ממערכת הכוח של רכבי אנרגיה חדשים, דרך התקני הנעה-בעוצמה גבוהה באוטומציה תעשייתית ועד מודולי כוח יעילים במרכזי נתונים, מאחורי הפעולה היציבה של התקנים אלה, לוחות מעגלים מודפסים בזרם גבוה ממלאים תפקיד תומך מרכזי. להלן, נעמיק בתוכן הרלוונטי של לוחות מעגלים מודפסים בזרם גבוה.
מאפיינים של לוח מעגלים מודפסים בזרם גבוה
ההבדל המשמעותי ביותר בין לוחות מעגלים מודפסים בזרם גבוה לבין לוחות מעגלים מודפסים רגילים הוא כושר נשיאת הזרם החזק שלהם. עובי נייר הנחושת על לוחות מעגלים מודפסים כלליים הוא בדרך כלל 1 אונקיה, בעוד שעובי נייר הנחושת על לוחות מעגלים מודפסים עם זרם גבוה מתחיל בדרך כלל מ-2 אונקיות ואף יכול להגיע ל-20 אונקיות. אם ניקח לדוגמא את רדיד הנחושת הנפוץ של 2-אונקיות, שטח החתך- שלו גדל באופן משמעותי, מה שמאפשר לעבור זרם גדול יותר ליחידת שטח. על פי תקן IPC-2152, בתנאי עליית טמפרטורה ספציפיים, כושר הנשיאה הנוכחי של רדיד נחושת קשור קשר הדוק לשטח החתך שלו. רדיד נחושת עבה יכול להפחית ביעילות את צפיפות הזרם, למזער את חימום המעגל ולהבטיח פעולת מעגל יציבה.
ביצועי פיזור חום גבוהים הם גם מאפיין חשוב של לוחות מעגלים מודפסים בזרם גבוה. כאשר עובר זרם גבוה, המעגל מייצר בהכרח חום. אם לא ניתן להתפוגג בזמן, זה יוביל לטמפרטורת רכיב גבוהה, ירידה בביצועים ואפילו נזק. לוחות מעגלים מודפסים עם זרם גבוה משתמשים לרוב בחומרים עם מוליכות תרמית גבוהה, כגון הוספת חומרי מילוי קרמיים למצע לשיפור מוליכות תרמית, או שימוש בחומרים בעלי יתרונות פיזור חום טבעיים כגון מצעי אלומיניום. יחד עם זאת, על ידי תכנון מבנה פיזור החום בצורה סבירה, כגון הוספת חורי פיזור חום והנחת נחושת על שטח גדול, ניתן לבנות תעלות פיזור חום יעילות לפיזור מהיר של חום ולשמור על טמפרטורת פעולה יציבה של הציוד.
עיצוב נקודות מפתח
תכנון מתווה מסלול
הפריסה של קווי זרם גבוה צריכה לפעול לפי העיקרון של קצר וישר, להפחית את כיפוף נתיבי ההולכה הנוכחיים ולהוריד את ההתנגדות וההשראות של הקווים. לדוגמה, במודול כוח, נתיב הזרם הראשי מכניסה לפלט צריך למנוע פיתולים ככל האפשר כדי להבטיח זרימה חלקה של זרם. יש להפריד באופן סביר רמות זרם שונות של מעגלים כדי למנוע הפרעות ממעגלי זרם גבוה למעגלי אות קטנים ולהבטיח שלמות האות.
חישוב עובי רדיד נחושת ורוחב קו
חישוב מדויק של עובי רדיד הנחושת ורוחב הקו הוא חיוני. על פי דרישות הנשיאה הנוכחיות ועליית הטמפרטורה המותרת של תכנון המעגל, ניתן לחשב פרמטרים מתאימים באמצעות נוסחאות רלוונטיות. אם התכנון דורש עליית טמפרטורה של לא יותר מ-20 מעלות ויכולת נשיאת זרם של 10A, ניתן לקבל את עובי רדיד הנחושת הנדרש ורוחב הקו על ידי שילוב הנוסחה עם נתוני IPC-2152 סטנדרטיים. במעגלי הנעת מנוע בעלי הספק גבוה, חיווט המעגל הראשי משתמש לעתים קרובות בנייר נחושת בעובי של יותר מ-2 אונקיות, ורוחב הקו יורחב בהתאם כדי להפחית את ההתנגדות וייצור החום.
עיצוב חור דרך
Vias, כערוצים המחברים שכבות שונות של מעגלים, הם קריטיים במיוחד בתכנון של לוחות מעגלים מודפסים בזרם גבוה. יש צורך להגדיל את מספר חורי המעבר ולפזר אותם בצורה סבירה כדי ליצור מערך תנועה צפוף ולשפר את יכולת העברת הזרם האנכית. יחד עם זאת, ודא שעובי ציפוי הנחושת של הצינור מספיק, בדרך כלל דורש עובי נחושת של יותר מ-25 מיקרומטר או שווה ל-25 מיקרומטר כדי למנוע מקיר החור להישרף תחת זרם גבוה. לדוגמה, בלוחות מעגלים מודפסים מרובי-שכבתיים עם זרם גבוה, מספר רב של חורים מבעד לציפוי נחושת מסודרים בצפיפות מתחת לרכיבי החשמל עם ייצור חום מרוכז כדי להוביל במהירות חום לשכבות אחרות ולשפר את פיזור החום.
תהליך ייצור
למינציה של רדיד נחושת עבה
ייצור לוחות מעגלים מודפסים בזרם גבוה עומדת תחילה בפני האתגר של למינציה של רדיד נחושת עבה. בשל עובי רדיד הנחושת, נדרשת בקרה מדויקת של פרמטרי טמפרטורה, לחץ וזמן בעת לחיצתו על המצע על מנת להבטיח קשר הדוק בין רדיד הנחושת למצע, ללא פגמים כגון בועות או דה למינציה. טכנולוגיית הדבקת ואקום מתקדמת יכולה לחלץ אוויר במהלך תהליך ההדבקה כדי להבטיח איכות מליטה, לשלוט באחידות של עובי בינוני בטווח סובלנות קטן מאוד ולשפר את הביצועים הכוללים של המעגל.
ציפוי חורים עמוקים
תהליך ציפוי חורים עמוקים הוא חיוני להבטחת מוליכות טובה של דרך. תהליך הציפוי המסורתי קשה להבטיח את האחידות והעובי של ציפוי נחושת בחורים עמוקים של מעגלים עבים בנייר נחושת. טכנולוגיית ציפוי חורים עמוקים משיגה ציפוי נחושת אחיד על דופן החור על ידי אופטימיזציה של נוסחת פתרון הציפוי, שיטת חלוקת הזרם וכו', תוך הבטחה שעובי הנחושת של החור עומד בדרישות של כושר נשיאת זרם גבוה והימנעות מבעד להפיכת חורים לצווארי בקבוק להעברת זרם.
שדה יישום
רכב אנרגיה חדש
בתחום רכבי האנרגיה החדשים, לוחות מעגלים מודפסים עם זרם גבוה נמצאים בשימוש נרחב ברכיבים מרכזיים כגון מטענים לרכב וממירי DC-DC. OBC אחראי להמרת מתח AC למתח DC כדי לטעון את הסוללה. במהלך הפעולה, הזרם גבוה, וביצועי נשיאת הזרם הגבוהים ופיזור החום של לוח המעגלים המודפסים מבטיחים יעילות טעינה ובטיחות; ממירי DC-DC משיגים המרת הספק של רמות מתח שונות, וגם מסתמכים על לוחות מעגלים מודפסים עם זרם גבוה כדי להעביר זרם בצורה יציבה, מה שמבטיח את הפעולה היציבה של מערכות חשמל לרכב.
אוטומציה תעשייתית
כונני סרוו בהספק גבוה, ממירי תדרים וציוד אחר באוטומציה תעשייתית דורשים שליטה מדויקת על פעולת המנוע, עם לוחות מעגלים מודפסים בזרם גבוה המספקים העברת כוח יציבה. בכונני סרוו, לוח המעגלים המודפסים בזרם גבוה מחבר את מודול הכוח ומעגל הבקרה, מעביר זרם גבוה ביעילות, מבטיח תגובה מהירה של המנוע לפקודות, השגת בקרה מדויקת ועמידה בדרישות הדיוק והאמינות הגבוהות- של ייצור תעשייתי.
ציוד אלקטרוני כוח
מכשירי חשמל אלקטרוניים כגון מהפכים פוטו-וולטאיים, ספקי כוח אל-פסק של UPS וכו', כרוכים בהמרת אנרגיה גבוהה- והעברה. ממירים פוטו-וולטאיים ממירים את הזרם הישר שנוצר על ידי פאנלים סולאריים לזרם חילופין ומשלבים אותו ברשת החשמל. לוחות מעגלים מודפסים בזרם גבוה עוזרים להם להתמודד ביעילות עם זרמים גבוהים ולשפר את יעילות המרת האנרגיה; UPS מספקת מתח חירום לציוד במהלך הפסקות חשמל, ולוח המעגלים המודפסים בזרם גבוה מבטיח אספקת חשמל יציבה בעומסים גבוהים, ומבטיח את הפעולה המתמשכת של ציוד קריטי.