Σχεδιασμός PCB με Βαρύ Χαλκό για Εφαρμογές Υψηλού Ρεύματος: Ένας Ολοκληρωμένος Οδηγός

Φωτογραφίες ανθρωποποιημένες από τους πελάτες

Στην ηλεκτρονική υψηλής ισχύος –από τους μετατροπείς ηλεκτρικών οχημάτων (EV) έως τις κινητήρες βιομηχανικών κινητήρων – τα τυποποιημένα PCB χαλκού 1 ουγκιάς δεν είναι αρκετά.Αυτά τα συστήματα απαιτούν PCB που μπορούν να χειριστούν ρεύματα 30A έως 200A χωρίς υπερθέρμανσηΕισάγετε βαριά PCB χαλκού: που ορίζονται από ίχνη χαλκού και επίπεδα πάχους 3oz (105μm) ή μεγαλύτερο,Είναι σχεδιασμένα για να λύσουν τις μοναδικές προκλήσεις του σχεδιασμού υψηλού ρεύματος..

Ο σχεδιασμός βαρέων PCB χαλκού δεν αφορά μόνο “χρησιμοποίηση παχύτερου χαλκού”, αλλά απαιτεί προσεκτική εξέταση της γεωμετρίας των ίχνη, της συμβατότητας υλικών, της θερμικής διαχείρισης και της κατασκευαστικότητας.Αυτός ο οδηγός αναλύει τις κρίσιμες αρχές του σχεδιασμού PCB βαρέος χαλκού για εφαρμογές υψηλού ρεύματος, από την επιλογή υλικών έως τις βέλτιστες πρακτικές διάταξης, και εξηγεί πώς να αποφευχθούν οι κοινές παγίδες.Αυτή η πηγή θα σας βοηθήσει να δημιουργήσετε αξιόπιστο, υψηλής απόδοσης πλακέτες.

Βασικά συμπεράσματα
1Τα ίχνη βαρέος χαλκού (3oz +) διαχειρίζονται 2 ̊5 φορές περισσότερο ρεύμα από το τυποποιημένο χαλκό 1oz: ένα ίχνος 3oz (105μm) μεταφέρει 30A, ενώ ένα ίχνος 10oz (350μm) υποστηρίζει 80A στο ίδιο πλάτος.

2Οι κρίσιμοι παράγοντες σχεδιασμού περιλαμβάνουν το πλάτος / πάχος των ίχνη (ακολουθώντας τα πρότυπα IPC-2221), τα σχέδια θερμικής ανακούφισης (μείωση των σημείων θερμότητας κατά 40%),και μέσω πλήρωσης (τα στερεά χάλκινα σωλήνες μεταφέρουν 3 φορές περισσότερο ρεύμα από τα επιχρισμένα σωλήνες).

3Τα υποστρώματα υψηλής Tg (≥ 170 °C) και τα κεραμικά λαμινάτα δεν είναι διαπραγματεύσιμα για σχέδια υψηλού ρεύματος, καθώς αντέχουν θερμοκρασίες λειτουργίας 150 °C και άνω.

4.Σε σύγκριση με τα τυποποιημένα PCB, τα βαριά χάλκινα σχέδια μειώνουν τη θερμική αντίσταση κατά 60% και παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των συστατικών κατά 2×3 σε συστήματα υψηλής ισχύος.

Τι καθιστά τα PCB βαρέος χαλκού ιδανικά για εφαρμογές υψηλού ρεύματος;
Τα κυκλώματα υψηλού ρεύματος παράγουν σημαντική θερμότητα (ανά τον νόμο του Τζόουλ: P = I2R), και τα τυποποιημένα PCB αγωνίζονται να εξαλείψουν αυτή την ενέργεια.

α.Λιγότερη ηλεκτρική αντίσταση: Ο παχύτερος χαλκός μειώνει την αντίσταση (R = ρL/A, όπου A = περιοχή της εγκάρσιας τομής), ελαχιστοποιώντας την απώλεια ισχύος και την παραγωγή θερμότητας.Ένα ίχνος χαλκού 3 ουγγιών έχει 66% λιγότερη αντίσταση από ένα ίχνος 1 ουγγιών του ίδιου πλάτους.
β.Υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα: Η θερμική αγωγιμότητα του χαλκού (401 W/m·K) είναι 1.300 φορές υψηλότερη από αυτή του FR4 (0,3 W/m·K).διαχέοντας θερμότητα μακριά από στοιχεία όπως IGBTs και MOSFETs.
c.Αυξημένη μηχανική αντοχή: Ο παχύς χαλκός (ειδικά 5oz+) αντιστέκεται στην κόπωση από θερμική κύκλωση (-40°C έως 125°C) και δονήσεις, μειώνοντας τα ίχνη ρωγμών, ένα κοινό σημείο αποτυχίας στα τυποποιημένα PCB.

Δύναμη μεταφοράς ρεύματος με πάχος βαρέος χαλκού
Η σχέση μεταξύ πάχους χαλκού και ρεύματος δεν είναι γραμμική.Παρακάτω παρατίθεται μια πρακτική αναφορά για σχέδια υψηλού ρεύματος (με βάση το IPC-2221 και τις δοκιμές του κλάδου), υπό την προϋπόθεση 25 °C περιβάλλοντος και μήκους ίχνη 10 cm):

Σημείωση: Για ρεύματα > 100A, χρησιμοποιήστε παράλληλα ίχνη (π.χ. δύο ίχνη 10oz, 1,5 mm για 200A) για να αποφευχθεί το υπερβολικό πλάτος ίχνη και τα προβλήματα κατασκευής.

Κριτικές αρχές σχεδιασμού για PCB βαρέος χαλκού
Ο σχεδιασμός βαρέων PCB χαλκού για υψηλό ρεύμα απαιτεί ισορροπία μεταξύ ηλεκτρικής απόδοσης, θερμικής διαχείρισης και κατασκευαστικότητας.

1. Υπολογίστε το πλάτος και το πάχος του ίχνη για το στόχο ρεύμα
Το θεμέλιο του σχεδιασμού υψηλού ρεύματος είναι το μέγεθος των ίχνη για να χειριστεί το αναμενόμενο ρεύμα χωρίς υπερθέρμανση.

α.Ακολουθήστε τα πρότυπα IPC-2221: Η προδιαγραφή IPC-2221 παρέχει τύπους για το πλάτος των ίχνων με βάση το ρεύμα, την αύξηση της θερμοκρασίας και το πάχος του χαλκού.Για αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 °C (συνήθως σε σχέδια υψηλής αξιοπιστίας):
3oz χαλκό: 0,8mm πλάτος = 25A
5oz χαλκό: 0,8mm πλάτος = 38A
β.Συμμετοχή της θερμοκρασίας περιβάλλοντος: Σε θερμά περιβάλλοντα (π.χ. χώροι κινητήρα ηλεκτρικών οχημάτων, 85°C), μείωση του ρεύματος κατά 30~40% (βλέπε πίνακα παραπάνω).
c. Αποφύγετε το υπερβολικό μέγεθος: Ενώ ο παχύτερος χαλκός είναι καλύτερος για το ρεύμα, ο χαλκός 15oz+ γίνεται δύσκολο να χαραχθεί και να λαμινοποιηθεί νηστεύει σε 10oz μέγιστο για τις περισσότερες εμπορικές εφαρμογές.

Σύσταση εργαλείου: Χρησιμοποιήστε ηλεκτρονικούς υπολογιστές όπως ο υπολογιστής πλάτους ίχνη PCB (από τα κυκλώματα Sierra) ή το ενσωματωμένο εργαλείο αξιολόγησης ρεύματος του Altium για την επικύρωση του μεγέθους.

2Προτεραιότητα στη διαχείριση της θερμότητας
Ακόμη και με παχύ χαλκό, τα συστατικά υψηλού ρεύματος (π.χ. IGBT, αντίστοιχοι ισχύος) δημιουργούν σημεία καύσης.

α.Θερμικά πακέτα ανακούφισης: Συνδέστε τα εξαρτήματα ισχύος σε βαριά αεροπλάνα χαλκού χρησιμοποιώντας θερμικά πακέτα ανακούφισης με σχισμές που εξισορροπούν τη μεταφορά θερμότητας και τη συγκολλητικότητα.Ένα 5mm × 5mm θερμική ανάπαυση pad για ένα TO-220 συστατικό μειώνει τη θερμοκρασία hotspot κατά 40% έναντι. ένα στερεό μαξιλάρι.
Β.Στρώματα χαλκού για τη διάδοση της θερμότητας: Χρησιμοποιήστε 3 ̊5oz αεροπλάνα χαλκού (όχι μόνο ίχνη) κάτω από τα εξαρτήματα ισχύος.
γ.Θερμικές διάδρομοι: Προσθήκη θερμικών διαδρόμων γεμάτων χαλκό (0,3·0,5 mm διάμετρος) γύρω από ζεστά στοιχεία για τη μεταφορά θερμότητας στα εσωτερικά/εξωτερικά επίπεδα.Διαστημικοί διάδρομοι διαχωρισμένοι σε απόσταση 1-2 mm για τη μέγιστη απόδοση 10 θερμικοί διάδρομοι μειώνουν τη θερμοκρασία του συστατικού κατά 15-20 °C.
d. Αποφύγετε τις συστολές των ίχνη: Η σύσφιξη ενός ίχνη 10oz, 1,5mm σε 0,8mm για έναν συνδετήρα δημιουργεί ένα κόπο, αυξάνοντας τη θερμοκρασία κατά 25°C. Χρησιμοποιήστε σταδιακές συστολές (ανάλογα με την αναλογία 1:3) εάν είναι απαραίτητες αλλαγές πλάτους.

Μελέτη περίπτωσης: Μια βιομηχανική παροχή ηλεκτρικής ενέργειας 50A που χρησιμοποιεί αεροπλάνα χαλκού 5oz και 12 θερμικούς διαδρόμους μείωσε τη θερμοκρασία διασύνδεσης IGBT από 120 °C σε 85 °C, επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων από 3 χρόνια σε 7 χρόνια.

3. Βελτιστοποίηση μέσω σχεδιασμού για υψηλό ρεύμα
Οι δρομές συχνά παραβλέπονται στον σχεδιασμό υψηλού ρεύματος, αλλά είναι κρίσιμες για τη σύνδεση στρωμάτων και τη μεταφορά ρεύματος:

α. Χρησιμοποιήστε σχοινιά γεμάτα χαλκό: τα τυποποιημένα σχοινιά (25 μm χαλκό) φέρουν 10 ̊15A· τα σφαιρίδια γεμάτα χαλκό (στερεός πυρήνας χαλκού) φέρουν 30 ̊50A, ανάλογα με τη διάμετρο.5 mm γεμάτο μέσω φορητών 35A ̇ ιδανικό για διασυνδέσεις EV BMS.
β.Αύξηση διάμετρου διαδρόμου: Για ρεύματα > 50A, χρησιμοποιήστε πολλαπλούς διαδρόμους (π.χ. τέσσερις διαδρόμους γεμάτους 0,5 mm για 120 A) ή μεγαλύτερους διαδρόμους (0,8 mm διάμετρος = 50 A ανά γεμάτο διαδρόμιο).
c. Αποφύγετε τα Via Stubs: Τα μη χρησιμοποιούμενα via stubs (συνήθως σε διατρυπές διάδρομους) δημιουργούν ασυμφωνίες παρεμπόδισης και θερμότητα.

4. Επιλέξτε συμβατά υλικά
Τα PCB βαρέος χαλκού απαιτούν υλικά που αντέχουν σε υψηλή θερμότητα και μηχανική πίεση:

α. Υποστρώμα (υλικό πυρήνα):
Υψηλό Tg FR4 (Tg ≥170°C): Πρότυπο για τα περισσότερα σχέδια υψηλού ρεύματος (π.χ. EV BMS). Αντέχει σε συνεχή λειτουργία 150°C και σε επαναρροή χωρίς μόλυβδο (260°C).
Κεραμικό FR4 (π.χ. Rogers RO4835): Η θερμική αγωγιμότητα 0,6 W/m·K (2 φορές υψηλότερη από το πρότυπο FR4) το καθιστά ιδανικό για συστήματα 70A+ όπως οι ηλιακοί μετατροπείς.
Μεταλλικό πυρήνα PCB (MCPCBs): Συνδυάζουν βαρύ χαλκό με πυρήνα αλουμινίου/χαλκού για θερμική αγωγιμότητα 1·5 W/m·K· που χρησιμοποιείται σε οδηγοί LED υψηλής ισχύος και μονάδες φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων.
β.Τύπος χαλκού:
Ηλεκτρολυτικός χαλκός: οικονομικά αποδοτικός για πάχους 3 ̊7 ουγκιών· κατάλληλος για τις περισσότερες εφαρμογές.
Ρολάρισμα χαλκού: υψηλότερη ευελιξία (αντιστέκεται στην ρωγμή) για 10oz+ χαλκού και ευέλικτα βαριά PCB χαλκού (π.χ. αναδιπλώσιμα καλώδια φόρτισης EV).
γ.Μάσκα συγκόλλησης: Χρησιμοποιήστε μάσκα συγκόλλησης υψηλής θερμοκρασίας (Tg ≥ 150°C) όπως η DuPont PM-3300, η οποία αντιστέκεται στην επανεξέλιξη 260°C και αποτρέπει την οξείδωση του χαλκού.

Πίνακας σύγκρισης υλικών:

5. Διαμόρφωση βέλτιστων πρακτικών για την κατασκευή
Το βαρύ χαλκό (ειδικά 7oz+) είναι πιο δύσκολο να χαραχθεί και να λαμινοποιηθεί από το κανονικό χαλκό.

α.Διάστημα μεταξύ των ίχνη: Διατηρήστε ≥ 2x πλάτος ίχνη μεταξύ των βαρέων ίχνη χαλκού για να αποφευχθούν τα προβλήματα χαρακτικής.
β.Αποκλεισμός άκρων: Να διατηρούνται ίχνη βαρέος χαλκού ≥ 1,5 mm από τις άκρες του PCB για να αποφεύγεται η αποστρωματισμός κατά τη διάρκεια της στρωματοποίησης.
c. Αποζημίωση χαρακτικής: Ο βαρύς χαλκός χαρακίζει πιο αργά· προσθέστε 0,05·0,1 mm στα πλάτη ίχνη στο σχεδιασμό σας για να υπολογίσετε την απώλεια χαρακτικής (π.χ. σχεδιάστε ένα ίχνος 1,05 mm για ένα τελικό πλάτος 1,0 mm).
δ.Εγκατάσταση συστατικών: Αποφύγετε την τοποθέτηση συστατικών SMD (π.χ. αντίσταση 0402) σε απόσταση 2 mm από ίχνη βαρέος χαλκού· η θερμότητα από τα ίχνη μπορεί να βλάψει μικρά συστατικά κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης.

Λάθος διάταξης έναντι πίνακα λύσεων:

Προηγμένες στρατηγικές σχεδιασμού για συστήματα υπερυψωμένου ρεύματος (100A+)
Για συστήματα όπως οι μετατροπείς ηλεκτρικών οχημάτων (150A+) και οι βιομηχανικοί ευθυγραμμιστές (200A+), δεν αρκεί ο βασικός σχεδιασμός βαρέος χαλκού.

1Παράλληλη διαδρομή.
Αντί για ένα μόνο ευρύ ίχνος (π.χ. 3mm 10oz), χρησιμοποιήστε 2 ̇4 παράλληλα ίχνη (π.χ. δύο ίχνη 1,5mm 10oz) για:

α.Μείωση της δυσκολίας της χαρακτικής (τα ευρεία ίχνη είναι επιρρεπή σε υποκατάσταση).
Β. Βελτίωση της διανομής ρεύματος (παράλληλα ίχνη ελαχιστοποιούν τις μεταβολές της αντίστασης).
γ. Επιτρέπει ευκολότερη τοποθέτηση των εξαρτημάτων (στερότερα ίχνη απελευθερώνουν χώρο στο σκάφος).

Κανόνας: Παράλληλα ίχνη χώρου ≥1x το πλάτος τους για να αποφευχθεί η αμοιβαία θέρμανση ∆ύο ίχνη 1,5 mm 10oz με απόσταση 1,5 mm μεταξύ τους φέρουν 160A (έναντι 80A για ένα ίχνος 1,5 mm).

2. Ενσωμάτωση των λεωφορείων
Για ρεύματα 200A +, ενσωματώστε βαριές μπάρες λεωφορείου χαλκού (15oz + χαλκού, πάχους 2 ′′ 3 mm) στο PCB:

α.Οι μπάρες των λεωφορείων λειτουργούν ως “ευρωπαϊκές οδούς ”, μεταφέροντας ρεύμα σε όλα τα σημεία χωρίς περιορισμούς.
β.Συνδέονται στη PCB ράβδοι λεωφορείου μέσω φιαλίδων γεμάτων χαλκό (διάμετρος 0,8 mm, απόσταση 5 mm) για μηχανική και ηλεκτρική σταθερότητα.

Παραδείγματος χάριν: Μια βιομηχανική κίνηση κινητήρα 250A χρησιμοποιεί μια μπάρα λεωφορείου χαλκού 20oz με 12 γεμάτες διαδρόμους, μειώνοντας την απώλεια ισχύος κατά 25% έναντι ενός σχεδιασμού μόνο ίχνη.

3Υλικά θερμικής διεπαφής (TIM)
Συνδυασμός PCB βαρέος χαλκού με TIM για τη μεταφορά θερμότητας σε εξωτερικούς απορροφητές θερμότητας:

α. Χρησιμοποιείται θερμικό λίπος (θερμική αγωγιμότητα 3·6 W/m·K) μεταξύ του PCB και του απορροφητήρα θερμότητας για συστήματα 50·100A.
β.Για τα συστήματα 100A+ χρησιμοποιήστε θερμικά pads (π.χ. Bergquist Gap Pad) με αγωγιμότητα 812 W/m·K· συμπληρώνουν κενά αέρα και διαχειρίζονται υψηλότερη πίεση.

Επιπτώσεις: Ένας μετατροπέας EV 100A με TIM μειώνει τη θερμοκρασία PCB κατά 20 °C έναντι χωρίς TIM, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του μετατροπέα κατά 3 φορές.

Συνηθισμένες Πλάκες Σχεδιασμού και Πώς Να Τις Αποφύγετε
Ακόμη και οι έμπειροι σχεδιαστές κάνουν λάθη με τα βαριά PCB χαλκού.
1Υποτιμώντας την άνοδο της θερμοκρασίας
Παγίδα: Χρησιμοποιώντας ένα ίχνος 3oz, 1.0mm για 35A (περισσότερο από την ονομασία 30A) οδηγεί σε αύξηση θερμοκρασίας 30 °C και οξείδωση ίχνη.
Διόρθωση: Χρησιμοποιήστε ένα ίχνος 5oz, 1.0mm (45A rating) ή ένα ίχνος 3oz, 1.2mm (35A rating) για να διατηρήσετε την αύξηση της θερμοκρασίας <10°C.

2Αγνοώντας το στρες θερμικού κύκλου
Πονηρία: Ο παχύς χαλκός (10oz+) και το τυποποιημένο FR4 έχουν μη συμβατούμενους συντελεστές θερμικής διαστολής (CTE), προκαλώντας ιχνοστοιχία ρωγμών μετά από 500 θερμικούς κύκλους.
Διόρθωση: Χρησιμοποιήστε τυλιγμένο χαλκό (υψηλότερη ευελιξία) και FR4 υψηλής Tg (CTE πιο κοντά στο χαλκό) για να αντέξει 1.000+ κύκλους.

3Κακή θερμική ανακούφιση.
Παγίδα: Η σύνδεση ενός πλάτους 5oz χαλκού σε ένα συστατικό με ένα στερεό πακέτο παγιδεύει τη θερμότητα, οδηγώντας σε αποτυχία της σύνδεσης συγκόλλησης.
Διόρθωση: Χρησιμοποιήστε ένα θερμικό πακέτο ανακούφισης με 4 ′′ 6 slots (κάθε ένα πλάτος 0,2 mm) για την εξισορρόπηση της μεταφοράς θερμότητας και της συγκολλητικότητας.

4. Παραβλέποντας τη δυνατότητα συγκόλλησης
Πονηρία: Τα ίχνη χαλκού 10oz+ έχουν μεγάλη θερμική μάζα, προκαλώντας την ψύξη της συγκόλλησης πολύ γρήγορα και σχηματίζοντας κρύες αρθρώσεις.
Επεξεργασία: Προθέρμανση του PCB σε 120 °C κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης και χρήση συγκόλλησης υψηλής θερμοκρασίας (π.χ. SAC305, σημείο τήξης 217 °C) με μεγαλύτερο προφίλ επανεξέτασης.

Πραγματικές εφαρμογές βαρέων PCB χαλκού σε συστήματα υψηλού ρεύματος
Τα PCB βαρέος χαλκού είναι μετασχηματιστικά σε όλες τις βιομηχανίες όπου το υψηλό ρεύμα και η αξιοπιστία είναι κρίσιμες:
1Ηλεκτρικά οχήματα και υβριδικά οχήματα
α.Ε.Ε. μετατροπείς: Μετατρέψτε την ισχύ της μπαταρίας συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενη ενέργεια για τους κινητήρες (150 ̇ 300A). Ένας μετατροπέας Tesla Model Y χρησιμοποιεί ίχνη χαλκού 5oz και φιαλίδες γεμάτες χαλκό, μειώνοντας την απώλεια ισχύος κατά 18% έναντι ενός σχεδιασμού 3oz.
β.Σύστηματα διαχείρισης μπαταρίας (BMS): Παρακολούθηση και ισορροπία των κυψελών μπαταρίας (2050A). 3 ουγκιά ίχνη χαλκού σε ένα BMS Chevrolet Bolt εξασφαλίζουν ομοιόμορφη κατανομή ρεύματος, επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας κατά 2 χρόνια.
γ.Μονούλες φόρτισης: Τα συστήματα ταχείας φόρτισης (100~200A) χρησιμοποιούν 7oz μπάρες λεωφορείου χαλκού και MCPCB αλουμινίου για να χειρίζονται υψηλά ρεύματα και να εξαλείφουν τη θερμότητα.

2Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
α.Ηλιακοί μετατροπείς: Μετατρέψτε την ηλιακή ενέργεια συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενη ενέργεια (50100A). 5oz κεραμικά γεμάτα FR4 PCB σε έναν ηλιακό μετατροπέα 10kW μειώνουν τις θερμοκρασίες των σημείων θερμότητας κατά 25 °C, βελτιώνοντας την απόδοση κατά 3%.
β.Ελέγχοντες ανεμογεννήτριων: Διαχειρίστε το ύψος και την ισχύ της ανεμογεννήτριας (80-120A). 10oz κυλιόμενα PCB χαλκού αντέχουν δονήσεις (20G) και διακυμάνσεις θερμοκρασίας (-40°C έως 85°C), μειώνοντας το κόστος συντήρησης κατά $20,000 ανά ανεμογεννήτρια ετησίως.

3Βιομηχανικά μηχανήματα
Η κινητήρα V20 της Siemens Sinamics χρησιμοποιεί επίπεδα χαλκού 5oz και θερμικούς διαδρόμους, μειώνοντας το μέγεθος της κίνησης κατά 30% σε σύγκριση με ένα τυπικό σχεδιασμό PCB.
Β.Εξοπλισμός συγκόλλησης: Παρέχει τόξα υψηλού ρεύματος (150 ̇ 200A). 15oz μπάρες λεωφορείου χαλκού σε ένα χειριστήριο μηχανής συγκόλλησης Lincoln Electric 200A χωρίς υπερθέρμανση, εξασφαλίζοντας συνεπή ποιότητα συγκόλλησης.

4. Ιατρικές συσκευές
α.Αφορητοί αποτριχωτήρες: Παρέχουν σοκ 300A (σύντομο χρονικό διάστημα).
β. Μηχανές διάλυσης: αντλίες ισχύος και θερμαντήρες (20 ̇ 40A). 3 ουγκιόνια PCB FR4 υψηλής Tg αντιστέκονται στα χημικά αποστείρωσης και διατηρούν τη σταθερότητα, πληρούν τα πρότυπα ISO 13485.

Ενημερωτικά ερωτήματα σχετικά με το σχεδιασμό βαρέων PCB χαλκού για υψηλό ρεύμα
Ε: Ποιο είναι το μέγιστο πάχος χαλκού που μπορώ να χρησιμοποιήσω για ένα βαρύ PCB χαλκού;
Α: Οι εμπορικοί κατασκευαστές υποστηρίζουν μέχρι 20oz (700μm) χαλκού, αν και 10oz είναι το πρακτικό όριο για τα περισσότερα σχέδια (15oz+ απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό χαρακτικής).Προσαρμοσμένα στρατιωτικά / αεροδιαστημικά σχέδια μπορούν να φθάσουν τα 30oz (1050μm) για ακραίες ανάγκες υψηλού ρεύματος.

Ε: Μπορούν τα PCB βαρέος χαλκού να υποστηρίζουν σήματα υψηλής ταχύτητας (π.χ. 5G);
Α: Ναι, με προσεκτικό σχεδιασμό. Χρησιμοποιήστε 3 5oz χαλκού για μονοπάτια ισχύος και 1 oz χαλκού για ίχνη υψηλής ταχύτητας (για να διατηρηθεί η ελεγχόμενη αντίσταση).1 mm για σήματα 1Gbps+.

Ε: Πώς δοκιμάζω ένα PCB βαρέος χαλκού για τις υψηλές επιδόσεις ρεύματος;
Α: Διεξάγετε τις ακόλουθες δοκιμές:

Τρέχων κύκλος: Εφαρμόστε το 120% του ονομαστικού ρεύματος για 1.000 κύκλους (-40 °C έως 125 °C) για να ελέγξετε αν υπάρχουν ίχνη ρωγμών.
Θερμική απεικόνιση: Χρησιμοποιήστε μια υπέρυθρη κάμερα για να χαρτογραφήσετε τα σημεία θερμότητας· οι θερμοκρασίες θα πρέπει να παραμένουν < 125 °C για το περιβάλλον 85 °C.
Μέτρηση αντοχής: Παρακολούθηση της αντοχής ίχνη με την πάροδο του χρόνου· αύξηση > 10% υποδηλώνει οξείδωση ή βλάβη.

Ε: Ποιο λογισμικό σχεδιασμού είναι καλύτερο για βαριά χαλκού PCB;
Ο Altium Designer και ο Cadence Allegro έχουν ενσωματωμένα εργαλεία για βαρύ χαλκό:

Altium: “Heavy Copper” ελεγκτής κανόνων σχεδιασμού (DRC) και υπολογιστής ισχύος.
Διάταξη: Μονάδες θερμικής ανάλυσης για την προσομοίωση της κατανομής της θερμότητας.

Ε: Πόσο κοστίζει ένα βαρύ PCB χαλκού σε σύγκριση με ένα κανονικό PCB;
Α: Το χαλκό 3oz κοστίζει 2 φορές περισσότερο από το 1oz· το χαλκό 10oz κοστίζει 4×5 φορές περισσότερο. Το έπαθλο αντισταθμίζεται από τη μείωση του κόστους απορρίψεως θερμότητας (30×50% εξοικονόμηση) και τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων.

Συμπεράσματα
Ο σχεδιασμός βαρέων PCB χαλκού για εφαρμογές υψηλού ρεύματος είναι μια πράξη εξισορρόπησης μεταξύ της τρέχουσας χωρητικότητας και της κατασκευαστικότητας, της θερμικής διαχείρισης και του κόστους, της αντοχής και της ακεραιότητας του σήματος.Ακολουθώντας τα πρότυπα IPC, επιλέγοντας τα σωστά υλικά, και δίνοντας προτεραιότητα στην θερμική ανακούφιση και μέσω του σχεδιασμού, μπορείτε να δημιουργήσετε πλαίσια που διαχειρίζονται 30A έως 200A ρεύματα αξιόπιστα.

Τα PCB βαρέος χαλκού δεν είναι απλά μια "αναβάθμιση" από τα τυποποιημένα PCB, είναι μια αναγκαιότητα για την επόμενη γενιά ηλεκτρονικών συσκευών υψηλής ισχύος, από ηλεκτρικά οχήματα έως συστήματα ανανεώσιμης ενέργειας.Η ζήτηση για έξυπνα, ο αποτελεσματικός σχεδιασμός βαρέος χαλκού θα αυξηθεί μόνο, καθιστώντας την μια κρίσιμη δεξιότητα για τους μηχανικούς και τους κατασκευαστές.

Το κλειδί για την επιτυχία; Μην υπερβολική μηχανική (π.χ., χρησιμοποιώντας 10oz χαλκού για ένα σχέδιο 20A) ή υπο-μηχανική (π.χ., 3oz για 40A).,Με αυτά τα βήματα, θα κατασκευάσετε PCB που λειτουργούν υπό πίεση κυριολεκτικά.