طراحی هر PCB چالش برانگیز است ، به خصوص که دستگاه ها کوچکتر و کوچکتر می شوند. طراحی PCB با جریان بالا حتی پیچیده تر است زیرا دارای تمام موانع یکسان است و به یک مجموعه اضافی از عوامل منحصر به فرد برای در نظر گرفتن نیاز دارد.
کارشناسان پیش بینی می کنند که تقاضا برای دستگاه های با قدرت بالا برای دستیابی به نرخ رشد سالانه دو رقمی برای IoT صنعتی تا سال 2030 افزایش می یابد. در اینجا هفت مرحله برای بهینه سازی طراحی PCB در الکترونیک با جریان بالا برای این روند وجود دارد.

1. اندازه کافی کابل را ترغیب کنید
اندازه خط یکی از مهمترین ملاحظات طراحی برای PCB های جریان بالا است. سیم کشی مس برای طراحی های جمع و جور بیشتر تمایل به کوچک شدن دارد ، اما این در جریان های بالاتر کار نمی کند. یک مقطع کوچک می تواند منجر به از بین رفتن انرژی از طریق اتلاف گرما شود ، بنابراین اندازه مناسب آهنگ بزرگ مورد نیاز است.
با تنظیم دو عامل می توانید سطح مقطع سیم را تغییر دهید: عرض سیم و ضخامت مس. متعادل کردن این دو کلید کاهش مصرف برق و حفظ اندازه ایده آل PCB است.
از ماشین حساب عرض خط PCB استفاده کنید تا بدانید کدام عرض و ضخامت از نوع جریان مورد نیاز دستگاه شما پشتیبانی می کند. هنگام استفاده از این ابزارها ، مراقب باشید اندازه سیم کشی را برای پشتیبانی از جریان های بالاتر از آنچه فکر می کنید نیاز دارید ، طراحی کنید.

2. قرار دادن مؤلفه
طرح مؤلفه یکی دیگر از مهمترین مورد در طراحی PCB با جریان بالا است. MOSFET ها و اجزای مشابه گرمای زیادی ایجاد می کنند ، بنابراین مهم است که آنها را به عنوان سایر نقاط گرم یا حساس به دما جدا کنید. این همیشه هنگام برخورد با عوامل کاهش یافته فرم آسان نیست.
آمپلی فایرها و مبدل ها باید در فاصله مناسبی از MOSFET ها و سایر عناصر گرمایش نگهداری شوند. در حالی که ممکن است حفظ یک منطقه قدرت بالا در لبه وسوسه انگیز باشد ، این امکان توزیع دمای یکنواخت را فراهم نمی کند. در عوض ، آنها برای حفظ انرژی در خطوط مستقیم در سراسر تخته قرار می گیرند ، که باعث می شود گرما یکنواخت شود.
ابتدا با نزدیک شدن به تأثیرگذارترین مناطق ، تعیین اجزای ایده آل آسان تر است. ابتدا مکان ایده آل را برای اجزای درجه حرارت بالا تعیین کنید. هنگامی که می دانید آنها را در کجا قرار دهید ، می توانید از بقیه برای پر کردن شکاف ها استفاده کنید.

3. بهینه سازی مدیریت اتلاف گرما
به همین ترتیب ، PCB های جریان بالا نیز به مدیریت حرارتی دقیق نیاز دارند. برای اکثر برنامه ها ، این به معنای نگه داشتن دمای داخلی زیر 130 درجه سانتیگراد برای دمای انتقال شیشه لمینت های FR4 است. بهینه سازی قرار دادن مؤلفه کمک می کند ، اما مراحل به حداقل رساندن گرمای شما باید در آنجا متوقف شود.
خنک کننده همرفت طبیعی ممکن است برای PCB های الکترونیکی مصرف کننده کوچکتر کافی باشد ، اما ممکن است برای کاربردهای با انرژی بالاتر کافی نباشد. رادیاتورهای مکانیکی ممکن است لازم باشد. خنک کننده فعال مانند فن ها یا سیستم های خنک کننده مایع در اطراف MOSFET نیز کمک می کند. با این حال ، برخی از طرح های دستگاه ممکن است به اندازه کافی بزرگ نباشند که رادیاتورهای سنتی یا خنک کننده فعال را در خود جای دهند.
برای PCB های کوچکتر اما با کارایی بالا ، اتلاف گرما از طریق سوراخ ها یک جایگزین مفید است. یک فلز بسیار رسانا با یک سری سوراخ های ریخته شده ، قبل از رسیدن به مناطق حساس تر ، گرما را از MOSFET ها یا اجزای مشابه خارج می کند.

4. از مواد مناسب استفاده کنید
انتخاب مواد هنگام بهینه سازی مدیریت حرارتی و اطمینان از اینکه اجزای مختلف می توانند در برابر جریان های بالاتر مقاومت کنند ، از مزایای بسیار خوبی برخوردار خواهد بود. این در مورد اجزای PCB و بسترها صدق می کند.
اگرچه FR4 رایج ترین بستر است ، اما همیشه بهترین انتخاب برای طرح های PCB با جریان بالا نیست. PCB های هسته ای فلزی ممکن است ایده آل باشد زیرا آنها عایق و مقرون به صرفه بودن بسترها مانند FR4 را با استحکام و جابجایی دما فلزات بسیار رسانا متعادل می کنند. از طرف دیگر ، برخی از تولید کنندگان لمینت های مقاوم در برابر گرما را تهیه می کنند که ممکن است در نظر بگیرید.
باز هم ، شما فقط باید از مؤلفه هایی با مقادیر مقاومت حرارتی بالا استفاده کنید. بعضی اوقات ، این به معنای انتخاب موادی است که مقاوم در برابر گرما هستند ، در حالی که در موارد دیگر به معنای استفاده از اجزای ضخیم تر از همان مواد است. کدام گزینه به بهترین وجه به اندازه PCB ، بودجه و تأمین کنندگان موجود بستگی دارد.

5. فرایند کنترل کیفیت
قابلیت اطمینان PCB های با جریان بالا نیز موضوع یافتن خطا در تولید است. اگر فرآیند تولید نتواند نقصی را پیدا کند که مزایای آن را جبران کند ، چهار گزینه طراحی فوق بهبود زیادی نخواهد داشت. بررسی های با کیفیت قابل اطمینان تر برای تکرارهای نمونه اولیه نیز مهم هستند.
استفاده از ابزارهای مناسب برای ارزیابی کیفیت PCB یکی از مهمترین ملاحظات موجود در این زمینه است. مقایسه کننده های نوری دیجیتال به عنوان الگوها و پوشش ها از روشهای سنتی بهتر عمل می کنند زیرا با گذشت زمان کشش و تحریف می شوند و مانع قابلیت اطمینان آنها می شوند. همچنین باید ابزارهایی را در نظر بگیرید که به راحتی به صورت خودکار انجام می شوند تا خطر خطای انسانی به حداقل برسد.
صرف نظر از روش ها و تکنیک های خاصی که استفاده می کنید ، ردیابی همه نقص ها بسیار مهم است. با گذشت زمان ، این داده ها می توانند روند ظهور مشکلات را نشان دهند و تغییرات طراحی PCB قابل اطمینان تری را ارائه دهند.

6. طراحی manufacturability
یک عامل مشابه اما غالباً نادیده گرفته شده در طراحی PCB با جریان بالا ، سهولت تولید را تضمین می کند. اگر خطاهای تولید آنقدر متداول باشد که دستگاه به ندرت مشخصات روی کاغذ را برآورده کند ، فرقی نمی کند PCB در تئوری چقدر قابل اعتماد باشد.
راه حل این است که تا حد امکان از طرح های بیش از حد پیچیده یا پیچیده جلوگیری شود. هنگام طراحی PCB های با جریان بالا ، فرآیند تولید خود را در ذهن داشته باشید ، با توجه به اینکه چگونه این گردش کار ممکن است آنها را تولید کند و چه مشکلی ایجاد می شود. هرچه راحت تر بتوانید محصولات بدون خطا را تهیه کنید ، قابل اطمینان تر خواهد بود.
این مرحله نیاز به همکاری نزدیک با ذینفعان تولید دارد. اگر شما تولید داخلی را کنترل نمی کنید ، شرکای تولیدی خود را در مرحله طراحی درگیر کنید تا از مشکلات احتمالی تولیدی برخوردار شوید.

7. از فناوری به نفع خود استفاده کنید
تکنیک های جدید برنامه ریزی و تولید می تواند متعادل کردن این ملاحظات را آسانتر کند. چاپ سه بعدی انعطاف پذیری طراحی بیشتری را برای پشتیبانی از طرح های پیچیده تر PCB بدون خطای تولید معرفی می کند. دقت آن همچنین به شما امکان می دهد اطمینان حاصل کنید که سیم کشی مس از یک منحنی به جای زاویه مناسب پیروی می کند تا طول آن را کاهش داده و مصرف برق را به حداقل برساند
هوش مصنوعی فناوری دیگری است که ارزش تحقیق دارد. ابزارهای PCB AI می توانند به طور خودکار مؤلفه ها را قرار دهند یا مشکلات بالقوه طراحی را برجسته کنند تا از ظهور خطاها در دنیای واقعی جلوگیری شود. راه حل های مشابه می توانند محیط های مختلف آزمایش را برای ارزیابی عملکرد PCB ها قبل از تولید نمونه های اولیه فیزیکی شبیه سازی کنند.

طراحی PCB در جریان بالا نیاز به احتیاط دارد
طراحی یک PCB قابل اعتماد با جریان بالا آسان نیست ، اما غیرممکن نیست. پیروی از این هفت مرحله به شما در بهینه سازی فرایند طراحی خود برای ایجاد دستگاه های با قدرت بالا کارآمدتر کمک می کند.
با افزایش اینترنت صنعتی چیزها ، این ملاحظات از اهمیت بیشتری برخوردار می شوند. در آغوش گرفتن آنها اکنون کلید ادامه موفقیت در آینده خواهد بود.