การออกแบบ PCB ทองแดงหนักสําหรับการใช้งานกระแสไฟฟ้าสูง: คู่มือครบวงจร

ภาพลูกค้า-anthroized

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานสูง-จากอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้า (EV) อินเวอร์เตอร์ไปจนถึงไดรฟ์มอเตอร์อุตสาหกรรม-มาตรฐาน 1oz Copper PCBs สั้น ระบบเหล่านี้ต้องการ PCBs ที่สามารถจัดการกระแส 30A ถึง 200A โดยไม่ร้อนเกินไปต้านทานการปั่นจักรยานความร้อนและรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ ป้อน PCBs ทองแดงหนัก: กำหนดโดยร่องรอยทองแดงและระนาบของ 3oz (105μm) หรือหนาขึ้นพวกเขาได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาความท้าทายที่ไม่เหมือนใครของการออกแบบปัจจุบัน

การออกแบบ PCBs ทองแดงหนักไม่ได้เกี่ยวกับ“ การใช้ทองแดงที่หนาขึ้น” - ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบเกี่ยวกับเรขาคณิตการติดตามความเข้ากันได้ของวัสดุการจัดการความร้อนและความสามารถในการผลิต คู่มือนี้แบ่งหลักการที่สำคัญของการออกแบบ PCB ทองแดงหนักสำหรับแอปพลิเคชันปัจจุบันตั้งแต่การเลือกวัสดุไปจนถึงการจัดวางแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดและอธิบายวิธีหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไป ไม่ว่าคุณจะออกแบบระบบการจัดการแบตเตอรี่ 50A EV (BMS) หรือแหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม 150A ทรัพยากรนี้จะช่วยให้คุณสร้างบอร์ดที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพสูง

ประเด็นสำคัญ
1. ความหนาของทองแดง (3oz+) ร่องรอยจัดการ 2–5x กระแสมากกว่าทองแดง 1oz มาตรฐาน: การติดตาม 3oz (105μm) มี 30a ในขณะที่การติดตาม 10oz (350μm) รองรับ 80A ในความกว้างเดียวกัน

2. ปัจจัยการออกแบบที่สำคัญรวมถึงความกว้าง/ความหนาของการติดตาม (ปฏิบัติตามมาตรฐาน IPC-2221), รูปแบบการบรรเทาความร้อน (ลดฮอตสปอตลง 40%) และผ่านการเติม

3. สารตั้งต้นสูง TG (≥170° C) และลามิเนตที่เต็มไปด้วยเซรามิกนั้นไม่สามารถต่อรองได้สำหรับการออกแบบปัจจุบันสูงเนื่องจากทนต่ออุณหภูมิการทำงาน 150 ° C+

4. เปรียบเทียบกับ PCB มาตรฐานการออกแบบทองแดงหนักลดความต้านทานความร้อน 60% และขยายอายุการใช้งานส่วนประกอบ 2-3x ในระบบพลังงานสูง

อะไรทำให้ PCB ทองแดงหนักเหมาะสำหรับการใช้งานปัจจุบัน
วงจรกระแสสูงสร้างความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ (ตามกฎของจูล: p = i²r) และ PCB มาตรฐานต่อสู้เพื่อกระจายพลังงานนี้ PCB ทองแดงหนักที่อยู่นี้มีข้อได้เปรียบหลักสามประการ:

A. ความต้านทานไฟฟ้าของ Lower: ทองแดงหนาลดความต้านทาน (r = ρl/a โดยที่ A = พื้นที่ตัดขวาง) ลดการสูญเสียพลังงานและการสร้างความร้อน ร่องรอยทองแดง 3oz มีความต้านทานน้อยกว่า 66% กว่าการติดตาม 1oz ที่มีความกว้างเท่ากัน
ค่าการนำความร้อน B.Superior: การนำความร้อนของทองแดง (401 W/m · K) สูงกว่า FR4 1,300x (0.3 W/m · K) ระนาบทองแดงหนาทำหน้าที่เป็นอ่างล้างมือในตัวกระจายความร้อนออกไปจากส่วนประกอบเช่น IGBTS และ MOSFETs
C. ความทนทานเชิงกลที่ได้รับการปรับปรุง: ทองแดงหนา (โดยเฉพาะ 5 ออนซ์+) ต่อต้านความเหนื่อยล้าจากการปั่นจักรยานความร้อน (-40 ° C ถึง 125 ° C) และการสั่นสะเทือนลดการแคร็กการติดตาม-จุดล้มเหลวทั่วไปใน PCB มาตรฐาน

ความหนาของทองแดงหนักเทียบกับความสามารถในการพกพาในปัจจุบัน
ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาของทองแดงและกระแสไม่ได้เป็นเชิงเส้น - ความกว้างของการติดตามอุณหภูมิแวดล้อมและการไหลเวียนของอากาศก็มีบทบาทเช่นกัน ด้านล่างเป็นข้อมูลอ้างอิงที่เป็นประโยชน์สำหรับการออกแบบปัจจุบัน (ขึ้นอยู่กับ IPC-2221 และการทดสอบอุตสาหกรรมโดยสมมติว่า 25 ° C โดยรอบและความยาว 10 ซม.)::

หมายเหตุ: สำหรับกระแสน้ำ> 100a ใช้ร่องรอยแบบขนาน (เช่นสอง 10oz, ร่องรอย 1.5 มม. สำหรับ 200a) เพื่อหลีกเลี่ยงความกว้างของการติดตามและความท้าทายในการผลิตที่มากเกินไป

หลักการออกแบบที่สำคัญสำหรับ PCBs ทองแดงหนัก
การออกแบบ PCB ทองแดงหนักสำหรับกระแสสูงต้องการประสิทธิภาพไฟฟ้าการจัดการความร้อนและความสามารถในการผลิต ทำตามหลักการหลักเหล่านี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของคุณ:

1. คำนวณความกว้างและความหนาของการติดตามสำหรับกระแสเป้าหมาย
รากฐานของการออกแบบปัจจุบันคือการปรับขนาดร่องรอยเพื่อจัดการกระแสไฟฟ้าที่คาดหวังโดยไม่ต้องมีความร้อนสูงเกินไป ใช้แนวทางเหล่านี้:

A.Follow IPC-2221 มาตรฐาน: ข้อกำหนด IPC-2221 ให้สูตรสำหรับความกว้างของการติดตามตามปัจจุบันการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความหนาของทองแดง สำหรับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ 10 ° C (ทั่วไปในการออกแบบความน่าเชื่อถือสูง):
ทองแดง 3oz: ความกว้าง 0.8 มม. = 25a
ทองแดง 5oz: ความกว้าง 0.8 มม. = 38A
B.Account สำหรับอุณหภูมิโดยรอบ: ในสภาพแวดล้อมที่ร้อน (เช่นอ่าวเครื่องยนต์ EV, 85 ° C), derate ปัจจุบันโดย 30–40% (ดูตารางด้านบน)
C.Awoid เกินขนาด: ในขณะที่ทองแดงที่หนากว่าดีกว่าสำหรับกระแสไฟฟ้า 15oz+ ทองแดงกลายเป็นยากที่จะกัดและลามิเนต-ติดกับ 10oz สูงสุดสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่

คำแนะนำเครื่องมือ: ใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์เช่นเครื่องคิดเลขความกว้างของ PCB Trace (จากวงจรเซียร่า) หรือเครื่องมือการจัดอันดับปัจจุบันของ Altium ในตัวเพื่อตรวจสอบการปรับขนาด

2. จัดลำดับความสำคัญการจัดการความร้อน
แม้จะมีส่วนประกอบทองแดงหนา, กระแสสูง (เช่น IGBTS, ตัวต้านทานพลังงาน) สร้างฮอตสปอต ลดสิ่งนี้ด้วยกลยุทธ์เหล่านี้:

A. Thermal Relief Pads: เชื่อมต่อส่วนประกอบพลังงานเข้ากับระนาบทองแดงหนักโดยใช้รูปแบบการบรรเทาความร้อน - แผ่นรองที่สมดุลการถ่ายเทความร้อนและการประสาน แผ่นบรรเทาความร้อน 5 มม. × 5 มม. สำหรับส่วนประกอบ TO-220 ช่วยลดอุณหภูมิฮอตสปอต 40% เทียบกับแผ่นแข็ง
B.Copper ระนาบสำหรับการแพร่กระจายความร้อน: ใช้ระนาบทองแดง 3–5oz (ไม่ใช่แค่ร่องรอย) ภายใต้ส่วนประกอบพลังงาน ระนาบทองแดง 5 ออนซ์กระจายความร้อนเร็วกว่าระนาบ 3oz 2x
C.Hermal Vias: เพิ่ม vias ความร้อนที่เต็มไปด้วยทองแดง (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3–0.5 มม.) รอบ ๆ ส่วนประกอบร้อนเพื่อถ่ายโอนความร้อนไปยังระนาบด้านใน/ภายนอก พื้นที่ว่างเปล่าห่างกัน 1-2 มม. เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด - 10 Vias ความร้อนลดอุณหภูมิส่วนประกอบลง 15–20 ° C
D.Avoid Trace Strictions: การลดขนาด 10oz, 1.5 มม. ถึง 0.8 มม. สำหรับตัวเชื่อมต่อสร้างคอขวดเพิ่มอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 25 ° C ใช้ Tapers แบบค่อยเป็นค่อยไป (อัตราส่วน 1: 3) หากจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงความกว้าง

กรณีศึกษา: แหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม 50A โดยใช้ระนาบทองแดง 5 ออนซ์และความร้อน 12 จุดลดอุณหภูมิการแยก IGBT จาก 120 ° C เป็น 85 ° C ซึ่งยืดอายุการใช้งานส่วนประกอบจาก 3 ปีเป็น 7 ปี

3. ปรับให้เหมาะสมผ่านการออกแบบสำหรับกระแสสูง
Vias มักถูกมองข้ามในการออกแบบปัจจุบัน แต่มันสำคัญสำหรับการเชื่อมต่อเลเยอร์และการพกพากระแส:

A. ใช้ vias ที่เต็มไปด้วยทองแดง: Vias แพลตเตอร์มาตรฐาน (ทองแดง25μm) พกพา 10–15a; Vias ที่เต็มไปด้วยทองแดง (แกนทองแดงของแข็ง) จัดการ 30–50A ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 มม. เต็มไปด้วย 35A ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการเชื่อมต่อ EV BMS
B. เพิ่มขึ้นผ่านเส้นผ่านศูนย์กลาง: สำหรับกระแส> 50a ใช้ vias หลายตัว (เช่น vias ที่เต็มไปด้วย 0.5 มม. สี่ตัวสำหรับ 120A) หรือ vias ที่ใหญ่กว่า (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.8 มม. = 50A ต่อเติมผ่าน)
C.Ewoid ผ่าน Stubs: ไม่ได้ใช้ผ่าน Stubs (ทั่วไปใน Via Vias) สร้างความต้านทานและความร้อนที่ไม่ตรงกัน ต้นขั้วเจาะหลังหรือใช้ vias ตาบอด/ฝังสำหรับเส้นทางปัจจุบันสูง

4. เลือกวัสดุที่เข้ากันได้
PCB ทองแดงหนักต้องการวัสดุที่ทนต่อความร้อนสูงและความเครียดเชิงกล:

A.substrate (วัสดุหลัก):
High-TG FR4 (TG ≥170° C): มาตรฐานสำหรับการออกแบบปัจจุบันสูงที่สุด (เช่น EV BMS) ทนต่อการทำงานอย่างต่อเนื่อง 150 ° C และ reflow ปราศจากตะกั่ว (260 ° C)
FR4 ที่เต็มไปด้วยเซรามิก (เช่น Rogers RO4835): การนำความร้อน 0.6 W/m · K (สูงกว่า FR4 มาตรฐาน 2X) ทำให้เหมาะสำหรับระบบ 70A+ เช่นอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์
Metal-Core PCBS (MCPCBS): รวมทองแดงหนักเข้ากับแกนอลูมิเนียม/ทองแดงสำหรับการนำความร้อนที่ 1-5 W/m · K ที่ใช้ในไดรเวอร์ LED พลังงานสูงและโมดูลการชาร์จ EV
B.Copper ฟอยล์ประเภท:
ทองแดงอิเล็กโทรไลติก: ประหยัดต้นทุนสำหรับความหนา 3-7oz; เหมาะสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่
ทองแดงรีด: ความเหนียวที่สูงขึ้น
C.Solder Mask: ใช้หน้ากากประสานอุณหภูมิสูง (TG ≥150° C) เช่น Dupont PM-3300 ซึ่งต่อต้าน 260 ° C reflow และป้องกันการเกิดออกซิเดชันทองแดง

ตารางเปรียบเทียบวัสดุ:

5. แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการผลิต
ทองแดงหนัก (โดยเฉพาะ 7oz+) นั้นยากที่จะกัดและลามิเนตมากกว่าทองแดงมาตรฐาน หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดเลย์เอาต์ทั่วไปเหล่านี้:

A. การเว้นระยะห่าง: รักษาความกว้างการติดตาม≥2xระหว่างร่องรอยทองแดงหนักเพื่อป้องกันปัญหาการแกะสลัก สำหรับการติดตาม 1.0 มม. 5oz ใช้ระยะห่าง 2.0 มม.
B.Edge Clearance: เก็บร่องรอยทองแดงหนัก≥1.5มม. จากขอบ PCB เพื่อหลีกเลี่ยงการ delamination ในระหว่างการเคลือบ
การชดเชย C.Tetch: การกัดของทองแดงหนักช้ากว่า - ADD 0.05–0.1 มม. เพื่อติดตามความกว้างในการออกแบบของคุณเพื่ออธิบายการสูญเสียการแกะสลัก (เช่นการออกแบบการติดตาม 1.05 มม. สำหรับความกว้าง 1.0 มม. สุดท้าย)
การจัดวาง D.COMPONENT: หลีกเลี่ยงการวางส่วนประกอบ SMD (เช่นตัวต้านทาน 0402) ภายใน 2 มม. ของร่องรอยทองแดงหนัก - ความร้อนจากการติดตามสามารถทำลายส่วนประกอบเล็ก ๆ ระหว่างการบัดกรี

ความผิดพลาดเค้าโครงกับตารางโซลูชัน:

กลยุทธ์การออกแบบขั้นสูงสำหรับระบบปัจจุบันที่สูงเป็นพิเศษ (100A+)
สำหรับระบบเช่นอินเวอร์เตอร์ EV (150a+) และวงจรเรียงกระแสอุตสาหกรรม (200a+) การออกแบบทองแดงหนักขั้นพื้นฐานไม่เพียงพอ ใช้เทคนิคขั้นสูงเหล่านี้:

1. การกำหนดเส้นทางการติดตามแบบขนาน
แทนที่จะเป็นร่องรอยกว้างเพียงครั้งเดียว (เช่น 3 มม. 10oz) ให้ใช้ร่องรอยคู่ขนาน 2–4 (เช่นร่องรอย 1.5 มม. 10oz สองอัน) ถึง:

A. ลดความยากลำบากในการกัดกร่อน (ร่องรอยกว้างมีแนวโน้มที่จะตัดราคา)
B. ปรับปรุงการกระจายปัจจุบัน (ร่องรอยขนานลดการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน)
C. การจัดวางส่วนประกอบที่ง่ายขึ้น (ร่องรอยที่แคบขึ้นฟรีพื้นที่บอร์ด)

กฎของหัวแม่มือ: ร่องรอยขนานอวกาศ≥1xความกว้างของพวกเขาเพื่อหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนซึ่งกันและกัน - ร่องรอย 1.5 มม. 10oz ระยะห่างห่างกัน 1.5 มม. ห่างกัน 1.5 มม. พก 160A (เทียบกับ 80A สำหรับการติดตาม 1.5 มม. หนึ่งครั้ง)

2. การรวมบัสบาร์
สำหรับ 200a+ กระแสน้ำให้รวมบาร์บัสทองแดงหนัก (15oz+ ทองแดงหนา 2-3 มม.) เข้ากับ PCB:

A.Bus Bars ทำหน้าที่เป็น“ Power Highways” ซึ่งมีกระแสทั่วกระดานโดยไม่มีข้อ จำกัด การติดตาม
B.ATTACH BUS BARS ไปยัง PCB ผ่าน VIAS ที่เต็มไปด้วยทองแดง (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.8 มม. ห่างกัน 5 มม.) เพื่อความเสถียรทางกลและไฟฟ้า

ตัวอย่าง: ไดรฟ์มอเตอร์อุตสาหกรรม 250a ใช้บาร์บัสทองแดง 20oz พร้อม Vias 12 ตัวที่เต็มไปด้วยการลดการสูญเสียพลังงาน 25% เทียบกับการออกแบบตามร่องรอยเท่านั้น

3. วัสดุอินเตอร์เฟสความร้อน (TIMS)
จับคู่ PCBs ทองแดงหนักกับ TIMS เพื่อถ่ายโอนความร้อนไปยัง Sinks Heat Other:

A. ใช้จาระบีความร้อน (การนำความร้อน 3–6 W/m · K) ระหว่าง PCB และ Sink Heat Sink สำหรับระบบ 50–100a
B.for 100a+ ระบบใช้แผ่นความร้อน (เช่นแผ่นช่องว่างของเบอร์เกอร์ควิสต์) ที่มีค่าการนำไฟฟ้า 8–12 W/m · K - เติมช่องว่างอากาศและจัดการกับแรงดันที่สูงขึ้น

ผลกระทบ: อินเวอร์เตอร์ 100A EV ที่มี TIM ลดอุณหภูมิ PCB ลง 20 ° C เทียบกับ No Tim ยืดอายุการใช้งานอินเวอร์เตอร์ 3x

ข้อผิดพลาดในการออกแบบทั่วไปและวิธีหลีกเลี่ยง
แม้แต่นักออกแบบที่มีประสบการณ์ก็ทำผิดพลาดด้วย PCB ทองแดงหนัก นี่คือวิธีการจับและแก้ไข:
1. การประเมินอุณหภูมิต่ำเกินไป
หลุมพราง: การใช้การติดตาม 3oz, 1.0 มม. สำหรับ 35A (เกิน 30A คะแนน) นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ 30 ° C และการออกซิเดชันตามรอย
การแก้ไข: ใช้การติดตาม 5oz, 1.0 มม. (45A คะแนน) หรือ 3oz, การติดตาม 1.2 มม. (35A) เพื่อให้อุณหภูมิสูงขึ้น <10 ° C

2. ไม่สนใจความเครียดจากการปั่นจักรยานด้วยความร้อน
หลุมพราง: ทองแดงหนา (10oz+) และ FR4 มาตรฐานมีค่าสัมประสิทธิ์ที่ไม่ตรงกันของการขยายตัวทางความร้อน (CTE) ทำให้เกิดการแตกร้าวหลังจาก 500 รอบความร้อน
แก้ไข: ใช้ทองแดงรีด (ความเหนียวที่สูงขึ้น) และ FR4 สูง TG (CTE ใกล้กับทองแดงมากขึ้น) เพื่อทนต่อ 1,000+ รอบ

3. แย่ผ่านการบรรเทาความร้อน
หลุมพราง: การเชื่อมต่อระนาบทองแดง 5oz กับส่วนประกอบด้วยความร้อนกับดักแผ่นแข็งซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของข้อต่อ
แก้ไข: ใช้แผ่นบรรเทาความร้อนที่มีช่อง 4-6 ช่อง (แต่ละกว้าง 0.2 มม.) เพื่อปรับสมดุลการถ่ายเทความร้อนและความสามารถในการบัดกรี

4. มองเห็นการประสาน
หลุมพราง: ร่องรอยทองแดง 10oz+ มีมวลความร้อนขนาดใหญ่ทำให้การบัดกรีเย็นเร็วเกินไปและสร้างข้อต่อเย็น
การแก้ไข: เปิด PCB ถึง 120 ° C ในระหว่างการบัดกรีและใช้บัดกรีอุณหภูมิสูง (เช่น SAC305, จุดหลอมเหลว 217 ° C) ด้วยโปรไฟล์การรีมอนที่ยาวขึ้น

แอปพลิเคชั่นในโลกแห่งความเป็นจริงของ PCB ทองแดงหนักในระบบปัจจุบัน
PCB ทองแดงหนักมีการเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรมที่มีกระแสสูงและความน่าเชื่อถือมีความสำคัญ:
1. ยานพาหนะไฟฟ้า (EVs) และไฮบริด EVS
A.EV อินเวอร์เตอร์: แปลงพลังงานแบตเตอรี่ DC เป็น AC สำหรับมอเตอร์ (150–300A) Tesla Model Y Inverter ใช้ร่องรอยทองแดง 5oz และ Vias ที่เต็มไปด้วยทองแดงลดการสูญเสียพลังงาน 18% เทียบกับการออกแบบ 3oz
B.Battery Management Systems (BMS): ตรวจสอบและปรับสมดุลเซลล์แบตเตอรี่ (20–50A) ร่องรอยทองแดง 3oz ใน BMS เชฟโรเลต BMS ให้ความมั่นใจในการกระจายกระแสที่สม่ำเสมอยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ 2 ปี
C. Charging โมดูล: ระบบชาร์จอย่างรวดเร็ว (100–200A) ใช้บาร์บัสทองแดง 7oz และ MCPCBs อลูมิเนียมเพื่อจัดการกระแสน้ำสูงและกระจายความร้อน

2. พลังงานหมุนเวียน
A.Solar Inverters: แปลงพลังงานแสงอาทิตย์ DC เป็น AC (50–100A) FR4 PCBs ที่เต็มไปด้วยเซรามิก 5oz ในอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ 10kW ลดอุณหภูมิฮอตสปอตลง 25 ° C ปรับปรุงประสิทธิภาพ 3%
B.Wind Turbine Controllers: จัดการระดับเสียงกังหันและพลังงาน (80–120a) PCB ทองแดงรีด 10 ออนซ์ทนต่อการสั่นสะเทือน (20G) และการแกว่งอุณหภูมิ (-40 ° C ถึง 85 ° C) ลดต้นทุนการบำรุงรักษาลง $ 20,000 ต่อกังหันต่อปี

3. เครื่องจักรอุตสาหกรรม
A.Motor Drives: ควบคุมความเร็วมอเตอร์ AC (30–80A) ไดรฟ์ซีเมนส์ Sinamics V20 ใช้ระนาบทองแดง 5oz และ Vias ความร้อนขนาดการตัดไดรฟ์ 30% เทียบกับการออกแบบ PCB มาตรฐาน
B. Welding Equipment: ส่งมอบส่วนโค้งปัจจุบัน (150–200A) รถบัสทองแดง 15oz ในเครื่องเชื่อมไฟฟ้าลินคอล์นจัดการ 200A โดยไม่ต้องมีความร้อนสูงเกินไปทำให้มั่นใจได้ว่าคุณภาพการเชื่อมที่สอดคล้องกัน

4. อุปกรณ์การแพทย์
a.portable defibrillators: ส่งช็อต 300A (ระยะสั้น) PCB ทองแดงหนักที่มีร่องรอย 10oz และ VIAs ที่เต็มไปด้วยทองแดงทำให้มั่นใจได้ว่าการส่งพลังงานที่เชื่อถือได้นั้นสำคัญสำหรับการใช้งานฉุกเฉิน
B.Dialysis Machines: ปั๊มพลังงานและเครื่องทำความร้อน (20–40A) 3oz High-TG FR4 PCBs ต้านทานสารเคมีการฆ่าเชื้อและรักษาเสถียรภาพการประชุมมาตรฐาน ISO 13485

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการออกแบบ PCB ทองแดงหนักสำหรับกระแสสูง
ถาม: ความหนาของทองแดงสูงสุดที่ฉันสามารถใช้สำหรับ PCB ทองแดงหนักคืออะไร?
ตอบ: ผู้ผลิตเชิงพาณิชย์รองรับทองแดงมากถึง 20oz (700μm) แม้ว่า 10oz เป็นขีด จำกัด ในทางปฏิบัติสำหรับการออกแบบส่วนใหญ่ (15oz+ ต้องใช้อุปกรณ์แกะสลักเฉพาะ) การออกแบบทางทหาร/การบินและอวกาศที่กำหนดเองสามารถเข้าถึงได้ 30oz (1050μm) สำหรับความต้องการปัจจุบันสูง

ถาม: PCB ทองแดงหนักสามารถรองรับสัญญาณความเร็วสูง (เช่น 5G) ได้หรือไม่?
ตอบ: ใช่ - ด้วยการออกแบบอย่างระมัดระวัง ใช้ทองแดง 3–5oz สำหรับเส้นทางไฟฟ้าและทองแดง 1oz สำหรับร่องรอยความเร็วสูง (เพื่อรักษาความต้านทานที่ควบคุม) การแกะสลักพลาสมาช่วยให้มั่นใจได้ถึงความกว้าง/ระยะห่างของ 0.1 มม./0.1 มม. สำหรับสัญญาณ 1Gbps+

ถาม: ฉันจะทดสอบ PCB ทองแดงหนักเพื่อประสิทธิภาพปัจจุบันได้อย่างไร?
ตอบ: ดำเนินการทดสอบเหล่านี้:

การปั่นจักรยานในปัจจุบัน: ใช้ 120% ของกระแสไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 1,000 รอบ (-40 ° C ถึง 125 ° C) เพื่อตรวจสอบการแตกร้าว
การถ่ายภาพด้วยความร้อน: ใช้กล้องอินฟราเรดเพื่อทำแผนที่ฮอตสปอต - อุณหภูมิควรอยู่ <125 ° C สำหรับ 85 ° C โดยรอบ
การวัดความต้านทาน: ติดตามความต้านทานการติดตามเมื่อเวลาผ่านไป; A> เพิ่มขึ้น 10% บ่งบอกถึงการเกิดออกซิเดชันหรือความเสียหาย

ถาม: ซอฟต์แวร์การออกแบบใดที่ดีที่สุดสำหรับ PCB ทองแดงหนัก?
ตอบ: Altium Designer และ Cadence Allegro มีเครื่องมือในตัวสำหรับทองแดงหนัก:

Altium: กฎการออกแบบกฎการออกแบบ (Heavy Copper” (DRC) และเครื่องคำนวณการจัดอันดับปัจจุบัน
จังหวะ: โมดูลการวิเคราะห์ความร้อนเพื่อจำลองการกระจายความร้อน

ถาม: PCB ทองแดงหนักมีราคาเท่าไหร่เมื่อเทียบกับ PCB มาตรฐาน?
A: ทองแดง 3oz มีราคา 2 เท่ามากกว่า 1oz; ทองแดง 10 ออนซ์มีค่าใช้จ่ายมากกว่า 4–5x พรีเมี่ยมจะถูกชดเชยด้วยค่าใช้จ่ายในการลดความร้อน (ประหยัด 30-50%) และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

บทสรุป
การออกแบบ PCBs ทองแดงหนักสำหรับแอพพลิเคชั่นปัจจุบันเป็นการกระทำที่สมดุลระหว่างความสามารถในปัจจุบันและความสามารถในการผลิตการจัดการความร้อนและค่าใช้จ่ายความทนทานและความสมบูรณ์ของสัญญาณ โดยทำตามมาตรฐาน IPC การเลือกวัสดุที่เหมาะสมและจัดลำดับความสำคัญของการบรรเทาความร้อนและผ่านการออกแบบคุณสามารถสร้างบอร์ดที่จัดการกระแส 30A ถึง 200A ได้อย่างน่าเชื่อถือ

PCBs ทองแดงหนักไม่ได้เป็นเพียง“ การอัพเกรด” จาก PCBs มาตรฐานเท่านั้นพวกเขาจำเป็นต้องมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีกำลังสูงรุ่นต่อไปจาก EVs ไปจนถึงระบบพลังงานหมุนเวียน เมื่ออุตสาหกรรมเหล่านี้เติบโตขึ้นความต้องการการออกแบบทองแดงที่ชาญฉลาดและมีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นเท่านั้น - ทำให้เป็นทักษะที่สำคัญสำหรับวิศวกรและผู้ผลิต

กุญแจสู่ความสำเร็จ? อย่าใช้เครื่องยนต์มากเกินไป (เช่นการใช้ทองแดง 10oz สำหรับการออกแบบ 20A) หรือเครื่องยนต์ต่ำกว่า (เช่น 3oz สำหรับ 40A) จับคู่ความหนาของทองแดงกับความต้องการในปัจจุบันใช้การจัดการความร้อนอย่างมีกลยุทธ์และเป็นพันธมิตรกับผู้ผลิตที่มีประสบการณ์ในการผลิตทองแดงหนัก ด้วยขั้นตอนเหล่านี้คุณจะสร้าง PCB ที่ทำงานภายใต้ความกดดัน - อย่างแท้จริง