Проектирането на всяка печатна платка е предизвикателство, особено тъй като устройствата стават все по -малки и по -малки. Дизайнът на PCB с висок ток е още по-сложен, тъй като има същите пречки и изисква допълнителен набор от уникални фактори, които трябва да се вземат предвид.
Експертите прогнозират, че търсенето на устройства с висока мощност вероятно ще се увеличи, за да постигне двуцифрени годишни темпове на растеж на индустриалния IoT до 2030 г. Ето седем стъпки за оптимизиране на дизайна на PCB в високотокологичната електроника за тази тенденция.

1. Понежавайте достатъчен размер на кабела
Размерът на линията е едно от най -важните дизайнерски съображения за висококачествени печатни платки. Медното окабеляване има тенденция да бъде миниатюризирана за по -компактни дизайни, но това не работи при по -високи токове. Малко напречно сечение може да доведе до загуба на мощност чрез разсейване на топлина, така че е необходим подходящ голям размер на пистата.
Можете да промените площта на напречното сечение на жицата, като регулирате два фактора: ширината на жицата и дебелината на медта. Балансирането на тези две е ключът към намаляването на консумацията на енергия и поддържането на идеалния размер на ПХБ.
Използвайте калкулатора на ширината на линията PCB, за да научите кои ширини и дебелини поддържат типа на тока, необходим за вашето устройство. Когато използвате тези инструменти, внимавайте да проектирате размера на окабеляването, за да поддържате по -високи токове, отколкото смятате, че имате нужда.

2. Пласиране на компоненти
Оформлението на компонентите е друго ключово внимание при дизайна на PCB с висок ток. MOSFET и подобни компоненти генерират много топлина, така че е важно да ги поддържате максимално изолирани от други горещи или чувствителни към температурата петна. Това не винаги е лесно при справяне с факторите на намалена форма.
Усилвателите и преобразувателите трябва да се съхраняват на подходящо разстояние от MOSFET и други нагревателни елементи. Въпреки че може да е изкушаващо да се поддържа зона с висока мощност на ръба, това не позволява равномерно разпределение на температурата. Вместо това те са поставени в прави линии през дъската, за да запазят енергия, което прави топлината по -равномерна.
Приближавайки първо най -влиятелните области, е по -лесно да се определят идеалните компоненти. Първо, определете идеалното местоположение за високотемпературните компоненти. След като знаете къде да ги поставите, можете да използвате останалото, за да попълните пропуските.

3. Оператизиране на управлението на топлинното разсейване
По същия начин, висококачествените PCB също изискват внимателно термично управление. За повечето приложения това означава да поддържате вътрешната температура под 130 градуса по Целзий за температурата на стъкления преход на ламинатите на FR4. Оптимизирането на разположението на компонентите ще помогне, но вашите стъпки за минимизиране на топлината трябва да спират дотук.
Естественото охлаждане на конвекцията може да е достатъчно за по -малките ПХБ за потребителска електроника, но може да не е достатъчен за приложения с по -висока мощност. Може да са необходими механични радиатори. Активното охлаждане като вентилатори или течни охлаждащи системи около MOSFET също помага. Някои дизайни на устройства обаче може да не са достатъчно големи, за да се настанят традиционните радиатори или активното охлаждане.
За по-малки, но високоефективни PCB, разсейването на топлината през дупки е полезна алтернатива. Силно проводим метал със серия от изсипани дупки ще премахне топлината от MOSFET или подобни компоненти, преди да достигне по -чувствителни зони.

4. Използвайте правилните материали
Изборът на материали ще бъде от голяма полза при оптимизиране на термичното управление и гарантиране, че компонентите могат да издържат на по -високи токове. Това се отнася за PCB компоненти и субстрати.
Въпреки че FR4 е най-често срещаният субстрат, той не винаги е най-добрият избор за дизайни на PCB с висок ток. Металничните печатни платки могат да бъдат идеални, тъй като балансират изолацията и ефективността на разходите на субстратите като FR4 със здравината и температурното изместване на високопроводимите метали. Като алтернатива, някои производители правят специални устойчиви на топлина ламинати, които може да помислите.
Отново трябва да използвате само компоненти с високи стойности на термично съпротивление. Понякога това означава да изберете материали, които са по-устойчиви на топлина, докато в други случаи това означава да използвате по-дебели компоненти на един и същи материал. Коя опция е най -добре зависи от размера на вашия PCB, бюджета и наличните доставчици.

5.Прогирайте процеса на контрол на качеството
Надеждността на висококачествените PCB също е въпрос на намиране на грешки в производството. Ако производственият процес не може да намери и адресира дефекти, които компенсират неговите предимства, тогава горните четири избора на дизайн няма да доведат до много подобрение. Важни са и по -надеждни проверки за качество за итерации на прототип.
Използването на правилните инструменти за оценка на качеството на PCB е едно от най -важните съображения в тази област. Цифровите оптични сравнители като шаблони и покрития превъзхождат традиционните методи, тъй като те се разтягат и изкривяват с течение на времето, пречи на тяхната надеждност. Трябва също така да помислите за инструменти, които са лесни за автоматизиране, за да се сведе до минимум риска от човешка грешка.
Независимо от специфичните методи и техники, които използвате, проследяването на всички дефекти е от решаващо значение. С течение на времето тези данни могат да разкрият тенденциите в появата на проблеми, осигурявайки по -надеждни промени в дизайна на PCB.

6. Проектиране на производство
Подобен, но често пренебрегван фактор при дизайна на PCB с висок ток е осигуряване на лекота на производство. Ако производствените грешки са толкова често срещани, че устройството рядко отговаря на спецификациите на хартия, няма значение колко надеждно е PCB на теория.
Решението е да се избегнат прекалено сложни или сложни дизайни, колкото е възможно повече. Когато проектирате висококачествени печатни платки, имайте предвид производствения си процес, като се има предвид как тези работни потоци могат да ги създадат и какви проблеми могат да възникнат. Колкото по-лесно можете да направите продукти без грешки, толкова по-надеждни ще бъдат те.
Тази стъпка изисква тясно сътрудничество с производствените заинтересовани страни. Ако не се справите с производството вътре, включете производствените си партньори във фазата на проектиране, за да получите своя принос за потенциални проблеми с производството.

7. Използвайте технологията във ваша полза
Новите техники за планиране и производство могат да улеснят балансирането на тези съображения. 3D печат въвежда повече гъвкавост на дизайна за поддържане на по -сложни оформления на PCB без грешки в производството. Неговата точност също ви позволява да гарантирате, че медното окабеляване следва крива, а не правилен ъгъл, за да намали дължината му и да сведе до минимум консумацията на енергия
Изкуственият интелект е друга технология, която си струва да се проучи. AI PCB инструментите могат автоматично да поставят компоненти или да подчертаят потенциалните проблеми с дизайна, за да предотвратят появата на грешки в реалния свят. Подобни решения могат да симулират различни тестови среди, за да оценят работата на ПХБ преди да се произвеждат физически прототипи.

Високият ток PCB дизайн изисква предпазливост
Проектирането на надежден висококачествен PCB не е лесно, но не е невъзможно. Следвайки тези седем стъпки, ще ви помогне да оптимизирате процеса на проектиране, за да създадете по-ефективни устройства с висока мощност.
С нарастването на индустриалния Интернет на нещата, тези съображения ще станат още по -важни. Прегръщането им сега ще бъде ключът към продължаващия успех в бъдеще.