Od sustava napajanja novih energetskih vozila, do-pogonskih uređaja visoke snage u industrijskoj automatizaciji i učinkovitih modula napajanja u podatkovnim centrima, iza stabilnog rada ovih uređaja, ploče s tiskanim krugovima velike struje imaju ključnu pomoćnu ulogu. U nastavku ćemo istražiti relevantan sadržaj ploča s tiskanim krugovima velike struje.
Karakteristike ploče tiskanih pločica velike struje
Najznačajnija razlika između ploča s tiskanim krugovima visoke struje i običnih ploča s tiskanim krugovima je njihova jaka nosivost struje. Debljina bakrene folije na općenitim pločama tiskanih ploča obično je 1 unca, dok debljina bakrene folije na pločama tiskanih ploča velike struje obično počinje od 2 unce i može doseći čak 20 unci. Uzimajući uobičajenu bakrenu foliju od 2-unce kao primjer, površina njezinog poprečnog-presjeka značajno se povećala, dopuštajući da prođe veća struja po jedinici površine. Prema standardu IPC-2152, pod specifičnim uvjetima porasta temperature, nosivost struje bakrene folije usko je povezana s njezinom površinom poprečnog presjeka. Debela bakrena folija može učinkovito smanjiti gustoću struje, minimizirati zagrijavanje kruga i osigurati stabilan rad kruga.
Visoka učinkovitost disipacije topline također je važna karakteristika ploča s tiskanim krugovima velike struje. Kada kroz njega prolazi jaka struja, krug neizbježno stvara toplinu. Ako se ne može raspršiti na vrijeme, to će dovesti do visoke temperature komponente, smanjene učinkovitosti, pa čak i oštećenja. Tiskane ploče visoke struje često koriste materijale visoke toplinske vodljivosti, kao što je dodavanje keramičkih punila supstratu za poboljšanje toplinske vodljivosti ili korištenje materijala s prednostima prirodne disipacije topline, kao što su aluminijske podloge. U isto vrijeme, razumnim projektiranjem strukture za odvođenje topline, kao što je dodavanje rupa za odvođenje topline i polaganje bakra na velikom području, mogu se konstruirati učinkoviti kanali za odvođenje topline za brzo odvođenje topline i održavanje stabilne radne temperature opreme.
Ključne točke dizajna
Planiranje rasporeda rute
Raspored vodova velike struje treba slijediti načelo kratkog i ravnog, smanjiti savijanje putova prijenosa struje i smanjiti otpor i induktivitet vodova. Na primjer, u modulu napajanja, glavni strujni put od ulaza do izlaza trebao bi izbjegavati zavoje što je više moguće kako bi se osigurao glatki protok struje. Različite strujne razine krugova trebale bi biti razumno odvojene kako bi se spriječile smetnje od strujnih krugova velike struje do krugova slabog signala i osigurao integritet signala.
Izračun debljine bakrene folije i širine linije
Precizan izračun debljine bakrene folije i širine linije je ključan. U skladu sa zahtjevima za nošenje struje i dopuštenim porastom temperature dizajna kruga, odgovarajući parametri mogu se izračunati korištenjem odgovarajućih formula. Ako dizajn zahtijeva porast temperature ne više od 20 stupnjeva i nosivost struje od 10 A, potrebna debljina bakrene folije i širina linije mogu se dobiti kombiniranjem formule sa standardnim podacima IPC-2152. U krugovima pogona motora velike snage, ožičenje glavnog kruga često koristi bakrenu foliju debljine veće od 2 unce, a širina linije bit će odgovarajuće proširena kako bi se smanjio otpor i stvaranje topline.
Dizajn kroz rupu
Vias, kao kanali koji povezuju različite slojeve strujnih krugova, posebno su kritični u dizajnu ploča s tiskanim krugovima velike struje. Potrebno je povećati broj otvora za prolaze i razumno ih rasporediti kako bi se formirao gust niz otvora i poboljšala mogućnost vertikalnog prijenosa struje. U isto vrijeme, osigurajte da je debljina bakrene ploče otvora dovoljna, općenito zahtijevajući debljinu bakra veću ili jednaku 25 μm kako bi se spriječilo izgaranje stijenke otvora pod visokom strujom. Na primjer, u pločama s više-slojnim tiskanim pločicama velike struje, veliki broj pobakrenih prolaznih rupa gusto je raspoređen ispod komponenti napajanja s koncentriranim stvaranjem topline za brzo prevođenje topline u druge slojeve i povećanje rasipanja topline.
proces proizvodnje
Laminacija debele bakrene folije
Proizvodnja visokostrujnih tiskanih ploča prvo se suočava s izazovom laminacije debele bakrene folije. Zbog debljine bakrene folije potrebna je precizna kontrola parametara temperature, tlaka i vremena prilikom utiskivanja na podlogu kako bi se osigurala čvrsta veza između bakrene folije i podloge, bez nedostataka poput mjehurića ili raslojavanja. Napredna tehnologija vakuumskog lijepljenja može izvući zrak tijekom procesa lijepljenja kako bi se osigurala kvaliteta lijepljenja, kontrolirala ujednačenost srednje debljine unutar vrlo malog raspona tolerancije i poboljšala ukupna izvedba tiskane ploče.
Galvanizacija dubokih rupa
Proces galvanizacije dubokih rupa ključan je za osiguranje dobre vodljivosti otvora. Tradicionalnim postupkom galvanizacije teško je osigurati ujednačenost i debljinu bakrene oplate u dubokim rupama na pločama od debele bakrene folije. Tehnologija galvanizacije dubokih rupa postiže ravnomjerno bakrenje na stijenci rupe optimiziranjem formule otopine za nanošenje, metode distribucije struje itd., osiguravajući da debljina bakra rupe ispunjava zahtjeve za visoku nosivost struje i izbjegavajući da kroz rupe postanu uska grla za prijenos struje.
polje primjene
novo energetsko vozilo
U području novih energetskih vozila, ploče s tiskanim krugovima velike struje naširoko se koriste u ključnim komponentama kao što su automobilski punjači i DC-DC pretvarači. OBC je odgovoran za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu za punjenje baterije. Tijekom rada, struja je visoka, a velika izvedba prijenosa struje i rasipanja topline ploče s tiskanim krugovima osigurava učinkovitost i sigurnost punjenja; DC-DC pretvarači postižu pretvorbu snage različitih razina napona, a također se oslanjaju na ploče s tiskanim krugovima visoke struje za stabilan prijenos struje, osiguravajući stabilan rad električnih sustava automobila.
Industrijska automatizacija
Servo pogoni velike snage, pretvarači frekvencije i druga oprema u industrijskoj automatizaciji zahtijevaju preciznu kontrolu rada motora, pri čemu ploče s tiskanim krugovima velike struje osiguravaju stabilan prijenos energije. U servo pogonima, ploča s visokostrujnim tiskanim pločicama povezuje modul napajanja i upravljački krug, učinkovito prenoseći jaku struju, osiguravajući brzi odgovor motora na naredbe, postizanje precizne kontrole i ispunjavanje visoko-zahtjeva industrijske proizvodnje u pogledu preciznosti i visoke pouzdanosti.
Elektronička oprema za napajanje
Energetski elektronički uređaji kao što su fotonaponski pretvarači, UPS neprekidni izvori napajanja itd. uključuju pretvorbu i prijenos-energije velike snage. Fotonaponski pretvarači pretvaraju istosmjernu struju koju generiraju solarni paneli u izmjeničnu i integriraju je u električnu mrežu. Ploče s tiskanim krugovima velike struje pomažu im da učinkovito podnose velike struje i poboljšaju učinkovitost pretvorbe energije; UPS osigurava hitno napajanje opreme tijekom nestanka struje, a ploča s tiskanim pločicama velike struje osigurava stabilno napajanje pod velikim opterećenjima, osiguravajući kontinuirani rad kritične opreme.