Herhangi bir PCB tasarlamak zordur, özellikle cihazlar gittikçe küçüldükçe. Yüksek akımlı PCB tasarımı daha da karmaşıktır, çünkü aynı engellere sahiptir ve dikkate alınması gereken ek bir benzersiz faktörler gerektirir.
Uzmanlar, yüksek güçlü cihazlara olan talebin, 2030 yılına kadar endüstriyel IoT için çift haneli yıllık büyüme oranları elde etmek için artacağını tahmin ediyorlar. İşte bu eğilim için yüksek akım elektroniklerde PCB tasarımını optimize etmek için yedi adım.

1. Yeterli kablo boyutu
Hat boyutu, yüksek akım PCB'ler için en önemli tasarım hususlarından biridir. Bakır kablolama daha kompakt tasarımlar için minyatürleştirme eğilimindedir, ancak bu daha yüksek akımlarda çalışmaz. Küçük bir kesit, ısı dağılımı yoluyla güç kaybına yol açabilir, bu nedenle uygun bir şekilde büyük bir yol boyutu gereklidir.
İki faktörü ayarlayarak telin kesit alanını değiştirebilirsiniz: telin genişliği ve bakırın kalınlığı. Bu ikisini dengelemek, güç tüketimini azaltmanın ve ideal PCB boyutunu korumanın anahtarıdır.
Hangi genişliklerin ve kalınlıkların cihazınız için gerekli akım türünü desteklediğini öğrenmek için PCB hattı genişliği hesap makinesini kullanın. Bu araçları kullanırken, ihtiyacınız olduğundan daha yüksek akımları desteklemek için kablo boyutunu tasarlamaya dikkat edin.

2. Bileşen Yerleştirmeyi Yetetin
Bileşen düzeni, yüksek akımlı PCB tasarımında bir başka önemli husustur. MOSFET'ler ve benzer bileşenler çok fazla ısı üretir, bu nedenle onları mümkün olduğunca diğer sıcak veya sıcaklığa duyarlı noktalardan izole etmek önemlidir. Azaltılmış form faktörleriyle uğraşırken bu her zaman kolay değildir.
Amplifikatörler ve dönüştürücüler MOSFET'lerden ve diğer ısıtma elemanlarından uygun bir mesafede tutulmalıdır. Kenarda yüksek bir güç bölgesi korumak cazip gelse de, bu düzgün bir sıcaklık dağılımına izin vermez. Bunun yerine, enerjiyi korumak için tahta boyunca düz çizgilere yerleştirilirler, bu da ısıyı daha da eşit hale getirir.
Önce en etkili alanlara yaklaşarak, ideal bileşenleri belirlemek daha kolaydır. İlk olarak, yüksek sıcaklık bileşenleri için ideal yeri belirleyin. Onları nereye koyacağınızı öğrendikten sonra, boşlukları doldurmak için geri kalanını kullanabilirsiniz.

3. Isı Dağılımı Yönetimini Optimize Edin
Benzer şekilde, yüksek akım PCB'ler de dikkatli termal yönetim gerektirir. Çoğu uygulama için bu, iç sıcaklığı FR4 laminatlarının cam geçiş sıcaklığı için 130 santigrat derecenin altında tutmak anlamına gelir. Bileşen yerleştirmeyi optimize etmek yardımcı olacaktır, ancak ısı minimizasyon adımlarınız orada durmalıdır.
Doğal konveksiyon soğutma, daha küçük tüketici elektronik PCB'leri için yeterli olabilir, ancak daha yüksek güç uygulamaları için yeterli olmayabilir. Mekanik radyatörler gerekli olabilir. MOSFET'lerin etrafındaki fanlar veya sıvı soğutma sistemleri gibi aktif soğutma da yardımcı olur. Bununla birlikte, bazı cihaz tasarımları geleneksel radyatörleri veya aktif soğutmayı barındıracak kadar büyük olmayabilir.
Daha küçük ancak yüksek performanslı PCB'ler için, deliklerden ısı dağılımı yararlı bir alternatiftir. Bir dizi deliğe sahip oldukça iletken bir metal, daha hassas alanlara ulaşmadan önce mosfetlerden veya benzeri bileşenlerden ısıyı giderir.

4. Doğru malzemeleri kullanın
Termal yönetimi optimize ederken ve bileşenlerin daha yüksek akımlara dayanabilmesini sağlarken malzeme seçimi büyük fayda sağlayacaktır. Bu PCB bileşenleri ve substratlar için geçerlidir.
FR4 en yaygın substrat olmasına rağmen, yüksek akımlı PCB tasarımları için her zaman en iyi seçim değildir. Metal çekirdekli PCB'ler ideal olabilir, çünkü FR4 gibi substratların yalıtım ve maliyet etkinliğini, yüksek iletken metallerin mukavemeti ve sıcaklık yer değiştirmesi ile dengelemektedir. Alternatif olarak, bazı üreticiler dikkate alabileceğiniz özel ısıya dayanıklı laminatlar yaparlar.
Yine, yalnızca yüksek termal direnç değerlerine sahip bileşenler kullanmalısınız. Bazen bu, daha ısıya dayanıklı malzemelerin seçilmesi anlamına gelirken, diğer durumlarda aynı malzemenin daha kalın bileşenlerini kullanmak anlamına gelir. Hangi seçenek en iyi PCB boyutunuza, bütçenize ve mevcut tedarikçilerinize bağlıdır.

5. Kalite Kontrol Sürecini Yattırın
Yüksek akımlı PCB'lerin güvenilirliği de üretimde hata bulma meselesidir. Üretim süreci avantajlarını dengeleyen kusurları bulamaz ve ele alamazsa, yukarıdaki dört tasarım seçeneği çok fazla iyileşme sağlamaz. Prototip yinelemeleri için daha güvenilir kalite kontrolleri de önemlidir.
Bir PCB'nin kalitesini değerlendirmek için doğru araçları kullanmak, alandaki en önemli hususlardan biridir. Şablonlar ve kaplamalar olarak dijital optik karşılaştırıcılar, güvenilirliklerini engelleyerek zaman içinde gerildikleri ve bozuldukça geleneksel yöntemlerden daha iyi performans gösterir. Ayrıca, insan hatası riskini en aza indirmek için otomatikleştirilmesi kolay araçları da göz önünde bulundurmalısınız.
Kullandığınız belirli yöntem ve tekniklerden bağımsız olarak, tüm kusurları izlemek kritiktir. Zamanla, bu veriler daha güvenilir PCB tasarım değişiklikleri sağlayarak sorunların ortaya çıkmasında eğilimleri ortaya çıkarabilir.

6. Üretilebilirlik tasarımı
Yüksek akımlı PCB tasarımında benzer fakat çoğu zaman gözden kaçan bir faktör, üretim kolaylığı sağlamaktır. Üretim hataları o kadar yaygınsa, cihaz kağıt üzerindeki özellikleri nadiren karşılayacaksa, PCB'nin teoride ne kadar güvenilir olduğu önemli değildir.
Çözüm, aşırı karmaşık veya karmaşık tasarımları mümkün olduğunca önlemektir. Yüksek akımlı PCB'ler tasarlarken, bu iş akışlarının bunları nasıl üretebileceğini ve hangi sorunların ortaya çıkabileceğini göz önünde bulundurarak üretim sürecinizi aklınızda bulundurun. Hatasız ürünler ne kadar kolay yapabilirsiniz, o kadar güvenilir olur.
Bu adım, üretim paydaşlarıyla yakın işbirliği gerektirir. Şirket içi üretimi ele almıyorsanız, potansiyel üretilebilirlik sorunları üzerindeki girdilerini elde etmek için üretim ortaklarınızı tasarım aşamasına dahil edin.

7. Teknolojiyi kendi yararınıza kullanın
Yeni planlama ve üretim teknikleri bu hususları dengelemeyi kolaylaştırabilir. 3D baskı, üretim hataları olmadan daha karmaşık PCB düzenlerini desteklemek için daha fazla tasarım esnekliği getirir. Hassasiyeti, bakır kablolamanın uzunluğunu azaltmak ve güç tüketimini en aza indirmek için bir dik açı yerine bir eğri izlediğinden emin olmanızı sağlar.
Yapay zeka araştırmaya değer başka bir teknolojidir. AI PCB araçları, gerçek dünyada hataların görünmesini önlemek için bileşenleri otomatik olarak yerleştirebilir veya potansiyel tasarım sorunlarını vurgulayabilir. Benzer çözümler, fiziksel prototipler üretmeden önce PCB'lerin performansını değerlendirmek için farklı test ortamlarını simüle edebilir.

Yüksek akım PCB tasarımı dikkat gerektirir
Güvenilir bir yüksek akımlı PCB tasarlamak kolay değildir, ancak imkansız değildir. Bu yedi adımı takip etmek, daha verimli yüksek güçlü cihazlar oluşturmak için tasarım sürecinizi optimize etmenize yardımcı olacaktır.
Nesnelerin Endüstriyel İnterneti büyüdükçe, bu düşünceler daha da önemli hale gelecektir. Onları şimdi kucaklamak, gelecekte başarının devam etmesinin anahtarı olacaktır.