越来越多的电力电子产品正在利用印刷电路板行业的一个增长趋势： 重铜和超重铜印制电路板。

大多数市售的印刷电路板是为低电压/低功率应用而制造的，其铜线/铜板的重量从1/2盎司/平方英尺到3盎司/平方英尺不等。重铜电路的铜重在4盎司/平方英尺到20盎司/平方英尺之间。铜的重量超过20盎司/平方英尺和高达200盎司/平方英尺也是可能的，被称为极重铜。我们的讨论将主要集中在重铜上。

重铜电路的构造赋予了电路板以下的好处：

增加对热应变的耐力。
增加电流承载能力。
增加连接器部位和PTH孔的机械强度。
充分发挥外来材料的潜力（即高温），而不会出现电路故障
通过在同一层电路上加入多个铜砝码，缩小了产品尺寸（见图1）。
厚重的镀铜通孔在电路板上携带更高的电流，有助于将热量转移到外部散热器。
板载散热片直接镀在电路板表面，使用高达120盎司的铜平面。
板载高功率密度的平面变压器

重型铜电路结构

标准的印刷电路板，无论是双面还是多层，都是采用铜蚀刻和电镀工艺组合制造的。电路层开始时是薄薄的铜箔（一般为0.5盎司/平方英尺至2盎司/平方英尺），经过蚀刻以去除不需要的铜，并进行电镀以增加平面、导线、焊盘和镀通孔的铜厚度。所有的电路层都使用环氧树脂基底（如FR4或聚酰亚胺）层压成一个完整的封装。

含有重铜电路的电路板也是以完全相同的方式生产的，尽管采用了专门的蚀刻和电镀技术，如高速/步进电镀和差分蚀刻。历史上，重铜特征完全是通过蚀刻厚的铜箔层压板材料形成的，这就造成了不均匀的痕迹侧壁和不可接受的下切。电镀技术的进步使得重铜特征可以通过电镀和蚀刻相结合的方式形成，从而产生笔直的侧壁和可忽略的下切。

重铜电路的电镀使电路板制造者能够增加镀孔和通孔侧壁的铜厚度。现在有可能在一块板上混合使用重铜和标准功能，也称为PowerLink。其优点包括减少层数、低阻抗功率分配、更小的基底面和潜在的成本节约。通常情况下，大电流/大功率电路及其控制电路是在不同的电路板上分别生产的。重度镀铜使得整合大电流电路和控制电路成为可能，实现了高度密集但简单的电路板结构。

重铜功能可以与标准电路无缝连接。只要设计者和制造者在最终设计前讨论好制造公差和能力，重铜和标准特征的放置就可以受到最小的限制（图2）

目前的承载能力和温度上升

一个铜制电路可以安全地承载多少电流取决于一个项目可以承受多少热涨，因为热涨和电流流是相关的。当电流沿导线流动时，会产生I2R（功率损耗），导致局部加热。电线通过传导（进入邻近的材料）和对流（进入环境）而冷却。因此，为了找到一条导线可以安全承载的最大电流，我们必须找到一种方法来估计与应用电流相关的热涨。一个理想的情况是达到一个稳定的工作温度，其中加热的速度等于冷却的速度。可以用IPC公式来模拟这一事件。

IPC-2221A，外部轨道的电流容量的计算[1]：
I = .048 * DT(.44) * (W * Th)(.725)

其中I是电流（安培），DT是温升（摄氏），W是轨道的宽度（密耳），Th是轨道的厚度（密耳）。在相同的加热程度下，内部导线应减弱50%（估计）。利用IPC的公式，我们生成了图3（见文末表格），显示了几个不同横截面积的导线在20℃温升下的电流承载能力。

什么是可接受的热涨量，在不同的项目中会有所不同。大多数电路板的电介质材料可以承受高于环境温度100°C的温度，尽管在大多数情况下这种温度变化量是不可接受的。

电路板的强度和存活率

电路板制造商和设计师可以选择各种电介质材料，从标准的FR4（工作温度130℃）到高温的聚酰亚胺（工作温度250℃）。高温或极端环境下可能需要一种特殊的材料，但如果电路导线和电镀孔是标准的1盎司/平方英尺，它们能在极端条件下生存吗？电路板行业已经开发了一种测试方法来确定成品电路的热完整性。热应变来自于各种电路板的制造、组装和维修过程，其中铜的热膨胀系数（CTE）和印刷电路板层压板之间的差异为裂纹成核和增长到电路失效提供了驱动力。热循环测试（TCT）检查电路在经历了从25°C到260°C的空气热循环后，电阻是否增加。

电阻的增加表明铜电路中的裂缝导致了电气完整性的破坏。该测试的标准券设计采用了32个电镀通孔链，长期以来，当受到热应力时，这一直被认为是电路中最薄弱的地方。

TCT的结果清楚地表明，无论什么板子的材料，其故障率都会变得不可接受。在标准FR4板上进行的热循环研究表明，0.8-1.2毫米的镀铜层在八个循环后有32%的电路失效（电阻增加20%被认为是失效）。使用外来材料的板子对这一故障率有明显的改善（氰酸酯在八个周期后为3%），但价格过于昂贵（材料成本的五到十倍），而且难以加工。一个普通的表面贴装技术组件在装运前至少要经历四次热循环，而且每个组件的维修可能还要再经历两次热循环。

使用重铜电路可以减少或完全消除这些故障。在孔壁上电镀2盎司/平方英尺的铜，可以将故障率降低到几乎为零（TCT结果显示，标准FR4的8次循环后，最低2.5密耳的铜镀层，故障率为0.57%）。实际上，铜电路变得不受热循环所带来的机械应力的影响。

热管理

随着设计人员努力从他们的项目中获得最大的价值和性能，印刷电路正变得越来越复杂，并被驱动到更高的功率密度。微型化、功率元件的使用、极端环境条件和高电流要求增加了热管理的重要性。电子产品运行过程中经常产生的较高的热量损失，必须从源头上消散，并辐射到环境中；否则，元件可能会过热，并可能导致故障。然而，厚重的铜电路可以帮助减少I2R损失，并将热量从有价值的元件中传导出去，从而大大降低故障率。

为了实现电路板内部和表面的热源的适当散热，采用了散热片。任何散热片的目的都是通过传导将热量从发源地散发出去，并通过对流将这些热量散发到环境中。板子一侧的热源（或内部热源）通过铜通孔（有时称为 “热通孔”）与板子另一侧的大面积裸铜区域相连。

一般来说，经典的散热器通过导热胶粘在这个裸铜表面，或者在某些情况下，用铆钉或螺栓固定。大多数散热器是由铜或铝制成的。

经典的散热器所需的组装过程包括三个劳动密集型和成本高的步骤。完成这一过程所需的时间和工作是相当大的，而且其结果不如机械自动化的过程。相比之下，内置式散热器是在印刷电路板制造过程中产生的，不需要额外的组装。重铜电路技术使之成为可能。这项技术允许在电路板外表面的几乎任何地方增加厚铜散热器。散热器被电镀在表面上，从而与导热孔相连，没有任何妨碍导热的接口。

另一个好处是在导热孔中增加了镀铜层，从而降低了电路板设计的热阻，实现了他们可以期待与PCB制造中固有的相同程度的准确性和可重复性。由于平面绕组实际上是在覆铜板上形成的平面导电迹线，与圆柱形导线导体相比，它们提高了整体电流密度。这一好处是由于集肤效应的最小化和更高的载流效率。

板载平板实现了出色的初级到次级和次级到次级的电介质隔离，因为所有层之间使用了相同的电介质材料，确保了所有绕组的完全封装。此外，初级绕组可以分散，使次级绕组夹在初级之间，实现低漏电感。标准的PCB层压技术，使用各种环氧树脂的选择，可以安全地夹住多达50层的铜绕组，厚度达10盎司/平方英尺。

在制造重铜电路的过程中，我们通常要处理大量的镀层厚度；因此，在定义线迹分离和焊盘尺寸时必须留有余地。出于这个原因，我们建议设计者在设计过程中尽早让电路板制造者加入进来。Epec工程技术公司为重铜电路制定了一套设计指南，使设计者对所需的内容有一个基本的了解。

军事应用

传统上，当PCBs被用于军事应用时，设计者通过增加3或4盎司铜的并联重复层来创建大电流电路，并祈祷这些层之间能均匀地分担电流。在实践中，这种分担并不理想，因此一些层往往承担了更高比例的负载，产生了更高的损耗。总的来说，电路板的运行温度通常比设计时估计的要高。

在创建大电流电路时使用重铜或超重铜，并在通孔和电镀通孔中使用更厚的铜镀层，就不需要增加平行的重复层，从而消除了对多层负荷分担的担忧。由于电路板中的损耗而导致的温度上升可以被更确定地计算出来。孔中的厚铜镀层极大地减少了与热应力有关的故障。其结果是运行更冷、更可靠的PCB。

重型铜缆、极限铜缆或PowerLink已被用于以下军事用途：

武器管制系统
雷达系统的电源供应
大功率平面变压器的初级和次级绕组
配电盘
电池充电器和监控系统
使用重铜电路的电力电子产品已经在军事和航空工业中使用了很多年，并且作为工业应用的首选技术，其发展势头越来越好。相信在不久的将来，市场要求将扩大这类产品的应用范围。