Електронните продукти непрекъснато се движат към висока мощност и висока производителност. От системи за зареждане за електрически превозни средства до мощни-модули за промишлено оборудване, високо-мощните електронни приложения поставят строги изисквания към токовия капацитет на веригите. Дебелите медни печатни платки се превърнаха в ключова техническа поддръжка за посрещане на тези изисквания поради техните отлични характеристики за носене на ток.
Определение и предимства надебела медна печатна платка
Дебелата медна печатна платка обикновено се отнася до печатна платка с дебелина на медното фолио, по-голяма от конвенционалната 1oz (около 35 μm). Обичайните дебелини включват 2oz (около 70 μm), 3oz (около 105 μm), 4oz (около 140 μm) и т.н. В сравнение с обикновените печатни платки, дебелите медни платки за печатни платки имат значителни предимства по отношение на токопреносимостта. Съгласно закона на Ом топлината, генерирана при преминаване на тока през проводник, е пропорционална на неговото съпротивление, докато съпротивлението е обратно пропорционално на напречното-площ на сечението на проводника. Дебелите медни печатни платки, поради по-дебелото медно фолио и по-голямото напречно-сечение на проводниците, имат значително намалено съпротивление и могат да пренасят по-големи токове, като ефективно намаляват загубата на мощност и нагряването във веригата.
Основни фактори, влияещи върху капацитета на тока
Дебелина на медното фолио: Дебелината на медното фолио е основният фактор, определящ токопреносимостта. Стандартът IPC-2221 предоставя емпирична формула за изчисляване на токопреносимостта на печатни платки в стандартна среда (околна температура 25 градуса C, максимално повишаване на температурата 10 градуса C): I=k × (Wb × Tc), където I е максималният допустим ток, W е ширината на проводника, T е дебелината на медта и k, b и c са емпирични константи (в зависимост от независимо дали е вътрешен или външен слой). От формулата може ясно да се види, че при други постоянни условия увеличаването на дебелината на медното фолио значително подобрява токопреносимостта. Например, дебелина на медта от 1 унция обикновено може да пренесе ток от около 1 A/mm, докато дебелината на медта от 2 унции значително увеличава нейния капацитет за носене на ток.
Широчина на проводника: Ширината на проводника също оказва значително влияние върху капацитета за носене на ток. По-широката жица може да осигури по-голям път на тока, да намали плътността на тока и да сведе до минимум генерирането на топлина. В практическото инженерство, с увеличаване на ширината на проводника, токовият капацитет на печатната платка се подобрява, но не е строго линейно увеличение, а увеличението постепенно намалява. Например, при повишаване на температурата от 10 градуса C, печатна платка с дебелина от 1 oz мед и ширина на проводника от 100 mil (2,5 mm) може да премине ток от 4,5 A. Тъй като ширината на проводника допълнително се увеличава, скоростта на подобряване на капацитета за носене на ток се забавя.
Температура на околната среда и условия на разсейване на топлината: Влиянието на температурата на околната среда и условията на разсейване на топлината върху текущата носеща способност на дебелите медни печатни платки не може да бъде пренебрегнато. Когато температурата на околната среда се повиши, електрическото съпротивление на медта се увеличава, съпротивлението на линията се увеличава и се генерира повече топлина при същия ток. Добрите условия за разсейване на топлината, като добавяне на радиатори, използване на принудително въздушно охлаждане или течно охлаждане, могат ефективно да намалят температурата на печатната платка и да подобрят нейния текущ капацитет. Например, при електронни устройства с висока-мощност, инсталирането на радиатори с голяма-площ върху дебели медни печатни платки и използването на вентилатори за принудително въздушно охлаждане може значително да подобри текущата им товароносимост в среда с висока-температура и да осигури стабилна работа на оборудването.
Изчисляване и оценка на токов капацитет
Изчисление въз основа на стандартни формули: Както беше споменато по-рано в стандартната формула IPC-2221, с известна дебелина на медното фолио, ширина на проводника и определяне дали платката е вътрешен или външен слой, капацитетът на тока може да бъде предварително оценен. Но тази формула е получена при специфични стандартни среди и при практически приложения резултатите от изчисленията трябва да бъдат коригирани въз основа на фактори като температура на околната среда и условия на разсейване на топлината.
Симулационен анализ: Професионален софтуер за автоматизация на електронен дизайн може да се използва за симулиране на текущата ситуация на носене на дебели медни печатни платки. Чрез конструиране на точен модел на печатна платка и задаване на параметри като ток, температура и разсейване на топлината при действителни работни условия, софтуерът може интуитивно да показва разпределението на тока върху печатната платка, температурните промени в различни части и потенциалните зони на горещи точки, осигурявайки по-точна и подробна поддръжка на данни за оценка на токовия капацитет.
Действително тестване и проверка: По време на процеса на разработване на продукта, вземането на проби и провеждането на действително тестване са важни стъпки за проверка на текущата товароносимост. Чрез прилагане на различни нива на ток към пробата, наблюдение на параметри като промени в температурата и падане на напрежението на веригата на печатната платка, сравняване с теоретични изчисления и резултати от симулация, допълнително оптимизиране на дизайна, за да се гарантира, че дебелите медни печатни платки могат да отговорят на изискванията за пренос на ток в практически приложения.
Текуща производителност при носене в сценарии на приложение
Силово електронно оборудване: Дебелите медни печатни платки играят ключова роля в-мощното електронно оборудване, като инвертори на мощност и станции за зареждане на електрически превозни средства. Като вземем за пример станциите за зареждане на електрически превозни средства, тяхната мощност на зареждане непрекъснато нараства, от няколко киловата в първите дни до десетки киловати или дори повече днес. За да се осигури стабилно и ефективно предаване на силен ток, захранващата верига вътре в станцията за зареждане обикновено използва дебели медни печатни платки. Ако се използва медна печатна платка с дебелина 4 унции, комбинирана с разумен дизайн на окабеляването, тя може лесно да пренесе стотици ампери заряден ток, гарантирайки, че станцията за зареждане може да зарежда електрически превозни средства бързо и надеждно.
Индустриален контрол и автоматизация: Моторните задвижвания с висока мощност, честотните преобразуватели и друго оборудване в промишлени среди изискват висока надеждност поради големите им работни токове. Дебелите медни платки за печатни платки, с техния висок капацитет на ток и добра механична якост, могат да работят стабилно в сложни индустриални среди. В големите системи за моторно задвижване, използването на дебели медни платки за печатни платки като вериги за управление и вериги за предаване на мощност може ефективно да намали повреди в линията, причинени от прекомерен ток, да подобри стабилността на оборудването и ефективността на производството.
Захранваща система на комуникационни базови станции: С популяризирането на 5G комуникационната технология, търсенето на мощност на комуникационните базови станции значително се увеличи. Захранващата система на базовата станция изисква печатна платка, способна да пренася високи токове, за да осигури стабилно захранване. Прилагането на дебели медни печатни платки в захранващите модули на комуникационните базови станции може да отговори на техните изисквания за висок ток, докато доброто разсейване на топлината помага за намаляване на температурата на оборудването, подобряване на надеждността и експлоатационния живот на енергийните системи и осигуряване на 24-часова непрекъсната работа на комуникационните базови станции.
Ключови моменти от тоководещия дизайн за дебела медна печатна платка
Разумно планиране на окабеляването: Когато проектирате дебели медни платки за печатни платки, дължината на високотоковите вериги трябва да бъде скъсена възможно най-много, за да се намали съпротивлението и индуктивността на веригата. В същото време избягвайте резки завои или тесни участъци в линията, за да осигурите гладко преминаване на тока. Когато използвате дизайн на много-слойна платка, е важно да разпределите разумно захранващите и заземяващите слоеве, да оптимизирате пътищата на тока и да балансирате разпределението на тока.
Увеличете броя на проходните отвори: В много{0}}пластовите дебели медни печатни платки проходните отвори са ключови канали за свързване на различни слоеве медно фолио. Разумното увеличаване на броя на отворите може ефективно да намали съпротивлението на предаване на ток между слоевете, да балансира разпределението на тока и да намали проблема с прекомерната локална плътност на тока. Например, в зони на маршрутизиране с висок ток, задаването на множество отвори на редовни интервали, за да се образува масив от отвори, може значително да подобри капацитета за носене на ток.