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PCB外层铜厚为什么一般比内层厚?
昨天 15:14   浏览:436   作者:小萍子
看 PCB 叠层表时,经常会看到一种配置:

外层 1oz,内层 0.5oz;
外层 2oz,内层 1oz;
甚至大电流板上,外层做 3oz,内层还是 1oz。
同一块板子,为什么外层可以做得比内层厚?是不是外层铜天然更容易做厚?
这个问题其是 PCB 制造工艺决定的。
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外层铜厚经常比内层厚,是因为外层在钻孔以后还会经历沉铜和电镀铜,孔壁要靠这一步导通,外层表面也会顺带被加铜;而内层在压合之前已经蚀刻完成,压合进去以后基本没有机会再加铜。

1. “铜厚”到底指什么

PCB 里说铜厚,最常见单位是 oz,也就是盎司铜。
严格说,它来自每平方英尺面积铺 1 盎司铜时形成的铜箔厚度。工程上通常近似认为:
0.5oz 约等于 17um;
1oz 约等于 35um;
2oz 约等于 70um;
3oz 约等于 105um。
但这里有一个很容易踩坑的地方:外层铜厚有“基铜”和“成品铜”的区别。
基铜,就是原始覆铜板或者铜箔本身的厚度;
成品铜,就是 PCB 做完以后,最终留在板子上的铜厚;
电镀铜,就是后续工艺中额外镀上去的铜。
比如一个厂家说外层成品铜厚 1oz,它可能不是一开始就用 1oz 基铜,而是先用 0.5oz 基铜,再通过电镀补到接近 1oz。
如果外层一开始就是 1oz 基铜,后面再电镀 20um 以上,最终外层铜厚可能就接近 1.5oz,甚至接近 2oz。
所以看叠层表时,不能只问“外层几 oz”,还要问清楚:
这是基铜,还是成品铜?电镀后最小铜厚是多少?孔铜厚度是多少?
厂家给的是 nominal,还是 minimum?
这些问题不问清楚,大电流计算、阻抗计算、热设计会有偏差。

2. 内层铜是先蚀刻,再压合

多层 PCB 的内层通常是这样做的:
先拿一张覆铜芯板;在铜面上做图形转移;把不需要的铜蚀刻掉;形成内层线路;再做棕化、压合,把它夹到板子中间。
压合完成后,内层铜已经被 PP,Prepreg,半固化片和芯板介质包住了。后面再钻孔、沉铜、电镀、阻焊,都已经加不到内层走线上。
所以内层最终铜厚,主要由最开始选的铜箔决定。
如果你选 0.5oz 内层铜,它做完基本就是 0.5oz 级别;
如果你选 1oz 内层铜,它做完基本就是 1oz 级别;
如果你要 2oz、3oz 内层铜,就必须一开始选厚铜芯板或厚铜箔。
内层不是不能做厚,而是做厚以后,整个内层图形、压合和可靠性难度都会上去。
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3. 外层为什么会被“顺带加厚”

外层的关键工艺在钻孔之后。
PCB 钻完通孔、过孔、插件孔以后,孔壁本身是绝缘的 FR-4。要让顶层、内层、底层通过孔连接起来,必须在孔壁上形成一层铜。
常见流程是:
先化学沉铜,让孔壁有一层很薄的导电铜;
再电镀铜,把孔壁铜厚镀到工艺要求;
同时,外层板面也会被一起电镀加铜。
这一步是外层铜厚经常比内层厚的根本原因。
孔壁要满足可靠性要求,不能只镀一点点。常见通孔孔铜厚度可能要求 18um、20um、25um,甚至更高。为了把孔壁镀够,外层表面通常也会增加一部分铜厚。
于是外层最终铜厚就变成:
外层成品铜厚 = 外层基铜厚 + 电镀铜厚
内层铜厚则更接近:
内层成品铜厚 ≈ 原始内层铜箔厚度
这就是为什么很多普通多层板会出现外层 1oz、内层 0.5oz,或者外层 2oz、内层 1oz 的叠层。工艺天然会让外层多一道加铜机会。

4. 内层可以做厚吗?

内层当然可以做厚。电源板、汽车电子、大电流控制板、服务器电源背板,都可能要求内层 2oz、3oz,甚至更厚。
但内层做厚会带来几个实际问题。
第一个问题是蚀刻难度。
铜越厚,蚀刻时侧蚀越明显。所谓侧蚀,就是铜不仅往下被蚀刻,也会从线条侧面被蚀刻。铜越厚,为了把铜蚀穿,需要更长时间,线宽线距控制就更难。
例如 0.5oz 铜做 4mil/4mil,相对容易;
1oz 铜做 4mil/4mil,就要看厂家能力;
2oz 铜还想做很细线,良率和成本都会明显变差。
第二个问题是压合填胶。
厚铜图形会形成更大的高度差。大面积铜皮、粗电源线、铜皮开窗不均匀时,PP 流胶要填满这些空隙。如果填胶不足,就可能出现空洞、分层、白斑、介质厚度不均。
第三个问题是板厚和阻抗。
内层铜厚变大,会影响介质厚度、残铜率、压合厚度,也会影响阻抗模型。高速线如果走内层,铜厚、铜箔粗糙度、介质厚度变化都会影响阻抗和损耗。
第四个问题是成本。
厚铜芯板贵,蚀刻慢,压合难,报废风险高。
所以很多产品会采用一个折中方案:
外层做厚,用来走大电流、铺散热铜、接插件焊盘和功率器件;
内层保持 0.5oz 或 1oz,用来走信号、电源平面、参考地平面。

5. 外层厚铜的优势在哪里

外层厚铜最大的优势,是大电流和散热更直接。
比如电源输入端子、保险丝、MOSFET、采样电阻、电机驱动、LED 大电流输出、继电器触点附近,经常会优先把大电流铜皮放到外层。
外层铜直接和器件焊盘连接;
可以通过开窗加锡增加截面积;
可以接触空气,散热条件比内层好;
可以更方便加铜条、焊铜排、贴散热片;
返修和验证也更直观。
内层虽然也能走电流,但热量被介质包住,散热路径更长。尤其是局部大电流热点。
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6. 外层铜越厚越好吗?

也不是。
外层铜厚以后,也有代价。
第一,细线细间距更难做。
铜厚越大,蚀刻补偿越大。BGA 扇出、细间距 QFN、0.4mm pitch 器件附近,如果外层铜太厚,线宽线距会很难控制。
第二,阻焊覆盖更难。
厚铜会让板面台阶变高,阻焊油墨覆盖、桥连、开窗边缘都会更敏感。细间距焊盘附近容易出现阻焊桥不足、露铜、油墨堆积。
第三,焊接热容量变大。
厚铜连接到大面积铜皮时,焊盘吸热明显。插件端子、连接器、大功率器件可能需要更高热量才能焊好;小器件则可能出现一边连大铜、一边连细线,导致立碑、虚焊风险。
第四,板子翘曲和铜平衡要更注意。
上下层铜厚差异、残铜率差异太大时,压合和回流后都可能增加翘曲风险。特别是外层一面大铜皮、一面细信号,板厂通常会要求补铜、铺铜平衡。
所以外层厚铜不是越厚越好,看电流、温升、器件密度、制程能力和成本,均衡。

7. 设计注意和板厂确认

工程上不要只在图纸上写一句“铜厚 1oz”。
建议至少确认这些内容:
外层铜厚是基铜还是成品铜;
内层铜厚是多少;
孔铜最小值是多少;
最小线宽线距按哪个铜厚能力给;
阻抗计算用的是哪个成品铜厚;
厚铜区域是否需要加大间距;
阻焊桥是否能保住;
大面积铜皮是否需要铜平衡;
电源大电流是否按 IPC-2152 或厂家经验做温升评估。
如果是大电流板,还要把温升验证做出来。不要只拿线宽计算器算一遍就放心。线宽计算器通常假设条件很理想,实际板子还会受铜厚公差、环境温度、散热条件、焊锡厚度、过孔数量、器件发热影响。
比较靠谱的做法是:
先按目标电流和允许温升估算铜宽;
再和板厂确认可制造铜厚、线宽线距、孔铜能力;
样板回来后,用热像仪和热电偶实测关键铜皮、端子、MOSFET、采样电阻温升;
必要时通过加宽铜皮、并联过孔、开窗加锡、加铜排、换层走线来修正。


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