از سیستم قدرت وسایل نقلیه با انرژی جدید،-دستگاههای درایو پرقدرت در اتوماسیون صنعتی، و ماژولهای قدرت کارآمد در مراکز داده، در پشت عملکرد پایدار این دستگاهها، بردهای مدار چاپی با جریان بالا نقش پشتیبانی کلیدی را ایفا میکنند. در زیر، به محتوای مربوط به بردهای مدار چاپی با جریان بالا می پردازیم.
ویژگی های برد مدار چاپی با جریان بالا
مهمترین تفاوت بین بردهای مدار چاپی با جریان بالا و بردهای مدار چاپی معمولی ظرفیت حمل جریان قوی آنها است. ضخامت فویل مسی روی بردهای مدار چاپی عمومی معمولاً 1 اونس است، در حالی که ضخامت فویل مسی روی بردهای مدار چاپی با جریان بالا معمولاً از 2 اونس شروع می شود و حتی می تواند به 20 اونس نیز برسد. با در نظر گرفتن فویل مسی معمولی 2-اونس، سطح مقطع-ش به طور قابل توجهی افزایش یافته است و اجازه میدهد جریان بزرگتری در واحد سطح عبور کند. طبق استاندارد IPC-2152، در شرایط خاص افزایش دما، ظرفیت حمل فعلی فویل مس ارتباط نزدیکی با سطح مقطع آن دارد. فویل مس ضخیم می تواند به طور موثر چگالی جریان را کاهش دهد، گرمایش مدار را به حداقل برساند و عملکرد مدار پایدار را تضمین کند.
عملکرد اتلاف حرارت بالا نیز یکی از ویژگی های مهم بردهای مدار چاپی با جریان بالا است. وقتی جریان زیاد از آن عبور می کند، مدار به ناچار گرما تولید می کند. اگر نتوان آن را به موقع از بین برد، منجر به دمای بالای اجزا، کاهش عملکرد و حتی آسیب می شود. بردهای مدار چاپی با جریان بالا اغلب از مواد با رسانایی حرارتی بالا استفاده می کنند، مانند افزودن پرکننده های سرامیکی به زیرلایه برای بهبود هدایت حرارتی، یا استفاده از موادی با مزایای اتلاف حرارت طبیعی مانند زیرلایه های آلومینیومی. در عین حال، با طراحی منطقی ساختار اتلاف گرما، مانند افزودن سوراخهای اتلاف حرارت و قرار دادن مس در یک منطقه بزرگ، کانالهای اتلاف گرما کارآمد میتوان برای دفع سریع گرما و حفظ دمای عملیاتی پایدار تجهیزات ایجاد کرد.
نکات کلیدی طراحی
برنامه ریزی چیدمان مسیر
طرح خطوط جریان بالا باید از اصل کوتاه و مستقیم پیروی کند، خمش مسیرهای انتقال جریان را کاهش دهد و مقاومت و اندوکتانس خطوط را کاهش دهد. به عنوان مثال، در یک ماژول قدرت، مسیر اصلی جریان از ورودی به خروجی باید تا حد امکان از پیچ و تاب و چرخش جلوگیری کند تا از جریان روان جریان اطمینان حاصل شود. سطوح مختلف جریان مدارها باید به طور منطقی از هم جدا شوند تا از تداخل مدارهای جریان بالا به مدارهای سیگنال کوچک جلوگیری شود و از یکپارچگی سیگنال اطمینان حاصل شود.
محاسبه ضخامت ورق مسی و عرض خط
محاسبه دقیق ضخامت ورق مسی و عرض خط بسیار مهم است. با توجه به الزامات حمل جریان و افزایش دمای مجاز طراحی مدار، می توان پارامترهای مناسب را با استفاده از فرمول های مربوطه محاسبه کرد. اگر طراحی به افزایش دما بیش از 20 درجه و ظرفیت حمل جریان 10 آمپر نیاز داشته باشد، ضخامت ورق مسی و عرض خط مورد نیاز را می توان با ترکیب فرمول با داده های استاندارد IPC-2152 بدست آورد. در مدارهای درایو موتور پرقدرت، سیمکشی مدار اصلی اغلب از فویل مسی با ضخامت بیش از 2 اونس استفاده میکند و عرض خط برای کاهش مقاومت و تولید گرما به همان نسبت افزایش مییابد.
از طریق طراحی سوراخ
Vias ها به عنوان کانال هایی که لایه های مختلف مدارها را به هم متصل می کنند، به ویژه در طراحی بردهای مدار چاپی با جریان بالا بسیار مهم هستند. لازم است تعداد سوراخ های Via را افزایش داده و آنها را به طور معقول توزیع کرد تا یک آرایه متراکم تشکیل شود و قابلیت انتقال جریان عمودی بهبود یابد. در عین حال، اطمینان حاصل کنید که ضخامت آبکاری مسی ویا کافی است، به طور کلی به ضخامت مسی بیشتر از یا مساوی 25 میکرومتر برای جلوگیری از سوختن دیواره سوراخ تحت جریان بالا نیاز است. به عنوان مثال، در بردهای مدار چاپی چندلایه با جریان بالا، تعداد زیادی از مسی که از طریق سوراخها پوشش داده شدهاند، به طور متراکم در زیر اجزای قدرت با تولید گرمای متمرکز قرار گرفتهاند تا به سرعت گرما را به لایههای دیگر منتقل کنند و اتلاف گرما را افزایش دهند.
فرآیند تولید
لمینت فویل مسی ضخیم
تولید بردهای مدار چاپی با جریان بالا ابتدا با چالش لمینیت فویل مسی ضخیم مواجه است. با توجه به ضخامت فویل مسی، کنترل دقیق دما، فشار و پارامترهای زمان هنگام فشار دادن آن بر روی زیرلایه برای اطمینان از اتصال محکم بین فویل مسی و زیرلایه، بدون ایراداتی مانند حباب یا لایه لایه شدن مورد نیاز است. فناوری پیوند خلاء پیشرفته می تواند هوا را در طول فرآیند اتصال استخراج کند تا کیفیت اتصال را تضمین کند، یکنواختی ضخامت متوسط را در محدوده تحمل بسیار کوچک کنترل کند و عملکرد کلی برد مدار را بهبود بخشد.
آبکاری با سوراخ عمیق
فرآیند آبکاری با سوراخ عمیق برای اطمینان از رسانایی خوب ویزها بسیار مهم است. فرآیند آبکاری سنتی برای اطمینان از یکنواختی و ضخامت آبکاری مس در سوراخ های عمیق تخته های مدار فویل مسی ضخیم دشوار است. فنآوری آبکاری حفره عمیق با بهینهسازی فرمول محلول آبکاری، روش توزیع جریان و غیره، آبکاری مسی یکنواختی را بر روی دیوار سوراخ به دست میآورد، اطمینان حاصل میکند که ضخامت مس سوراخ با الزامات ظرفیت حمل جریان بالا مطابقت دارد و از تبدیل شدن سوراخها به گلوگاه برای انتقال جریان جلوگیری میکند.
زمینه برنامه
وسیله نقلیه جدید انرژی
در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید، بردهای مدار چاپی با جریان بالا به طور گسترده در اجزای کلیدی مانند شارژرهای خودرو و مبدلهای DC-DC استفاده میشوند. OBC وظیفه تبدیل برق AC به برق DC برای شارژ باتری را بر عهده دارد. در حین کار، جریان زیاد است و عملکرد حمل و اتلاف گرما بالا از برد مدار چاپی کارایی و ایمنی شارژ را تضمین می کند. مبدلهای DC{3}}تبدیل توان در سطوح مختلف ولتاژ را به دست میآورند و همچنین برای انتقال پایدار جریان به بردهای مدار چاپی با جریان بالا متکی هستند و عملکرد پایدار سیستمهای الکتریکی خودرو را تضمین میکنند.
اتوماسیون صنعتی
درایوهای سروو با توان بالا، مبدلهای فرکانس و سایر تجهیزات در اتوماسیون صنعتی به کنترل دقیق عملکرد موتور نیاز دارند، با بردهای مدار چاپی با جریان بالا که انتقال پایدار نیرو را فراهم میکنند. در درایوهای سرو، برد مدار چاپی با جریان بالا، ماژول قدرت و مدار کنترل را به هم متصل می کند، جریان بالا را به طور موثر انتقال می دهد، از پاسخ سریع موتور به دستورات، دستیابی به کنترل دقیق، و برآورده-دقت بالا و الزامات اطمینان بالا در تولید صنعتی اطمینان می دهد.
تجهیزات الکترونیکی قدرت
دستگاههای الکترونیکی قدرت مانند اینورترهای فتوولتائیک، منابع تغذیه اضطراری UPS و غیره شامل تبدیل و انتقال{1} انرژی بالا هستند. اینورترهای فتوولتائیک جریان مستقیم تولید شده توسط پنل های خورشیدی را به جریان متناوب تبدیل کرده و آن را در شبکه برق ادغام می کنند. بردهای مدار چاپی با جریان بالا به آنها کمک می کند تا جریان های بالا را مدیریت کنند و راندمان تبدیل انرژی را بهبود بخشند. UPS برق اضطراری تجهیزات را در هنگام قطع برق فراهم می کند و برد مدار چاپی با جریان بالا منبع تغذیه پایدار را تحت بارهای بالا تضمین می کند و عملکرد مداوم تجهیزات حیاتی را تضمین می کند.