La conception de n'importe quel PCB est difficile, d'autant plus que les appareils deviennent de plus en plus petits. La conception de PCB à courant élevé est encore plus complexe car elle a tous les mêmes obstacles et nécessite un ensemble supplémentaire de facteurs uniques à considérer.
Les experts prévoient que la demande de dispositifs de haute puissance devrait augmenter pour atteindre les taux de croissance annuels à deux chiffres pour l'IoT industriel d'ici 2030. Voici sept étapes pour optimiser la conception des PCB dans l'électronique à courant élevé pour cette tendance.

1.Assurez une taille de câble suffisante
La taille de la ligne est l'une des considérations de conception les plus importantes pour les PCB actuels élevés. Le câblage en cuivre a eu tendance à être miniaturisé pour des conceptions plus compactes, mais cela ne fonctionne pas à des courants plus élevés. Une petite section transversale peut entraîner une perte de puissance par dissipation de chaleur, donc une taille de piste convenablement grande est nécessaire.
Vous pouvez modifier la zone transversale du fil en ajustant deux facteurs: la largeur du fil et l'épaisseur du cuivre. L'équilibrage de ces deux est la clé pour réduire la consommation d'énergie et maintenir la taille idéale des PCB.
Utilisez la calculatrice de largeur de ligne PCB pour savoir quelles largeurs et épaisseurs prennent en charge le type de courant requis pour votre appareil. Lorsque vous utilisez ces outils, veillez à concevoir la taille de câblage pour prendre en charge les courants plus élevés que vous ne le pensez.

2.Rérez le placement des composants
La disposition des composants est une autre considération clé dans la conception de PCB à courant élevé. Les MOSFET et les composants similaires génèrent beaucoup de chaleur, il est donc important de les garder aussi isolés des autres points chauds ou sensibles à la température que possible. Ce n'est pas toujours facile lorsqu'il s'agit de facteurs de forme réduits.
Les amplificateurs et les convertisseurs doivent être conservés à une distance appropriée des MOSFET et d'autres éléments de chauffage. Bien qu'il puisse être tentant de maintenir une zone de puissance élevée au bord, cela ne permet pas de distribution de température uniforme. Au lieu de cela, ils sont placés en ligne droites à travers le tableau pour conserver l'énergie, ce qui rend la chaleur plus uniforme.
En abordant d'abord les zones les plus influentes, il est plus facile de déterminer les composants idéaux. Tout d'abord, déterminez l'emplacement idéal pour les composants à haute température. Une fois que vous savez où les mettre, vous pouvez utiliser le reste pour combler les lacunes.

3. Optimiser la gestion des dissipations de chaleur
De même, les PCB actuels élevés nécessitent également une gestion thermique soigneuse. Pour la plupart des applications, cela signifie garder la température interne en dessous de 130 degrés Celsius pour la température de transition du verre des stratifiés FR4. L'optimisation du placement des composants vous aidera, mais vos étapes de minimisation de la chaleur doivent s'arrêter là.
Le refroidissement naturel de la convection peut être suffisant pour les PCB électroniques de consommation plus petits, mais peut ne pas être suffisant pour des applications plus puissantes. Des radiateurs mécaniques peuvent être nécessaires. Un refroidissement actif tel que les ventilateurs ou les systèmes de refroidissement liquide autour des MOSFETS aide également. Cependant, certaines conceptions d'appareils peuvent ne pas être suffisamment grandes pour accueillir des radiateurs traditionnels ou un refroidissement actif.
Pour les PCB plus petits mais hautes performances, la dissipation de chaleur à travers les trous est une alternative utile. Un métal hautement conducteur avec une série de trous versés éliminera la chaleur des MOSFET ou des composants similaires avant d'atteindre des zones plus sensibles.

4. Utilisez les bons matériaux
La sélection des matériaux sera très avantageuse lors de l'optimisation de la gestion thermique et de la garantie que les composants peuvent résister aux courants plus élevés. Cela s'applique aux composants et substrats PCB.
Bien que FR4 soit le substrat le plus courant, ce n'est pas toujours le meilleur choix pour les conceptions de PCB à courant élevé. Les PCB à nages métalliques peuvent être idéaux car ils équilibrent l'isolation et la rentabilité des substrats tels que FR4 avec la résistance et le déplacement de la température de métaux hautement conducteurs. Alternativement, certains fabricants font des stratifiés spéciaux résistants à la chaleur que vous pourriez considérer.
Encore une fois, vous ne devez utiliser que des composants avec des valeurs de résistance thermique élevées. Parfois, cela signifie choisir des matériaux plus résistants à la chaleur, tandis que dans d'autres cas, cela signifie utiliser des composants plus épais du même matériau. Quelle option est le mieux dépend de la taille de votre PCB, de votre budget et de vos fournisseurs disponibles.

5. Improve le processus de contrôle de la qualité
La fiabilité des PCB à courant élevé consiste également à trouver des erreurs de production. Si le processus de fabrication ne peut pas trouver et aborder des défauts qui compensent ses avantages, les quatre choix de conception ci-dessus ne donneront pas beaucoup d'amélioration. Les vérifications de qualité plus fiables pour les itérations des prototypes sont également importantes.
L'utilisation des bons outils pour évaluer la qualité d'un PCB est l'une des considérations les plus importantes sur le terrain. Les comparateurs optiques numériques en tant que modèles et revêtements surpassent les méthodes traditionnelles lorsqu'ils s'étendent et déforment avec le temps, ce qui entrave leur fiabilité. Vous devez également considérer des outils faciles à automatiser pour minimiser le risque d'erreur humaine.
Quelles que soient les méthodes et techniques spécifiques que vous utilisez, le suivi de tous les défauts est essentiel. Au fil du temps, ces données peuvent révéler des tendances dans l'émergence de problèmes, fournissant des changements de conception de PCB plus fiables.

6. Conception de fabrication
Un facteur similaire mais souvent négligé dans la conception de PCB à courant élevé est d'assurer la facilité de fabrication. Si les erreurs de production sont si courantes que l'appareil répond rarement aux spécifications sur papier, peu importe la fiabilité du PCB en théorie.
La solution consiste à éviter autant que possible des conceptions trop complexes ou complexes. Lors de la conception de PCB à courant élevé, gardez à l'esprit votre processus de fabrication, en considérant comment ces workflows peuvent les produire et quels problèmes pourraient survenir. Plus vous pouvez fabriquer des produits sans erreur, plus ils seront fiables.
Cette étape nécessite une coopération étroite avec les parties prenantes de la production. Si vous ne gérez pas la fabrication en interne, impliquez vos partenaires de production dans la phase de conception pour obtenir leur avis sur les problèmes de fabrication potentiels.

7. Utilisez la technologie à votre avantage
De nouvelles techniques de planification et de production peuvent faciliter l'équilibrage de ces considérations. L'impression 3D introduit plus de flexibilité de conception pour prendre en charge les dispositions de PCB plus complexes sans erreurs de production. Sa précision vous permet également de vous assurer que le câblage en cuivre suit une courbe plutôt qu'un angle droit pour réduire sa longueur et minimiser la consommation d'énergie
L'intelligence artificielle est une autre technologie qui mérite d'être étudiée. Les outils PCB IA peuvent placer automatiquement les composants ou mettre en évidence des problèmes de conception potentiels pour empêcher les erreurs d'apparaître dans le monde réel. Des solutions similaires peuvent simuler différents environnements de test pour évaluer les performances des PCB avant de produire des prototypes physiques.

La conception de PCB à courant élevé nécessite une prudence
La conception d'un PCB à courant élevé fiable n'est pas facile, mais ce n'est pas impossible. Suivre ces sept étapes vous aidera à optimiser votre processus de conception pour créer des appareils haute puissance plus efficaces.
À mesure que l'Internet des objets industriels se développe, ces considérations deviendront encore plus importantes. Les embrasser maintenant sera la clé du succès continu à l'avenir.