Progettare qualsiasi PCB è impegnativo, soprattutto quando i dispositivi diventano sempre più piccoli. La progettazione di PCB ad alta corrente è ancora più complessa perché ha tutti gli stessi ostacoli e richiede una serie aggiuntiva di fattori unici da considerare.
Gli esperti prevedono che è probabile che la domanda di dispositivi ad alta potenza aumenti per raggiungere i tassi di crescita annua a due cifre per l'IoT industriale entro il 2030. Ecco sette passaggi per ottimizzare la progettazione di PCB in elettronica ad alta corrente per questa tendenza.

1. Assicurare una dimensione del cavo sufficiente
La dimensione della linea è una delle considerazioni di progettazione più importanti per i PCB ad alta corrente. Il cablaggio di rame ha teso a essere miniaturizzato per progetti più compatti, ma questo non funziona a correnti più elevate. Una piccola sezione trasversale può portare alla perdita di potenza attraverso la dissipazione del calore, quindi è necessaria una dimensione della traccia adeguatamente grande.
È possibile modificare l'area della sezione trasversale del filo regolando due fattori: la larghezza del filo e lo spessore del rame. Il bilanciamento di questi due è la chiave per ridurre il consumo di energia e mantenere la dimensione ideale del PCB.
Utilizzare il calcolatore della larghezza della linea PCB per apprendere quali larghezze e spessori supportano il tipo di corrente richiesta per il dispositivo. Quando si utilizzano questi strumenti, fai attenzione a progettare la dimensione del cablaggio per supportare correnti più elevate di quanto pensi di aver bisogno.

2. RETUNCHI POSIZIONE DEL COMPONE
Il layout dei componenti è un'altra considerazione chiave nella progettazione di PCB ad alta corrente. I MOSFET e componenti simili generano molto calore, quindi è importante mantenerli isolati da altri punti caldi o sensibili alla temperatura possibile. Questo non è sempre facile quando si tratta di fattori di forma ridotti.
Gli amplificatori e i convertitori devono essere mantenuti a una distanza adeguata dai MOSFET e altri elementi di riscaldamento. Sebbene possa essere allettante mantenere una zona ad alta potenza sul bordo, ciò non consente una distribuzione uniforme della temperatura. Invece, sono posti in linee rette su tutta la linea per trattenere l'energia, il che rende il calore più uniforme.
Avvicinandosi prima alle aree più influenti, è più facile determinare i componenti ideali. Innanzitutto, determina la posizione ideale per i componenti ad alta temperatura. Una volta che sai dove metterli, puoi usare il resto per colmare le lacune.

3. Ottimizzare la gestione della dissipazione del calore
Allo stesso modo, i PCB ad alta corrente richiedono anche un'attenta gestione termica. Per la maggior parte delle applicazioni, ciò significa mantenere la temperatura interna inferiore a 130 gradi Celsius per la temperatura di transizione del vetro dei laminati FR4. L'ottimizzazione del posizionamento dei componenti aiuterà, ma le fasi di minimizzazione del calore devono fermarsi lì.
Il raffreddamento a convezione naturale può essere sufficiente per i PCB di elettronica di consumo più piccoli, ma potrebbe non essere sufficiente per applicazioni di alimentazione più elevate. Potrebbero essere necessari radiatori meccanici. Anche il raffreddamento attivo come ventole o sistemi di raffreddamento liquido intorno ai MOSFET. Tuttavia, alcuni progetti di dispositivi potrebbero non essere abbastanza grandi da ospitare radiatori tradizionali o raffreddamento attivo.
Per PCB più piccoli ma ad alte prestazioni, la dissipazione del calore attraverso i fori è un'alternativa utile. Un metallo altamente conduttivo con una serie di fori versati rimuoverà il calore da MOSFET o componenti simili prima di raggiungere aree più sensibili.

4. Utilizzare i materiali giusti
La selezione dei materiali sarà di grande beneficio quando ottimizza la gestione termica e la garanzia che i componenti possano resistere a correnti più elevate. Questo vale per i componenti e i substrati PCB.
Sebbene FR4 sia il substrato più comune, non è sempre la scelta migliore per i progetti di PCB ad alta corrente. I PCB in metallo possono essere ideali perché bilanciano l'isolamento e il rapporto costo-efficacia di substrati come FR4 con lo spostamento della resistenza e della temperatura di metalli altamente conduttivi. In alternativa, alcuni produttori creano speciali laminati resistenti al calore che potresti considerare.
Ancora una volta, è necessario utilizzare solo componenti con alti valori di resistenza termica. A volte, questo significa scegliere materiali più resistenti al calore, mentre in altri casi significa usare componenti più spessi dello stesso materiale. Quale opzione è meglio dipende dalle dimensioni del PCB, dal budget e dai fornitori disponibili.

5.Pervi il processo di controllo della qualità
L'affidabilità dei PCB ad alta corrente è anche una questione di ricerca di errori nella produzione. Se il processo di produzione non è in grado di trovare e affrontare i difetti che compensano i suoi vantaggi, le quattro scelte di progettazione di cui sopra non produrranno molti miglioramenti. Sono importanti anche controlli di qualità più affidabili per iterazioni prototipo.
L'uso degli strumenti giusti per valutare la qualità di un PCB è una delle considerazioni più importanti sul campo. Comparatori ottici digitali come modelli e rivestimenti superano i metodi tradizionali mentre si allungano e si distorcono nel tempo, ostacolando la loro affidabilità. Dovresti anche considerare strumenti facili da automatizzare per ridurre al minimo il rischio di errore umano.
Indipendentemente dai metodi e dalle tecniche specifiche utilizzate, il monitoraggio di tutti i difetti è fondamentale. Nel tempo, questi dati possono rivelare tendenze nell'emergere di problemi, fornendo cambiamenti di progettazione PCB più affidabili.

6. Design di produzione
Un fattore simile ma spesso trascurato nella progettazione di PCB ad alta corrente è garantire facilità di produzione. Se gli errori di produzione sono così comuni che il dispositivo raramente soddisfa le specifiche sulla carta, non importa quanto sia affidabile il PCB in teoria.
La soluzione è evitare il più possibile progetti troppo complessi o complessi. Quando si progettano PCB ad alta corrente, tieni a mente il processo di produzione, considerando come questi flussi di lavoro potrebbero produrre e quali problemi potrebbero sorgere. Più è possibile creare prodotti senza errori, più affidabili saranno.
Questo passaggio richiede una stretta collaborazione con le parti interessate. Se non gestisci la produzione interna, coinvolgi i tuoi partner di produzione nella fase di progettazione per ottenere il loro contributo su potenziali problemi di produzione.

7. Usa la tecnologia a tuo vantaggio
Le nuove tecniche di pianificazione e produzione possono semplificare il bilanciamento di queste considerazioni. La stampa 3D introduce una maggiore flessibilità di progettazione per supportare layout PCB più complessi senza errori di produzione. La sua precisione consente inoltre di garantire che il cablaggio di rame segua una curva piuttosto che un angolo retto per ridurre la sua lunghezza e ridurre al minimo il consumo di energia
L'intelligenza artificiale è un'altra tecnologia che vale la pena indagare. Gli strumenti PCB AI possono posizionare automaticamente i componenti o evidenziare potenziali problemi di progettazione per impedire che gli errori appaiano nel mondo reale. Soluzioni simili possono simulare diversi ambienti di test per valutare le prestazioni dei PCB prima di produrre prototipi fisici.

La progettazione di PCB ad alta corrente richiede cautela
Progettare un PCB ad alta corrente affidabile non è facile, ma non è impossibile. Seguire questi sette passaggi ti aiuterà a ottimizzare il processo di progettazione per creare dispositivi ad alta potenza più efficienti.
Man mano che cresce l'Internet delle cose industriali, queste considerazioni diventeranno ancora più importanti. Abbracciarli ora sarà la chiave del continuo successo in futuro.