Silnoproudé desky s plošnými spoji hrají klíčovou podpůrnou roli, ať už jde o napájecí systém nových energetických vozidel, -zařízení s vysokým výkonem v průmyslové automatizaci a účinné napájecí moduly v datových centrech, za stabilním provozem těchto zařízení. Níže se ponoříme do příslušného obsahu silnoproudých desek plošných spojů.
Charakteristika silnoproudých desek plošných spojů
Nejvýznamnějším rozdílem mezi deskami s plošnými spoji pro vysoké proudy a běžnými deskami s plošnými spoji je jejich silná proudová zatížitelnost. Tloušťka měděné fólie na deskách plošných spojů je obvykle 1 unce, zatímco tloušťka měděné fólie na deskách plošných spojů s vysokým proudem obvykle začíná od 2 uncí a může dosáhnout i 20 uncí. Vezmeme-li jako příklad běžnou 2-uncovou měděnou fólii, její plocha-průřezu se výrazně zvětšila, což umožňuje průchod většímu proudu na jednotku plochy. Podle normy IPC-2152 je proudová zatížitelnost měděné fólie za specifických podmínek nárůstu teploty úzce spjata s jejím průřezem. Silná měděná fólie může účinně snížit proudovou hustotu, minimalizovat zahřívání okruhu a zajistit stabilní provoz okruhu.
Vysoký výkon rozptylu tepla je také důležitou charakteristikou desek plošných spojů s vysokým proudem. Při průchodu vysokého proudu obvodem nevyhnutelně vzniká teplo. Pokud jej nelze rozptýlit včas, povede to k vysoké teplotě součástí, snížení výkonu a dokonce k poškození. Desky s plošnými spoji pro vysoké proudy často používají materiály s vysokou tepelnou vodivostí, jako je přidání keramických plniv do substrátu pro zlepšení tepelné vodivosti nebo použití materiálů s výhodami přirozeného rozptylu tepla, jako jsou hliníkové substráty. Současně lze přiměřeným navržením konstrukce pro odvod tepla, jako je přidání otvorů pro odvod tepla a položení mědi na velkou plochu, zkonstruovat účinné kanály pro odvod tepla, které rychle odvádějí teplo a udržují stabilní provozní teplotu zařízení.
Klíčové body designu
Plánování rozvržení trasy
Uspořádání silnoproudých vedení by se mělo řídit principem krátkých a přímých, snižovat ohyby proudových přenosových cest a snižovat odpor a indukčnost vedení. Například u výkonového modulu by se hlavní proudová cesta ze vstupu na výstup měla co nejvíce vyhýbat kroucení a otáčení, aby byl zajištěn hladký tok proudu. Různé úrovně proudu obvodů by měly být přiměřeně odděleny, aby se zabránilo rušení od vysokoproudých obvodů k malým signálovým obvodům a zajistila se integrita signálu.
Výpočet tloušťky měděné fólie a šířky čáry
Přesný výpočet tloušťky měděné fólie a šířky čáry je zásadní. Podle požadavků na proudové zatížení a dovoleného nárůstu teploty návrhu obvodu lze vypočítat příslušné parametry pomocí příslušných vzorců. Pokud návrh vyžaduje nárůst teploty ne více než 20 stupňů a proudovou zatížitelnost 10 A, požadovanou tloušťku měděné fólie a šířku čáry lze získat kombinací vzorce se standardními údaji IPC-2152. V obvodech pohonu motoru s vysokým výkonem používá vedení hlavního obvodu často měděnou fólii o tloušťce více než 2 unce a šířka vedení bude odpovídajícím způsobem rozšířena, aby se snížil odpor a tvorba tepla.
Design průchozí díry
Průchody, jako kanály spojující různé vrstvy obvodů, jsou zvláště důležité při návrhu desek plošných spojů s vysokým proudem. Je nutné zvýšit počet průchozích otvorů a rozumně je rozmístit, aby se vytvořilo husté průchozí pole a zlepšila se schopnost přenosu vertikálního proudu. Současně zajistěte, aby tloušťka měděného pokovení prokovu byla dostatečná, obvykle vyžaduje tloušťku mědi větší nebo rovnou 25 μm, aby se zabránilo vyhoření stěny otvoru při vysokém proudu. Například ve vícevrstvých deskách plošných spojů s vysokým proudem je pod výkonovými součástmi hustě uspořádáno velké množství poměděných průchozích otvorů s koncentrovaným vytvářením tepla, které rychle vede teplo do dalších vrstev a zlepšuje odvod tepla.
výrobního procesu
Laminace silnou měděnou fólií
Výroba vysokoproudých desek plošných spojů nejprve čelí výzvě laminace tlusté měděné fólie. Vzhledem k tloušťce měděné fólie je vyžadována přesná kontrola teplotních, tlakových a časových parametrů při jejím nalisování na podklad, aby byla zajištěna těsná vazba mezi měděnou fólií a podkladem, bez defektů, jako jsou bubliny nebo delaminace. Pokročilá technologie vakuového spojování může během procesu spojování odsávat vzduch, aby zajistila kvalitu spojování, řídila rovnoměrnost střední tloušťky ve velmi malém rozsahu tolerance a zlepšila celkový výkon desky plošných spojů.
Galvanické pokovování hlubokými dírami
Proces galvanického pokovování hlubokých děr je zásadní pro zajištění dobré vodivosti prokovů. Tradiční proces galvanického pokovování je obtížné zajistit rovnoměrnost a tloušťku měděného pokovení v hlubokých otvorech desek plošných spojů z tlusté měděné fólie. Technologie galvanického pokovování hlubokými dírami dosahuje rovnoměrného pokovování mědi na stěně díry optimalizací vzorce pokovovacího roztoku, způsobu distribuce proudu atd., čímž se zajistí, že tloušťka mědi díry splňuje požadavky na vysokou proudovou zatížitelnost a zabrání tomu, aby se průchozí díry staly překážkami pro přenos proudu.
aplikační pole
nové energetické vozidlo
V oblasti nových energetických vozidel jsou desky plošných spojů s vysokým proudem široce používány v klíčových součástech, jako jsou nabíječky do automobilů a DC-DC měniče. OBC je zodpovědný za přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný proud pro nabíjení baterie. Během provozu je proud vysoký a vysoký výkon při přenášení proudu a odvodu tepla desky s plošnými spoji zajišťuje účinnost a bezpečnost nabíjení; Stejnosměrné-stejnosměrné měniče dosahují přeměny energie různých úrovní napětí a spoléhají se také na desky plošných spojů s vysokým proudem, které stabilně přenášejí proud a zajišťují stabilní provoz elektrických systémů automobilů.
Průmyslová automatizace
Vysoce výkonné servopohony, frekvenční měniče a další zařízení v průmyslové automatizaci vyžadují přesné řízení chodu motoru, přičemž desky plošných spojů s vysokým proudem zajišťují stabilní přenos energie. U servopohonů spojuje vysokoproudé desky s plošnými spoji napájecí modul a řídicí obvod, efektivně přenáší vysoký proud, zajišťuje rychlou odezvu motoru na povely, dosahuje přesné řízení a splňuje vysoké-požadavky průmyslové výroby na vysokou přesnost a spolehlivost.
Výkonová elektronická zařízení
Napájecí elektronická zařízení, jako jsou fotovoltaické invertory, nepřerušitelné zdroje napájení UPS atd., vyžadují vysokou-přeměnu a přenos energie. Fotovoltaické střídače přeměňují stejnosměrný proud generovaný solárními panely na střídavý proud a integrují jej do elektrické sítě. Desky plošných spojů s vysokým proudem jim pomáhají efektivně zvládat vysoké proudy a zlepšují účinnost přeměny energie; UPS poskytuje nouzové napájení zařízení během výpadků proudu a deska plošných spojů s vysokým proudem zajišťuje stabilní napájení při vysokém zatížení a zajišťuje nepřetržitý provoz kritických zařízení.