Проектирование любой печатной платы является сложной задачей, особенно когда устройства становятся меньше и меньше. Высокопромеренный дизайн печатной платы еще более сложный, поскольку он имеет все одинаковые препятствия и требует дополнительного набора уникальных факторов.
Эксперты прогнозируют, что спрос на мощные устройства, вероятно, возрастет для достижения двузначных годовых темпов роста для промышленного IoT к 2030 году. Вот семь этапов для оптимизации проектирования PCB в электронике с высокой точкой для этой тенденции.

1. Размер достаточного размера кабеля
Размер линии является одним из наиболее важных конструктивных соображений для высоких текущих печатных плат. Медная проводка имеет тенденцию быть миниатюрной для более компактных конструкций, но это не работает в более высоких токах. Небольшое поперечное сечение может привести к потере мощности за счет тепловой рассеяния, поэтому требуется соответствующим образом большой размер дорожки.
Вы можете изменить площадь поперечного сечения провода, отрегулируя два фактора: ширину провода и толщину меди. Балансировка этих двух является ключом к снижению энергопотребления и поддержанию идеального размера платы.
Используйте калькулятор ширины линии PCB, чтобы узнать, какие ширины и толщины поддерживают тип тока, необходимого для вашего устройства. При использовании этих инструментов будьте осторожны, чтобы спроектировать размер проводки для поддержки более высоких токов, чем вы думаете.

2. Повторная компонента размещение
Компонентный макет является еще одним ключевым соображением в конструкции с высокой точкой печатной платы. Местные и подобные компоненты генерируют много тепла, поэтому важно держать их в качестве изолированных от других горячих или чувствительных к температуре пятен, насколько это возможно. Это не всегда легко при работе с уменьшенными форм -факторами.
Усилители и преобразователи должны храниться на соответствующем расстоянии от МОСФЕЙ и других нагревательных элементов. Хотя может быть заманчиво поддерживать зону высокой мощности на краю, это не позволяет равномерно распределить температуру. Вместо этого они расположены по прямым линиям через доску, чтобы сохранить энергию, что делает тепло более равномерным.
Сначала подходя к наиболее влиятельным областям, легче определить идеальные компоненты. Во-первых, определите идеальное место для высокотемпературных компонентов. Как только вы узнаете, куда их положить, вы можете использовать остальные, чтобы заполнить пробелы.

3. Оптимизируйте управление рассеянием тепла
Аналогичным образом, высокие текущие ПКБ также требуют тщательного теплового управления. Для большинства применений это означает поддержание внутренней температуры ниже 130 градусов по Цельсию для температуры стеклования ламинатов FR4. Оптимизация размещения компонентов поможет, но ваши шаги минимизации тепла должны оставаться на этом.
Естественного конвекционного охлаждения может быть достаточным для меньших платы потребительских электроники, но может быть недостаточно для применений с более высокой мощностью. Механические радиаторы могут быть необходимы. Активное охлаждение, такое как вентиляторы или системы жидкого охлаждения вокруг MOSFET также помогает. Тем не менее, некоторые конструкции устройства могут быть недостаточно большими для размещения традиционных радиаторов или активного охлаждения.
Для меньших, но высокопроизводительных ПХБ рассеяние тепла через отверстия являются полезной альтернативой. Высокопроводящий металл с серией выложенных отверстий будет удалять тепло из MOSFET или аналогичных компонентов, прежде чем он достигнет более чувствительных областей.

4. Используйте правильные материалы
Выбор материала будет иметь большую пользу при оптимизации теплового управления и обеспечения того, чтобы компоненты могли противостоять более высоким токам. Это относится к компонентам и субстратам PCB.
Хотя FR4 является наиболее распространенным субстратом, это не всегда лучший выбор для конструкций печатных плат с высокой точкой. Металлические печатные платы могут быть идеальными, потому что они уравновешивают изоляцию и экономическую эффективность субстратов, таких как FR4, с прочностью и смещением температуры высокопроводных металлов. В качестве альтернативы, некоторые производители делают специальные теплостойчивые ламинаты, которые вы можете рассмотреть.
Опять же, вы должны использовать только компоненты с высокими значениями теплового сопротивления. Иногда это означает выбор материалов, которые более теплостойчивы, в то время как в других случаях это означает использование более толстых компонентов одного и того же материала. Какой вариант лучше всего зависит от размера вашей печатной платы, бюджета и доступных поставщиков.

5. Приведите процесс контроля качества
Надежность высокопрочных ПХБ также является вопросом поиска ошибок в производстве. Если производственный процесс не может найти дефектов, которые компенсируют его преимущества, то вышеуказанные четырех вариантов дизайна не принесут большого улучшения. Более надежные проверки качества для итераций прототипа также важны.
Использование правильных инструментов для оценки качества печатной платы является одним из наиболее важных соображений в этой области. Цифровые оптические компараторы как шаблоны и покрытия превосходят традиционные методы, поскольку они растягиваются и искажаются с течением времени, препятствуя их надежности. Вы также должны рассмотреть инструменты, которые легко автоматизируют, чтобы минимизировать риск человеческой ошибки.
Независимо от конкретных методов и методов, которые вы используете, отслеживание всех дефектов имеет решающее значение. Со временем эти данные могут выявить тенденции в возникновении проблем, обеспечивая более надежные изменения в проектировании ПХБ.

6. Производительность
Подобный, но часто упускаемый из виду фактор в проектировании печатных плат с высоким содержанием тока обеспечивает простоту производства. Если производственные ошибки настолько распространены, что устройство редко соответствует спецификациям на бумаге, не имеет значения, насколько надежным является PCB в теории.
Решение состоит в том, чтобы избежать чрезмерно сложных или сложных конструкций, насколько это возможно. При разработке высокопрочных ПХБ есть в виду процесс производства, учитывая, как эти рабочие процессы могут их производить и какие проблемы могут возникнуть. Чем проще вы можете сделать без ошибок продуктов, тем более надежными они будут.
Этот шаг требует тесного сотрудничества с заинтересованными сторонами. Если вы не обращаетесь с производством, включите своих производственных партнеров на этап проектирования, чтобы получить их вклад в потенциальные проблемы с производством.

7. Используйте технологии в ваших интересах
Новые методы планирования и производства могут облегчить уравновешивание этих соображений. 3D -печать вводит большую гибкость проектирования для поддержки более сложных макетов печатных плат без ошибок производства. Его точность также позволяет вам гарантировать, что проводка меди следует за кривой, а не под прямым углом, чтобы уменьшить его длину и минимизировать энергопотребление
Искусственный интеллект - еще одна технология, которую стоит изучить. Инструменты AI PCB могут автоматически размещать компоненты или выделять потенциальные проблемы с проектированием, чтобы предотвратить появление ошибок в реальном мире. Подобные решения могут имитировать различные тестовые среды для оценки производительности ПХБ перед созданием физических прототипов.

Высокая текущая дизайн печатных плат требует осторожности
Разработка надежной высокопрочной печатной платы нелегко, но это не невозможно. Следуя этим семи шагам поможет вам оптимизировать процесс проектирования для создания более эффективных мощных устройств.
По мере роста промышленного интернета вещей эти соображения станут еще более важными. Охватывание их сейчас станет ключом к дальнейшему успеху в будущем.