Thiết kế bất kỳ PCB nào là thách thức, đặc biệt là khi các thiết bị ngày càng nhỏ hơn. Thiết kế PCB hiện tại cao thậm chí còn phức tạp hơn vì nó có tất cả các trở ngại giống nhau và đòi hỏi một bộ các yếu tố độc đáo bổ sung để xem xét.
Các chuyên gia dự đoán rằng nhu cầu về các thiết bị công suất cao có thể sẽ tăng lên để đạt được tốc độ tăng trưởng hàng năm hai chữ số cho IoT công nghiệp vào năm 2030. Dưới đây là bảy bước để tối ưu hóa thiết kế PCB trong thiết bị điện tử hiện tại cao cho xu hướng này.

1. Độ tăng kích thước cáp đủ
Kích thước dòng là một trong những cân nhắc thiết kế quan trọng nhất đối với PCB hiện tại cao. Hệ thống dây đồng có xu hướng được thu nhỏ cho các thiết kế nhỏ gọn hơn, nhưng điều này không hoạt động ở các dòng điện cao hơn. Một mặt cắt nhỏ có thể dẫn đến mất điện thông qua sự tản nhiệt, do đó, một kích thước theo dõi lớn phù hợp là bắt buộc.
Bạn có thể thay đổi diện tích mặt cắt ngang của dây bằng cách điều chỉnh hai yếu tố: chiều rộng của dây và độ dày của đồng. Cân bằng hai cái này là chìa khóa để giảm mức tiêu thụ năng lượng và duy trì kích thước PCB lý tưởng.
Sử dụng máy tính chiều rộng dòng PCB để tìm hiểu độ rộng và độ dày nào hỗ trợ loại dòng điện cần thiết cho thiết bị của bạn. Khi sử dụng các công cụ này, hãy cẩn thận để thiết kế kích thước dây để hỗ trợ các dòng điện cao hơn bạn nghĩ.

2.Rethink vị trí thành phần
Bố cục thành phần là một xem xét quan trọng khác trong thiết kế PCB hiện tại cao. MOSFETS và các thành phần tương tự tạo ra rất nhiều nhiệt, vì vậy điều quan trọng là phải giữ chúng được phân lập với các điểm nóng hoặc nhạy cảm với nhiệt độ khác càng tốt. Điều này không phải lúc nào cũng dễ dàng khi xử lý các yếu tố hình thức giảm.
Bộ khuếch đại và bộ chuyển đổi nên được giữ ở một khoảng cách thích hợp từ MOSFET và các yếu tố gia nhiệt khác. Mặc dù có thể hấp dẫn khi duy trì vùng công suất cao ở rìa, nhưng điều này không cho phép phân phối nhiệt độ đồng đều. Thay vào đó, chúng được đặt theo các đường thẳng trên bảng để giữ lại năng lượng, điều này làm cho sức nóng đồng đều hơn.
Bằng cách tiếp cận các khu vực có ảnh hưởng nhất trước tiên, việc xác định các thành phần lý tưởng hơn sẽ dễ dàng hơn. Đầu tiên, xác định vị trí lý tưởng cho các thành phần nhiệt độ cao. Khi bạn biết nơi để đặt chúng, bạn có thể sử dụng phần còn lại để điền vào các khoảng trống.

3. Tối đa hóa quản lý tản nhiệt
Tương tự, PCB hiện tại cao cũng yêu cầu quản lý nhiệt cẩn thận. Đối với hầu hết các ứng dụng, điều này có nghĩa là giữ cho nhiệt độ bên trong dưới 130 độ C, cho nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh của các lớp FR4. Tối ưu hóa vị trí thành phần sẽ giúp ích, nhưng các bước giảm thiểu nhiệt của bạn phải dừng ở đó.
Làm mát đối lưu tự nhiên có thể đủ cho PCB điện tử tiêu dùng nhỏ hơn, nhưng có thể không đủ cho các ứng dụng năng lượng cao hơn. Bộ tản nhiệt cơ học có thể là cần thiết. Làm mát tích cực như quạt hoặc hệ thống làm mát lỏng xung quanh MOSFET cũng giúp ích. Tuy nhiên, một số thiết kế thiết bị có thể không đủ lớn để phù hợp với bộ tản nhiệt truyền thống hoặc làm mát tích cực.
Đối với PCB nhỏ hơn nhưng hiệu suất cao, sự tản nhiệt thông qua các lỗ là một sự thay thế hữu ích. Một kim loại dẫn điện cao với một loạt các lỗ được đổ sẽ loại bỏ nhiệt từ MOSFET hoặc các thành phần tương tự trước khi nó đạt đến các khu vực nhạy cảm hơn.

4. Sử dụng đúng vật liệu
Lựa chọn vật liệu sẽ có lợi ích lớn khi tối ưu hóa quản lý nhiệt và đảm bảo rằng các thành phần có thể chịu được dòng điện cao hơn. Điều này áp dụng cho các thành phần PCB và chất nền.
Mặc dù FR4 là chất nền phổ biến nhất, nhưng nó không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất cho các thiết kế PCB hiện tại cao. PCB lõi kim loại có thể là lý tưởng vì chúng cân bằng cách điện và hiệu quả chi phí của các chất nền như FR4 với độ dịch chuyển và nhiệt độ của các kim loại dẫn điện cao. Ngoài ra, một số nhà sản xuất tạo ra các lớp chịu nhiệt đặc biệt mà bạn có thể xem xét.
Một lần nữa, bạn chỉ nên sử dụng các thành phần có giá trị điện trở nhiệt cao. Đôi khi, điều này có nghĩa là chọn các vật liệu có khả năng chịu nhiệt hơn, trong khi trong các trường hợp khác, điều đó có nghĩa là sử dụng các thành phần dày hơn của cùng một vật liệu. Tùy chọn nào là tốt nhất phụ thuộc vào quy mô PCB, ngân sách và nhà cung cấp có sẵn của bạn.

5. Yêu cầu quy trình kiểm soát chất lượng
Độ tin cậy của PCB dòng điện cao cũng là vấn đề tìm ra lỗi trong sản xuất. Nếu quy trình sản xuất không thể tìm thấy và giải quyết các khiếm khuyết bù đắp lợi thế của nó, thì bốn lựa chọn thiết kế trên sẽ không mang lại nhiều cải tiến. Kiểm tra chất lượng đáng tin cậy hơn cho các lần lặp nguyên mẫu cũng rất quan trọng.
Sử dụng các công cụ phù hợp để đánh giá chất lượng của PCB là một trong những cân nhắc quan trọng nhất trong lĩnh vực này. Các bộ so sánh quang kỹ thuật số như các mẫu và lớp phủ vượt trội hơn các phương pháp truyền thống khi chúng kéo dài và bóp méo theo thời gian, cản trở độ tin cậy của chúng. Bạn cũng nên xem xét các công cụ dễ dàng tự động hóa để giảm thiểu rủi ro lỗi của con người.
Bất kể các phương pháp và kỹ thuật cụ thể bạn sử dụng, việc theo dõi tất cả các lỗi là rất quan trọng. Theo thời gian, dữ liệu này có thể tiết lộ xu hướng trong sự xuất hiện của các vấn đề, cung cấp các thay đổi thiết kế PCB đáng tin cậy hơn.

6. Thiết kế khả năng sản xuất
Một yếu tố tương tự nhưng thường bị bỏ qua trong thiết kế PCB hiện tại cao là đảm bảo dễ sản xuất. Nếu các lỗi sản xuất phổ biến đến mức thiết bị hiếm khi đáp ứng các thông số kỹ thuật trên giấy, thì PCB không quan trọng như thế nào về lý thuyết.
Giải pháp là để tránh các thiết kế quá phức tạp hoặc phức tạp càng nhiều càng tốt. Khi thiết kế PCB hiện tại cao, hãy ghi nhớ quá trình sản xuất của bạn, xem xét làm thế nào các quy trình công việc này có thể tạo ra chúng và những vấn đề có thể phát sinh. Bạn càng dễ dàng tạo ra các sản phẩm không có lỗi, chúng sẽ càng đáng tin cậy.
Bước này yêu cầu hợp tác chặt chẽ với các bên liên quan sản xuất. Nếu bạn không xử lý việc sản xuất nội bộ, liên quan đến các đối tác sản xuất của bạn trong giai đoạn thiết kế để có được đầu vào của họ về các vấn đề sản xuất tiềm năng.

7. Sử dụng công nghệ cho lợi thế của bạn
Kỹ thuật lập kế hoạch và sản xuất mới có thể làm cho việc cân bằng những cân nhắc này dễ dàng hơn. In 3D giới thiệu tính linh hoạt thiết kế hơn để hỗ trợ bố cục PCB phức tạp hơn mà không có lỗi sản xuất. Độ chính xác của nó cũng cho phép bạn đảm bảo rằng hệ thống dây đồng theo một đường cong thay vì một góc vuông để giảm chiều dài của nó và giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng
Trí tuệ nhân tạo là một công nghệ khác đáng để điều tra. Các công cụ AI PCB có thể tự động đặt các thành phần hoặc làm nổi bật các vấn đề thiết kế tiềm năng để ngăn chặn lỗi xuất hiện trong thế giới thực. Các giải pháp tương tự có thể mô phỏng các môi trường thử nghiệm khác nhau để đánh giá hiệu suất của PCB trước khi tạo ra các nguyên mẫu vật lý.

Thiết kế PCB hiện tại cao đòi hỏi phải thận trọng
Thiết kế PCB hiện tại cao đáng tin cậy là không dễ dàng, nhưng không phải là không thể. Theo bảy bước này sẽ giúp bạn tối ưu hóa quy trình thiết kế của mình để tạo ra các thiết bị công suất cao hiệu quả hơn.
Khi Internet công nghiệp của mọi thứ phát triển, những cân nhắc này sẽ trở nên quan trọng hơn nữa. Nắm bắt chúng bây giờ sẽ là chìa khóa để tiếp tục thành công trong tương lai.