask

ทองแดงหนาสร้าง topology ที่ไม่เรียบ:

• ใช้ Liquid Photo Imageable (LPI) solder mask หนาขึ้น
• อาจต้อง double coat
• พิจารณา solder dam design
• ตรวจสอบ coverage ที่ edges

5. Thermal Relief

สำหรับ component soldering:

```

ทองแดงหนาดูดความร้อนเร็ว → ต้องเพิ่มความร้อนในการบัดกรี

• ใช้ thermal relief pads
• ปรับ reflow profile
• พิจารณา preheat

```

---

การคำนวณ Current Capacity

IPC-2152 Standard

IPC-2152 ให้แนวทางการคำนวณ current capacity:

สูตรประมาณการ (External Trace):

```

I = k × ΔT^b × A^c

โดยที่:

I = Current (Amps)

ΔT = Temperature rise (°C)

A = Cross-sectional area (mils²)

k, b, c = IPC constants

สำหรับ External traces:

k = 0.048, b = 0.44, c = 0.725

```

ตัวอย่างการคำนวณ

โจทย์: ต้องการ 20A, ΔT = 20°C, ใช้ 4 oz copper

```

Step 1: หา Cross-section ที่ต้องการ

20 = 0.048 × 20^0.44 × A^0.725

A = 2,800 mils²

Step 2: คำนวณ Trace Width

4 oz = 5.6 mil thick

Width = 2,800 / 5.6 = 500 mils = 12.7 mm

หรือใช้ 6 oz copper:

6 oz = 8.4 mil thick

Width = 2,800 / 8.4 = 333 mils = 8.5 mm

```

> คำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญ: "การคำนวณ current capacity เป็นจุดเริ่มต้น แต่ในการออกแบบจริงควรเผื่อ margin 20-30% และทำ thermal simulation เพิ่มเติม" — Hommer Zhao

---

การใช้งาน Heavy Copper PCB

1. Power Electronics

2. Automotive / EV

ดู บริการสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์

3. Industrial Equipment

ดู บริการสำหรับอุตสาหกรรม

4. Renewable Energy

ดู บริการสำหรับพลังงาน

---

Heavy Copper vs Alternatives

เปรียบเทียบกับ Bus Bar

เปรียบเทียบกับ Aluminum PCB

เปรียบเทียบกับ Thick Busbar + Standard PCB

---

การทดสอบและควบคุมคุณภาพ

1. Electrical Testing

2. Mechanical Testing

3. Quality Certifications

Heavy Copper PCB สำหรับงานสำคัญควรมี:

• IPC Class 2/3 certification
• UL recognition (UL 94 V-0)
• ISO 9001 certified manufacturer
• IATF 16949 สำหรับ automotive

---

ตัวอย่าง Design: EV Charger PCB

Specifications:

Stack-up:

Design Features:

• Thick copper power planes on outer layers
• Thermal vias under power MOSFETs
• Kelvin connection for current sensing
• Creepage distance per IEC 60664
• Conformal coating for reliability

---

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

Q1: Heavy Copper PCB ราคาแพงแค่ไหน?

A: ราคาขึ้นกับหลายปัจจัย:

Q2: Lead Time ของ Heavy Copper PCB นานแค่ไหน?

A:

• 3-4 oz: +2-3 days vs standard
• 6 oz: +5-7 days
• 10+ oz: +10-14 days

Q3: สามารถทำ Fine Pitch Assembly บน Heavy Copper ได้หรือไม่?

A: ได้ แต่ต้องระวัง:

• ใช้ thin copper (1-2 oz) สำหรับ fine pitch areas
• ใช้ mixed copper weight design
• ปรับ solder paste และ reflow profile

Q4: Heavy Copper PCB ต้องการ Special Assembly Process หรือไม่?

A: ใช่ ต้องปรับ:

• Preheat temperature สูงขึ้น
• Peak temperature อาจสูงขึ้น
• Longer soak time
• Adjust cooling rate

ดู บริการประกอบ SMT ที่รองรับ Heavy Copper

---

สรุป

Heavy Copper PCB เป็นโซลูชันที่ดีสำหรับ:

✅ งานที่ต้องการกระแสสูง 10-500A+

✅ Power Electronics และ Motor Drivers

✅ Automotive และ EV Applications

✅ Industrial Equipment

✅ Renewable Energy Systems

✅ การรวม Power และ Control ใน PCB เดียว

ข้อควรพิจารณา:

• ราคาสูงกว่า standard PCB
• Lead time นานกว่า
• Design rules แตกต่าง
• Assembly process พิเศษ

> สรุปจากผู้เชี่ยวชาญ: "Heavy Copper PCB คือ game-changer สำหรับ power electronics ทำให้ผลิตภัณฑ์กะทัดรัดขึ้น น่าเชื่อถือมากขึ้น และผลิตง่ายขึ้นเมื่อเทียบกับ bus bar solutions" — Hommer Zhao

---

บริการของเรา

PCB Thailand ให้บริการ Heavy Copper PCB ตั้งแต่ 3 oz ถึง 20 oz:

• DFM Support: ช่วยออกแบบให้เหมาะสม
• Mixed Copper: รวมหลาย copper weight ใน PCB เดียว
• Turnkey Assembly: ประกอบครบวงจร
• Quick Turn: บริการด่วนสำหรับ prototype

ขอใบเสนอราคา หรือ ติดต่อเรา เพื่อปรึกษาโครงการ Heavy Copper ของคุณ

---

บทความที่เกี่ยวข้อง

• Aluminum PCB vs FR4: เปรียบเทียบฉบับสมบูรณ์
• คู่มือ PCB Stack-up สำหรับ Multilayer
• มาตรฐาน PCB สำหรับยานยนต์ IATF 16949
• การทดสอบ PCB: วิธีการและมาตรฐาน

---

เอกสารอ้างอิง

1. IPC-2152 Standard for Determining Current Carrying Capacity: www.ipc.org
2. IPC-2221B Generic Standard on PCB Design: www.ipc.org
3. IEEE Power Electronics Society: www.ieee.org
4. SAE International Automotive Standards: www.sae.org