تحت روند جهانی انتقال فعال به سمت انرژی پایدار، صنعت انرژی جدید در حال رونق است. از وسایل نقلیه جدید انرژی گرفته تا تجهیزات تولید انرژی خورشیدی و بادی، هسته بسیاری از کاربردهای انرژی جدید را نمی توان از یک جزء کلیدی جدا کرد -برد مدار انرژی نو. اگرچه این فقط یک برد مدار به ظاهر معمولی است، اما در سیستمهای انرژی جدید، انجام طرحبندی مدارهای پیچیده و وظایف انتقال سیگنال ضروری است و پایهای برای اطمینان از عملکرد کارآمد و پایدار تجهیزات انرژی جدید است.
1، مواد بستر: سنگ بنای عملکرد
مواد بستر تخته های مدار انرژی جدید یک عامل کلیدی در تعیین عملکرد آنها است. در مقایسه با بردهای مدار سنتی، کاربردهای انرژی جدید اغلب با الزامات زیست محیطی و عملکرد سخت گیرانه تری روبرو هستند، بنابراین انتخاب مواد بستر بسیار دقیق است.
در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید، به دلیل محیط پیچیده مانند لرزش، دمای بالا و تداخل الکترومغناطیسی ایجاد شده در حین کار خودرو، بستر نیاز به استحکام مکانیکی عالی، مقاومت در برابر دمای بالا و عایق الکتریکی دارد. تخته لمینت پارچه شیشه ای اپوکسی به دلیل عملکرد عالی و جامع آن به یک انتخاب متداول برای بسترهای برد مدار وسایل نقلیه انرژی جدید تبدیل شده است. این نه تنها می تواند درجه خاصی از استرس مکانیکی را برای اطمینان از یکپارچگی برد مدار در هنگام ارتعاش خودرو تحمل کند، بلکه دارای دمای انتقال شیشه ای بالا برای حفظ عملکرد الکتریکی پایدار در محیط های با دمای بالا است. به عنوان مثال، در برد مدار سیستم مدیریت باتری خودروهای الکتریکی، بستر FR-4 می تواند به طور قابل اعتماد مدار را پشتیبانی کند و از انتقال دقیق سیگنال های نظارت و مدیریت وضعیت باتری اطمینان حاصل کند.
در زمینه فتوولتائیک های خورشیدی، قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در فضای باز، دمای متناوب بالا و پایین و رطوبت نیاز به بسترهای تخته مدار دارد تا مقاومت خوبی در برابر آب و هوا و مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی داشته باشند. در این زمان، برخی مواد ویژه-با عملکرد بالا در حال ظهور هستند. بسترهای پلیآمید (PI) دارای مقاومت عالی در دمای بالا و پایین هستند و میتوانند پایداری خود را در محدوده دمای شدید -200 درجه تا 260 درجه حفظ کنند. در عین حال، مقاومت عالی در برابر اشعه ماوراء بنفش و شیمیایی آنها را برای استفاده طولانی مدت در محیطهای خشن در فضای باز مناسب میسازد و به طور موثر طول عمر بردهای مدار را در تجهیزات تولید برق خورشیدی افزایش میدهد.
2، طراحی ساختاری: هسته بهینه سازی عملکرد
طراحی ساختاری بردهای مدار انرژی جدید مستلزم در نظر گرفتن جامع عوامل متعدد برای دستیابی به عملکرد الکتریکی بهتر و استفاده از فضا است.
برای برد مدار سیستم قدرت وسایل نقلیه انرژی جدید، به دلیل نیاز به کنترل{0}قدرت بالا و سیگنال های کنترل پیچیده، اغلب از ساختار برد چند لایه استفاده می شود. با افزایش تعداد لایهها، میتوان به طرحبندی مدارهای پیچیدهتر در فضای محدود دست یافت که باعث کاهش تداخل خطوط و کاهش تداخل میشود. به عنوان مثال در مدارهای محرک موتور معمولا از مدارهایی با 8 لایه یا حتی بیشتر استفاده می شود. لایه داخلی را می توان برای مرتب کردن لایه های برق و زمین استفاده کرد، منبع تغذیه پایدار برای مدار فراهم می کند و تداخل سیگنال را کاهش می دهد. لایه بیرونی برای اتصال پین های اجزای مختلف الکترونیکی برای رسیدن به سیگنال ورودی و خروجی استفاده می شود. در همین حال، طراحی مناسب عرض و فاصله مدار بسیار مهم است. برای خطوط انتقال جریان بالا، عرض خط به طور مناسب برای کاهش مقاومت خط، به حداقل رساندن اتلاف انرژی و تولید گرما افزایش می یابد. برای خطوط سیگنال با سرعت بالا، فاصله و طول خطوط برای اطمینان از یکپارچگی سیگنال و کاهش انعکاس سیگنال و تداخل به شدت کنترل می شود.
در سیستمهای تولید انرژی جدید پراکنده، مانند مزارع بادی و نیروگاههای خورشیدی، تختههای مدار ممکن است نیاز به تطبیق با نیازهای مختلف نصب و اتصال داشته باشند. در این مرحله، طراحی ساختاری مدولار ظاهر شد. کل برد مدار را با توجه به عملکرد آنها به چندین ماژول مستقل تقسیم کنید و هر ماژول را می توان به طور جداگانه قبل از مونتاژ طراحی، ساخت و آزمایش کرد. این طراحی ماژولار نه تنها تولید و نگهداری را تسهیل می کند، بلکه امکان تنظیم انعطاف پذیر ترکیب ماژول ها را با توجه به سناریوهای کاربردی واقعی فراهم می کند و تطبیق پذیری و مقیاس پذیری بردهای مدار را بهبود می بخشد. به عنوان مثال در طراحی برد مدار اینورترهای خورشیدی می توان مدار ورودی، مدار اینورتر، مدار خروجی و ... را به صورت ماژول های مستقل طراحی کرد و با توجه به نیاز اینورتر سطوح مختلف توان، تعداد و مشخصات مناسب ماژول ها را برای ترکیب انتخاب کرد.
3، فرآیند تولید: تضمین کیفیت
فرآیند تولید بردهای مدار انرژی جدید به طور مستقیم بر کیفیت و عملکرد آنها تأثیر می گذارد و هر مرحله از پردازش بستر تا بازرسی محصول نهایی باید به شدت کنترل شود.
پردازش بستر اولین مرحله در ساخت است که شامل برش، حفاری و سایر عملیات روی بستر میشود. در طول فرآیند برش، برای اطمینان از دقت ابعاد زیرلایه و خطاهای کنترل در محدوده بسیار کوچک، تجهیزات برش با دقت بالا{1} مورد نیاز است. فرآیند حفاری حتی حیاتی تر است. برای تعداد زیاد سوراخ های عبوری روی تخته های مدار انرژی جدید، دقت دیافراگم بالا و دیواره های سوراخ صاف مورد نیاز است. فناوری حفاری لیزری پیشرفته نقش مهمی در این فرآیند ایفا میکند، زیرا میتواند به ماشینکاری با دقت بالا-دریچههای کوچک (مانند کمتر از 0.1 میلیمتر) با حداقل آسیب به دیواره سوراخ دست یابد، که برای آبکاری و اتصالات الکتریکی بعدی مفید است.
ساخت مدار یکی از فرآیندهای اصلی در ساخت است که عمدتاً از طریق فوتولیتوگرافی و تکنیک های اچ تکمیل می شود. در طول فرآیند فتولیتوگرافی، سطح زیرلایه ابتدا به طور یکنواخت با فوتوریست پوشانده میشود و سپس از تجهیزات فتولیتوگرافی با دقت بالا استفاده میشود تا الگوی مدار طراحیشده را از طریق یک ماسک بر روی فترزیست نمایان کند. پس از قرار گرفتن در معرض نور، مقاوم به نور تحت درمان توسعه قرار می گیرد و یک الگوی مقاوم به نور مطابق با الگوی مدار باقی می ماند. در مرحله بعد، اچینگ برای برداشتن فویل مسی که توسط فوتوریست محافظت نشده است، با استفاده از محلول اچ شیمیایی انجام می شود، بنابراین یک مدار دقیق تشکیل می شود. این فرآیند به پاکیزگی محیطی بسیار بالایی نیاز دارد و حتی ذرات ریز گرد و غبار می توانند باعث ایجاد نقص هایی مانند اتصال کوتاه یا مدار باز در مدار شوند. بنابراین، کارگاههای تولیدی معمولاً از تجهیزات تصفیه{6} بدون گرد و غبار استفاده میکنند تا اطمینان حاصل کنند که فرآیندهای لیتوگرافی و اچ در محیطی با تمیزی بالا انجام میشوند.
پس از اتمام تولید مدار، لازم است عملیات سطحی روی برد مدار انجام شود تا قابلیت لحیم کاری و عملکرد محافظتی آن بهبود یابد. فرآیندهای معمول تصفیه سطح شامل پاشش قلع، آبکاری طلا، آبکاری شیمیایی نیکل و غیره است. در مدارهای انرژی جدید، به دلیل الزامات اطمینان بالا، فرآیندهای آبکاری طلای غوطه وری و آبکاری نیکل الکترولس به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. فرآیند غوطه وری طلا می تواند یک لایه یکنواخت از طلا را بر روی سطح فویل مس تشکیل دهد. رسانایی خوب و مقاومت در برابر خوردگی طلا نه تنها لحیم کاری برد مدار را بهبود می بخشد، بلکه به طور موثری از اکسیداسیون فویل مسی جلوگیری می کند و طول عمر برد مدار را افزایش می دهد. فرآیند آبکاری طلای نیکل الکترولس ابتدا یک لایه نیکل بر روی سطح فویل مس و به دنبال آن یک لایه طلا رسوب می کند. لایه نیکل می تواند به عنوان یک لایه مانع برای جلوگیری از انتشار اتم های مس در لایه طلا عمل کند و باعث بهبود بیشتر قابلیت اطمینان و پایداری برد مدار شود.
برد مدار انرژی جدید fr4 pcb