Dal sistema di alimentazione dei veicoli a nuova energia, ai dispositivi di azionamento ad alta-potenza nell'automazione industriale e ai moduli di alimentazione efficienti nei data center, dietro il funzionamento stabile di questi dispositivi, i circuiti stampati ad alta corrente svolgono un ruolo di supporto chiave. Di seguito approfondiremo i contenuti rilevanti dei circuiti stampati ad alta corrente.
Caratteristiche dei circuiti stampati ad alta corrente
La differenza più significativa tra i circuiti stampati ad alta corrente e i normali circuiti stampati è la loro elevata capacità di trasporto di corrente. Lo spessore del foglio di rame sui circuiti stampati generali è solitamente di 1 oncia, mentre lo spessore del foglio di rame sui circuiti stampati ad alta corrente di solito inizia da 2 once e può anche raggiungere 20 once. Prendendo come esempio il comune foglio di rame da 2-once, la sua-area della sezione trasversale è aumentata in modo significativo, consentendo il passaggio di una corrente maggiore per unità di area. Secondo lo standard IPC-2152, in specifiche condizioni di aumento della temperatura, la capacità di carico di corrente del foglio di rame è strettamente correlata alla sua area della sezione trasversale. La spessa lamina di rame può ridurre efficacemente la densità di corrente, ridurre al minimo il riscaldamento del circuito e garantire un funzionamento stabile del circuito.
Anche le elevate prestazioni di dissipazione del calore sono una caratteristica importante dei circuiti stampati ad alta corrente. Quando passa una corrente elevata, il circuito genera inevitabilmente calore. Se non può essere dissipato in modo tempestivo, causerà un'elevata temperatura dei componenti, una riduzione delle prestazioni e persino danni. I circuiti stampati ad alta corrente utilizzano spesso materiali ad alta conduttività termica, come l'aggiunta di riempitivi ceramici al substrato per migliorare la conduttività termica o l'utilizzo di materiali con vantaggi naturali di dissipazione del calore come i substrati di alluminio. Allo stesso tempo, progettando ragionevolmente la struttura di dissipazione del calore, ad esempio aggiungendo fori di dissipazione del calore e posando il rame su un'ampia area, è possibile costruire canali di dissipazione del calore efficienti per dissipare rapidamente il calore e mantenere stabile la temperatura operativa dell'apparecchiatura.
Punti chiave della progettazione
Pianificazione del tracciato del percorso
La disposizione delle linee ad alta corrente dovrebbe seguire il principio corto e rettilineo, ridurre la flessione dei percorsi di trasmissione della corrente e abbassare la resistenza e l'induttanza delle linee. Ad esempio, in un modulo di potenza, il percorso principale della corrente dall'ingresso all'uscita dovrebbe evitare il più possibile torsioni e svolte per garantire un flusso regolare di corrente. I diversi livelli di corrente dei circuiti dovrebbero essere ragionevolmente separati per prevenire interferenze da circuiti ad alta corrente a circuiti di segnale piccolo e garantire l'integrità del segnale.
Calcolo dello spessore della lamina di rame e della larghezza della linea
Il calcolo accurato dello spessore del foglio di rame e della larghezza della linea è fondamentale. In base ai requisiti di trasporto di corrente e all'aumento di temperatura consentito del progetto del circuito, è possibile calcolare i parametri appropriati utilizzando le formule pertinenti. Se il progetto richiede un aumento della temperatura non superiore a 20 gradi e una capacità di carico di corrente di 10 A, lo spessore della lamina di rame e la larghezza della linea richiesti possono essere ottenuti combinando la formula con i dati standard IPC-2152. Nei circuiti di azionamento di motori ad alta potenza, il cablaggio del circuito principale utilizza spesso un foglio di rame con uno spessore superiore a 2 once e la larghezza della linea verrà ampliata di conseguenza per ridurre la resistenza e la generazione di calore.
Design a foro passante
I via, in quanto canali che collegano diversi strati di circuiti, sono particolarmente critici nella progettazione di circuiti stampati ad alta corrente. È necessario aumentare il numero di fori passanti e distribuirli ragionevolmente per formare un array denso e migliorare la capacità di trasmissione della corrente verticale. Allo stesso tempo, assicurarsi che lo spessore della placcatura in rame del passaggio sia sufficiente, generalmente richiedendo uno spessore del rame maggiore o uguale a 25 μm per evitare che la parete del foro si bruci sotto la corrente elevata. Ad esempio, nei circuiti stampati multi-a corrente elevata, un gran numero di fori passanti placcati in rame sono densamente disposti sotto i componenti di potenza con generazione di calore concentrata per condurre rapidamente il calore ad altri strati e migliorare la dissipazione del calore.
processo di produzione
Laminazione in lamina di rame spessa
La produzione di circuiti stampati ad alta corrente affronta innanzitutto la sfida della laminazione di un foglio di rame spesso. A causa dello spessore del foglio di rame, è necessario un controllo preciso dei parametri di temperatura, pressione e tempo quando viene premuto sul substrato per garantire un legame stretto tra il foglio di rame e il substrato, senza difetti come bolle o delaminazione. La tecnologia avanzata di incollaggio sottovuoto può estrarre l'aria durante il processo di incollaggio per garantire la qualità dell'incollaggio, controllare l'uniformità dello spessore medio entro un intervallo di tolleranza molto piccolo e migliorare le prestazioni complessive del circuito.
Galvanotecnica a foro profondo
Il processo di galvanica a foro profondo è fondamentale per garantire una buona conduttività dei vias. Il tradizionale processo di galvanica è difficile da garantire l'uniformità e lo spessore della placcatura in rame nei fori profondi dei circuiti stampati in lamina di rame spessa. La tecnologia di galvanica a foro profondo raggiunge una placcatura di rame uniforme sulla parete del foro ottimizzando la formula della soluzione di placcatura, il metodo di distribuzione della corrente, ecc., garantendo che lo spessore del rame del foro soddisfi i requisiti di elevata capacità di trasporto di corrente ed evitando che i fori passanti diventino colli di bottiglia per la trasmissione di corrente.
campo di applicazione
nuovo veicolo energetico
Nel campo dei veicoli a nuova energia, i circuiti stampati ad alta corrente sono ampiamente utilizzati in componenti chiave come caricabatterie per auto e convertitori CC-CC. OBC è responsabile della conversione dell'energia CA in energia CC per caricare la batteria. Durante il funzionamento, la corrente è elevata e le elevate prestazioni di trasporto di corrente e dissipazione del calore del circuito stampato garantiscono efficienza e sicurezza di carica; I convertitori DC-DC raggiungono la conversione di potenza di diversi livelli di tensione e si affidano anche a circuiti stampati ad alta corrente per trasmettere corrente in modo stabile, garantendo il funzionamento stabile degli impianti elettrici automobilistici.
Automazione industriale
Servoazionamenti ad alta potenza, convertitori di frequenza e altre apparecchiature nell'automazione industriale richiedono un controllo preciso del funzionamento del motore, con circuiti stampati ad alta corrente che forniscono una trasmissione di potenza stabile. Nei servoazionamenti, i circuiti stampati ad alta corrente collegano il modulo di potenza e il circuito di controllo, trasmettendo in modo efficiente corrente elevata, garantendo una risposta rapida del motore ai comandi, ottenendo un controllo preciso e soddisfacendo i requisiti di alta-precisione e alta affidabilità della produzione industriale.
Apparecchiature elettroniche di potenza
I dispositivi elettronici di potenza, come gli inverter fotovoltaici, i gruppi di continuità UPS e così via, comportano la conversione e la trasmissione di energia ad alta-potenza. Gli inverter fotovoltaici convertono la corrente continua generata dai pannelli solari in corrente alternata e la integrano nella rete elettrica. I circuiti stampati ad alta corrente li aiutano a gestire in modo efficiente correnti elevate e migliorare l'efficienza di conversione energetica; L'UPS fornisce alimentazione di emergenza alle apparecchiature durante le interruzioni di corrente e i circuiti stampati ad alta corrente garantiscono un'alimentazione stabile sotto carichi elevati, garantendo il funzionamento continuo delle apparecchiature critiche.