Ο σχεδιασμός οποιουδήποτε PCB είναι προκλητικός, ειδικά καθώς οι συσκευές γίνονται μικρότερες και μικρότερες. Ο σχεδιασμός PCB υψηλού ρεύματος είναι ακόμα πιο περίπλοκος επειδή έχει όλα τα ίδια εμπόδια και απαιτεί ένα πρόσθετο σύνολο μοναδικών παραγόντων που πρέπει να ληφθούν υπόψη.
Οι εμπειρογνώμονες προβλέπουν ότι η ζήτηση για συσκευές υψηλής ισχύος είναι πιθανό να αυξηθεί για να επιτύχει διψήφια ετήσια ποσοστά ανάπτυξης για το βιομηχανικό IoT μέχρι το 2030. Εδώ είναι επτά βήματα για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού PCB σε ηλεκτρονικά υψηλά ρεύματα για αυτή την τάση.

1. ΑΝΤΙΠΡΟΣΩΠΕΥΤΙΚΟ Μέγεθος καλωδίου
Το μέγεθος της γραμμής είναι ένα από τα πιο σημαντικά σχεδιαστικά στοιχεία για τα υψηλά ρεύματα PCB. Η καλωδίωση του χαλκού τείνει να είναι μικροσκοπική για πιο συμπαγή σχέδια, αλλά αυτό δεν λειτουργεί σε υψηλότερα ρεύματα. Μια μικρή διατομή μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια ισχύος μέσω της διάχυσης θερμότητας, επομένως απαιτείται ένα κατάλληλα μεγάλο μέγεθος τροχιάς.
Μπορείτε να αλλάξετε την περιοχή διατομής του καλωδίου ρυθμίζοντας δύο παράγοντες: το πλάτος του καλωδίου και το πάχος του χαλκού. Η εξισορρόπηση αυτών των δύο είναι το κλειδί για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και τη διατήρηση του ιδανικού μεγέθους PCB.
Χρησιμοποιήστε τον αριθμομηχανή πλάτους γραμμής PCB για να μάθετε ποια πλάτη και πάχη υποστηρίζουν τον τύπο ρεύματος που απαιτείται για τη συσκευή σας. Όταν χρησιμοποιείτε αυτά τα εργαλεία, προσέξτε να σχεδιάσετε το μέγεθος της καλωδίωσης για να υποστηρίξετε υψηλότερα ρεύματα από ό, τι νομίζετε ότι χρειάζεστε.

2. Ρυθμίστε την τοποθέτηση εξαρτημάτων
Η διάταξη του συστατικού είναι μια άλλη βασική σκέψη στο σχεδιασμό PCB υψηλού ρεύματος. Τα MOSFETs και παρόμοια εξαρτήματα παράγουν πολλή θερμότητα, οπότε είναι σημαντικό να τα κρατήσετε ως απομονωμένα από άλλα ζεστά ή ευαίσθητα στη θερμοκρασία σημεία όσο το δυνατόν. Αυτό δεν είναι πάντα εύκολο όταν ασχολείσαι με μειωμένους παράγοντες μορφής.
Οι ενισχυτές και οι μετατροπείς πρέπει να διατηρούνται σε κατάλληλη απόσταση από MOSFET και άλλα στοιχεία θέρμανσης. Ενώ μπορεί να είναι δελεαστικό να διατηρηθεί μια ζώνη υψηλής ισχύος στην άκρη, αυτό δεν επιτρέπει μια ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας. Αντ 'αυτού, τοποθετούνται σε ευθείες γραμμές σε όλο το σκάφος για να διατηρήσουν την ενέργεια, γεγονός που κάνει τη θερμότητα πιο ομοιόμορφη.
Προσεγγίζοντας πρώτα τις πιο σημαντικές περιοχές, είναι ευκολότερο να προσδιοριστούν τα ιδανικά συστατικά. Πρώτον, καθορίστε την ιδανική τοποθεσία για τα εξαρτήματα υψηλής θερμοκρασίας. Μόλις μάθετε πού να τα βάλετε, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα υπόλοιπα για να συμπληρώσετε τα κενά.

3. Επανατοποθετήστε τη διαχείριση της διάχυσης θερμότητας
Ομοίως, τα υψηλής ρεύματος PCB απαιτούν επίσης προσεκτική θερμική διαχείριση. Για τις περισσότερες εφαρμογές, αυτό σημαίνει τη διατήρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας κάτω από 130 βαθμούς Κελσίου για τη θερμοκρασία μεταβατικής μεταγωγής γυαλιού των πλαστικοποιημένων FR4. Η βελτιστοποίηση της τοποθέτησης εξαρτημάτων θα βοηθήσει, αλλά τα βήματα ελαχιστοποίησης της θερμότητας πρέπει να σταματήσουν εκεί.
Η φυσική ψύξη μεταφοράς μπορεί να είναι επαρκής για μικρότερα ηλεκτρονικά PCBs, αλλά μπορεί να μην είναι επαρκής για εφαρμογές υψηλότερης ισχύος. Μπορεί να είναι απαραίτητα μηχανικά καλοριφέρ. Η ενεργή ψύξη, όπως οι ανεμιστήρες ή τα συστήματα ψύξης υγρών γύρω από τα MOSFETs, βοηθούν επίσης. Ωστόσο, ορισμένα σχέδια συσκευών ενδέχεται να μην είναι αρκετά μεγάλα για να φιλοξενήσουν παραδοσιακά καλοριφέρ ή ενεργό ψύξη.
Για μικρότερα αλλά υψηλής απόδοσης PCB, η διάχυση θερμότητας μέσω οπών είναι μια χρήσιμη εναλλακτική λύση. Ένα εξαιρετικά αγώγιμο μέταλλο με μια σειρά από τρύπες που χύνεται θα αφαιρέσουν τη θερμότητα από MOSFETs ή παρόμοια εξαρτήματα προτού φτάσουν σε πιο ευαίσθητες περιοχές.

4. Χρησιμοποιήστε τα σωστά υλικά
Η επιλογή των υλικών θα είναι μεγάλος όφελος κατά τη βελτιστοποίηση της θερμικής διαχείρισης και τη διασφάλιση ότι τα εξαρτήματα μπορούν να αντέξουν υψηλότερα ρεύματα. Αυτό ισχύει για τα εξαρτήματα και τα υποστρώματα PCB.
Αν και το FR4 είναι το πιο κοινό υπόστρωμα, δεν είναι πάντα η καλύτερη επιλογή για σχέδια PCB υψηλού ρεύματος. Τα μεταλλικά-πυρήνα PCB μπορεί να είναι ιδανικά επειδή εξισορροπούν τη μόνωση και το κόστος-αποτελεσματικότητα των υποστρωμάτων όπως το FR4 με τη μετατόπιση της αντοχής και της θερμοκρασίας των εξαιρετικά αγώγιμων μετάλλων. Εναλλακτικά, ορισμένοι κατασκευαστές κάνουν ειδικά ανθεκτικά στη θερμότητα ελασματοποιημένα που μπορείτε να εξετάσετε.
Και πάλι, θα πρέπει να χρησιμοποιείτε μόνο εξαρτήματα με υψηλές τιμές θερμικής αντίστασης. Μερικές φορές, αυτό σημαίνει την επιλογή υλικών που είναι πιο ανθεκτικά στη θερμότητα, ενώ σε άλλες περιπτώσεις σημαίνει τη χρήση παχύτερων στοιχείων του ίδιου υλικού. Ποια επιλογή εξαρτάται καλύτερα από το μέγεθος του PCB, τον προϋπολογισμό και τους διαθέσιμους προμηθευτές.

5.Επαρέψτε τη διαδικασία ελέγχου ποιότητας
Η αξιοπιστία των PCB υψηλού ρεύματος είναι επίσης θέμα εύρεσης σφαλμάτων στην παραγωγή. Εάν η διαδικασία κατασκευής δεν μπορεί να βρει και να αντιμετωπίσει τα ελαττώματα που αντισταθμίζουν τα πλεονεκτήματά της, τότε οι παραπάνω τέσσερις επιλογές σχεδιασμού δεν θα αποδώσουν μεγάλη βελτίωση. Οι πιο αξιόπιστοι έλεγχοι ποιότητας για πρωτότυπες επαναλήψεις είναι επίσης σημαντικοί.
Η χρήση των σωστών εργαλείων για την αξιολόγηση της ποιότητας ενός PCB είναι μία από τις σημαντικότερες εκτιμήσεις στον τομέα. Οι ψηφιακές οπτικές συγκριτές, καθώς τα πρότυπα και τα καλύμματα ξεπερνούν τις παραδοσιακές μεθόδους, καθώς τεντώνουν και στρεβλώνουν με την πάροδο του χρόνου, παρεμποδίζοντας την αξιοπιστία τους. Θα πρέπει επίσης να εξετάσετε εργαλεία που είναι εύκολο να αυτοματοποιηθούν για να ελαχιστοποιήσετε τον κίνδυνο ανθρώπινου σφάλματος.
Ανεξάρτητα από τις συγκεκριμένες μεθόδους και τεχνικές που χρησιμοποιείτε, η παρακολούθηση όλων των ελαττωμάτων είναι κρίσιμη. Με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα δεδομένα μπορούν να αποκαλύψουν τις τάσεις στην εμφάνιση προβλημάτων, παρέχοντας πιο αξιόπιστες αλλαγές σχεδιασμού PCB.

6. Σχεδιασμός Manuacturability
Ένας παρόμοιος αλλά συχνά παραβλέπεται παράγοντας στο σχεδιασμό PCB υψηλού ρεύματος είναι η εξασφάλιση ευκολίας κατασκευής. Εάν τα σφάλματα παραγωγής είναι τόσο συνηθισμένα ώστε η συσκευή σπάνια πληροί τις προδιαγραφές σε χαρτί, δεν έχει σημασία πόσο αξιόπιστο είναι το PCB θεωρητικά.
Η λύση είναι να αποφευχθεί υπερβολικά πολύπλοκα ή περίπλοκα σχέδια όσο το δυνατόν περισσότερο. Κατά το σχεδιασμό PCB υψηλού ρεύματος, κρατήστε υπόψη σας τη διαδικασία κατασκευής σας, λαμβάνοντας υπόψη πώς αυτές οι ροές εργασίας θα μπορούσαν να τις παράγουν και ποια προβλήματα μπορεί να προκύψουν. Όσο πιο εύκολο μπορείτε να κάνετε προϊόντα χωρίς σφάλματα, τόσο πιο αξιόπιστα θα είναι.
Αυτό το βήμα απαιτεί στενή συνεργασία με τους ενδιαφερόμενους παραγωγούς. Εάν δεν χειρίζεστε την κατασκευή στο σπίτι, εμπλέξτε τους συνεργάτες παραγωγής σας στη φάση σχεδιασμού για να λάβετε τη συμβολή τους σε πιθανά προβλήματα κατασκευής.

7. Χρησιμοποιήστε την τεχνολογία προς όφελός σας
Οι νέες τεχνικές σχεδιασμού και παραγωγής μπορούν να διευκολύνουν την εξισορρόπηση αυτών των εκτιμήσεων. Η εκτύπωση 3D εισάγει περισσότερη ευελιξία σχεδιασμού για να υποστηρίξει πιο σύνθετες διατάξεις PCB χωρίς σφάλματα παραγωγής. Η ακρίβειά του σας επιτρέπει επίσης να διασφαλίσετε ότι η καλωδίωση χαλκού ακολουθεί μια καμπύλη και όχι μια ορθή γωνία για να μειώσει το μήκος της και να ελαχιστοποιήσει την κατανάλωση ενέργειας
Η τεχνητή νοημοσύνη είναι μια άλλη τεχνολογία που αξίζει να διερευνηθεί. Τα εργαλεία AI PCB μπορούν να τοποθετήσουν αυτόματα εξαρτήματα ή να επισημάνουν πιθανά προβλήματα σχεδιασμού για να αποτρέψουν την εμφάνιση σφαλμάτων στον πραγματικό κόσμο. Παρόμοιες λύσεις μπορούν να προσομοιώσουν διαφορετικά περιβάλλοντα δοκιμών για να αξιολογήσουν την απόδοση των PCB πριν από την παραγωγή φυσικών πρωτότυπων.

Το υψηλό τρέχον σχέδιο PCB απαιτεί προσοχή
Ο σχεδιασμός ενός αξιόπιστου PCB υψηλού ρεύματος δεν είναι εύκολη, αλλά δεν είναι αδύνατο. Ακολουθώντας αυτά τα επτά βήματα θα σας βοηθήσουν να βελτιστοποιήσετε τη διαδικασία σχεδιασμού σας για να δημιουργήσετε πιο αποτελεσματικές συσκευές υψηλής ισχύος.
Καθώς μεγαλώνει το βιομηχανικό Διαδίκτυο των πραγμάτων, αυτές οι εκτιμήσεις θα γίνουν ακόμη πιο σημαντικές. Η αγκαλιά τους τώρα θα είναι το κλειδί για τη συνεχή επιτυχία στο μέλλον.