Oblikovanje katerega koli PCB je zahtevno, še posebej, ker naprave postajajo manjše in manjše. Oblikovanje PCB z visokim tokom je še bolj zapleteno, saj ima vse enake ovire in zahteva dodaten nabor edinstvenih dejavnikov, ki jih je treba upoštevati.
Strokovnjaki napovedujejo, da se bo povpraševanje po napravah z visoko močjo verjetno povečalo, da bi do leta 2030 dosegle dvomestno letno stopnjo rasti za industrijski IoT. Tu je sedem korakov za optimizacijo oblikovanja PCB v visoko tovorni elektroniki za ta trend.

1. Zagotovite zadostno velikost kabla
Velikost linije je eden najpomembnejših oblikovalskih pomislekov za visoke trenutne PCB. Ožičenje bakra je ponavadi miniaturizirano za bolj kompaktne zasnove, vendar to ne deluje pri višjih tokovih. Majhen presek lahko privede do izgube energije z odvajanjem toplote, zato je potrebna ustrezna velika velikost proge.
Presek prereza žice lahko spremenite tako, da prilagodite dva dejavnika: širino žice in debelino bakra. Uravnoteženje teh dveh je ključno za zmanjšanje porabe energije in vzdrževanje idealne velikosti PCB.
Uporabite kalkulator širine črte PCB, če želite izvedeti, katere širine in debeline podpirajo vrsto toka, potrebnega za vašo napravo. Pri uporabi teh orodij bodite previdni, da oblikujete velikost ožičenja, da podpirate višje tokove, kot mislite, da potrebujete.

2. Postavite namestitev komponent
Postavitev komponent je še ena ključna pozornost pri oblikovanju PCB z visokim tokom. MOSFET in podobne komponente ustvarjajo veliko toplote, zato je pomembno, da jih ohranite čim bolj izolirane od drugih vročih ali temperaturno občutljivih točk. To ni vedno enostavno, če se ukvarjate z zmanjšanimi faktorji oblike.
Ojačevalnike in pretvornike je treba hraniti na ustrezni razdalji od MOSFET in drugih ogrevalnih elementov. Čeprav je morda mamljivo vzdrževati območje visoke moči na robu, to ne omogoča enakomerne porazdelitve temperature. Namesto tega so nameščeni v ravne črte čez ploščo, da zadržijo energijo, zaradi česar je toplota enakomerna.
S najprej se približujemo najvplivnejšim območjem, je lažje določiti idealne komponente. Najprej določite idealno lokacijo za visokotemperaturne komponente. Ko veste, kam jih dati, lahko uporabite ostalo za zapolnitev vrzeli.

3. optimizirajte upravljanje odvajanja toplote
Podobno je tudi visok tokovni PCB tudi skrbno upravljanje s toploto. Za večino aplikacij to pomeni, da je notranja temperatura pod 130 stopinj Celzija za stekleno prehodno temperaturo FR4 laminatov. Optimizacija namestitve komponent bo pomagala, vendar se morajo vaši koraki za zmanjšanje toplote tam ustaviti.
Naravno konvekcijsko hlajenje lahko zadostuje za manjše PCB potrošniške elektronike, vendar morda ne bo zadostovalo za večjo energijsko uporabo. Morda bodo potrebni mehanski radiatorji. Pomaga tudi aktivno hlajenje, kot so ventilatorji ali tekoči hladilni sistemi okoli MOSFETS. Vendar nekatere modele naprav morda niso dovolj velike, da bi lahko prilagodili tradicionalnim radiatorjem ali aktivnim hlajenjem.
Pri manjših, a visokozmogljivih PCB-jih je koristna alternativa odvajanje toplote skozi luknje. Zelo prevodna kovina z vrsto luknje bo odstranila toploto iz MOSFET ali podobnih komponent, preden doseže bolj občutljiva območja.

4. Uporabite prave materiale
Izbira materiala bo v veliko korist pri optimizaciji toplotnega upravljanja in zagotavljanju, da lahko komponente prenesejo večje tokove. To velja za komponente in substrate PCB.
Čeprav je FR4 najpogostejši substrat, ni vedno najboljša izbira za modele PCB z visokim tokom. Kovinsko jedrni PCB-ji so lahko idealni, ker uravnotežijo izolacijo in stroškovno učinkovitost substratov, kot je FR4, z močjo in temperaturno premik visoko prevodnih kovin. Nekateri proizvajalci izdelujejo posebne toplotno odporne laminate, ki jih morda upoštevate.
Spet bi morali uporabljati samo komponente z visokimi vrednostmi toplotne odpornosti. Včasih to pomeni izbiro materialov, ki so bolj odporni na toploto, v drugih primerih pa to pomeni uporabo debelejših komponent istega materiala. Katera možnost je najbolje, je odvisna od velikosti, proračuna in razpoložljivih dobaviteljev PCB.

5.Preverite postopek nadzora kakovosti
Zanesljivost visokih tokov PCB je tudi stvar iskanja napak pri proizvodnji. Če proizvodni postopek ne more najti in odpraviti napak, ki izravnajo njegove prednosti, potem zgornje štiri oblikovalske odločitve ne bodo izboljšale. Pomembni so tudi zanesljivejši pregledi kakovosti za ponovitev prototipov.
Uporaba pravih orodij za oceno kakovosti PCB je eden najpomembnejših pomislekov na tem področju. Digitalni optični primerjalniki kot predloge in prevleke presegajo tradicionalne metode, ko se sčasoma raztezajo in izkrivljajo, kar ovira njihovo zanesljivost. Razmislite tudi o orodjih, ki jih je enostavno avtomatizirati, da zmanjšate tveganje za človeške napake.
Ne glede na specifične metode in tehnike, ki jih uporabljate, je sledenje vseh pomanjkljivosti ključnega pomena. Sčasoma lahko ti podatki razkrijejo trende pri pojavu težav, kar zagotavlja zanesljivejše spremembe PCB.

6. Oblikovanje proizvodnje
Podoben, a pogosto spregledan dejavnik pri oblikovanju PCB z visokim tokom zagotavlja enostavnost proizvodnje. Če so proizvodne napake tako pogoste, da naprava redko ustreza specifikacijam na papirju, ni pomembno, kako zanesljiv je PCB teoretično.
Rešitev je, da se čim bolj izognete preveč zapletenim ali zapletenim dizajnom. Pri oblikovanju visokotokovnih PCB-jev ne pozabite na postopek izdelave, če upoštevate, kako jih lahko ti delovni tokovi ustvarijo in kakšne težave bi lahko nastale. Lažje boste lahko naredili izdelke brez napak, bolj zanesljivi bodo.
Ta korak zahteva tesno sodelovanje z zainteresiranimi stranmi. Če ne ravnate s proizvodnjo, v fazo oblikovanja vključite svoje proizvodne partnerje, da dobite svoj prispevek k morebitnim težavam iz proizvodnje.

7. uporabite tehnologijo v svojo korist
Nove tehnike načrtovanja in proizvodnje lahko olajšajo uravnoteženje teh pomislekov. 3D tiskanje uvaja več prilagodljivosti oblikovanja za podporo bolj zapletene postavitve PCB brez napak v proizvodnji. Njegova natančnost vam omogoča tudi zagotovitev, da bakreno ožičenje sledi krivulji in ne pravem kotu, da zmanjšate svojo dolžino in zmanjšate porabo energije
Umetna inteligenca je še ena tehnologija, ki jo je vredno raziskati. Orodja AI PCB lahko samodejno postavijo komponente ali izpostavijo potencialne težave z oblikovanjem, da se prepreči, da bi se napake pojavile v resničnem svetu. Podobne rešitve lahko simulirajo različna testna okolja, da ocenijo delovanje PCB, preden ustvarijo fizične prototipe.

Visoka trenutna zasnova PCB zahteva previdnost
Oblikovanje zanesljivega PCB z visokim tokom ni enostavno, vendar ni nemogoče. Po teh sedmih korakih vam bo pomagalo optimizirati svoj oblikovalski postopek za ustvarjanje učinkovitejših naprav z visoko močjo.
Ko bo industrijski internet stvari naraščal, bodo ti premisleki postali še pomembnejši. Če jih zdaj sprejmemo, bo ključno za nadaljnji uspeh v prihodnosti.