Elektroniikkatuotteet siirtyvät jatkuvasti kohti suurta tehoa ja korkeaa suorituskykyä. Sähköajoneuvojen latausjärjestelmistä teollisuuslaitteiden suuritehoisiin-tehomoduuleihin, suuritehoiset-elektroniikkasovellukset ovat asettaneet tiukkoja vaatimuksia virtapiirien virransiirtokapasiteetille. Paksuista kuparisista piirilevylevyistä on tullut keskeinen tekninen tuki näiden vaatimusten täyttämiseksi erinomaisten virrankesto-ominaisuuksiensa ansiosta.
Määritelmä ja edutpaksu kupari pcb-levy
Paksu kuparipiirilevy viittaa yleensä piirilevyyn, jonka kuparikalvon paksuus on suurempi kuin tavanomainen 1 unssi (noin 35 μm). Yleisiä paksuuksia ovat 2oz (noin 70 μm), 3oz (noin 105 μm), 4oz (noin 140 μm) jne. Tavallisiin piirilevyihin verrattuna paksuilla kuparisilla piirilevylevyillä on merkittäviä etuja virrankestävyyden suhteen. Ohmin lain mukaan lämpö, joka syntyy, kun virta kulkee johtimen läpi, on verrannollinen sen resistanssiin, kun taas vastus on kääntäen verrannollinen johtimen poikkipinta-alaan. Paksuilla kuparisilla piirilevylevyillä on paksumman kuparikalvon ja suuremman johtimien poikki{13}}poikkipinta-alan ansiosta huomattavasti pienempi vastus ja ne voivat kuljettaa suurempia virtoja, mikä vähentää tehokkaasti tehohäviöitä ja kuumenemisilmiöitä piirissä.
Keskeiset tekijät, jotka vaikuttavat virran kantokykyyn
Kuparikalvon paksuus: Kuparikalvon paksuus on keskeinen tekijä, joka määrittää virran kantavuuden. IPC-2221-standardi tarjoaa empiirisen kaavan PCB-jälkien nykyisen kantokyvyn laskemiseen standardiympäristössä (ympäristön lämpötila 25 astetta C, lämpötilan maksimi nousu 10 astetta): I=k × (Wb × Tc), missä I on suurin sallittu virta, W on langan leveys, T on kuparin leveys, c, b-piriteetin paksuus ja ovat k, sisä- tai ulkokerros). Kaavasta voidaan selvästi nähdä, että muissa vakioolosuhteissa kuparikalvon paksuuden kasvu parantaa merkittävästi virrankestävyyttä. Esimerkiksi 1 unssin kuparipaksuus voi tyypillisesti kuljettaa noin 1 A/mm virtaa, kun taas 2 unssin kuparin paksuus lisää merkittävästi sen virrankantokykyä.
Johdon leveys: Johdon leveydellä on myös merkittävä vaikutus virrankantokykyyn. Leveämpi johto voi tarjota suuremman virtapolun, vähentää virrantiheyttä ja minimoi lämmön muodostumisen. Käytännön suunnittelussa langan leveyden kasvaessa piirilevyn virrankantokyky paranee, mutta se ei ole tiukasti lineaarista lisäystä, vaan lisäys pienenee asteittain. Esimerkiksi 10 asteen lämpötilan nousussa piirilevy, jonka paksuus on 1 unssia kuparia ja langan leveys 100 mil (2,5 mm), voi läpäistä 4,5 A virran. Kun langan leveys kasvaa edelleen, virrankantokyvyn parantamisen nopeus hidastuu.
Ympäristön lämpötila ja lämmönpoistoolosuhteet: Ympäristön lämpötilan ja lämmönpoistoolosuhteiden vaikutusta paksujen kuparipiirilevylevyjen virrankantokykyyn ei voida jättää huomiotta. Kun ympäristön lämpötila nousee, kuparin sähkövastus kasvaa, linjaresistanssi kasvaa ja samalla virralla syntyy enemmän lämpöä. Hyvät lämmönpoistoolosuhteet, kuten jäähdytyslevyjen lisääminen, pakotettu ilmajäähdytys tai nestejäähdytys, voivat tehokkaasti alentaa piirilevyn lämpötilaa ja parantaa sen nykyistä kantokykyä. Esimerkiksi suuritehoisissa-elektroniikkalaitteissa suuren-pinta-alan jäähdytyslevyjen asentaminen paksuille kuparipiirilevyille ja puhaltimien käyttö pakotettuun ilmajäähdytykseen voi parantaa merkittävästi niiden nykyistä kantokykyä korkeassa-lämpötiloissa ja varmistaa laitteiden vakaan toiminnan.
Nykyisen kantokyvyn laskenta ja arviointi
Standardikaavoihin perustuva laskenta: Kuten aiemmin mainittiin IPC-2221-standardikaavassa, tunnetulla kuparikalvon paksuudella, langan leveydellä ja sen määrittämisellä, onko piirilevy sisä- vai ulkokerros, virrankantokyky voidaan arvioida alustavasti. Mutta tämä kaava on johdettu tietyissä vakioympäristöissä, ja käytännön sovelluksissa laskentatuloksia on korjattava sellaisten tekijöiden perusteella, kuten ympäristön lämpötila ja lämmönpoistoolosuhteet.
Simulaatioanalyysi: Ammattimaisella elektronisen suunnittelun automaatioohjelmistolla voidaan simuloida paksujen kuparipiirilevyjen nykyistä kantotilannetta. Rakentamalla tarkan piirilevymallin ja asettamalla parametreja, kuten virran, lämpötilan ja lämmönpoiston todellisissa työolosuhteissa, ohjelmisto voi näyttää intuitiivisesti virran jakautumisen piirilevyllä, lämpötilan muutokset eri osissa ja mahdollisia hotspot-alueita, mikä tarjoaa tarkempaa ja yksityiskohtaisempaa datatukea virrankantokyvyn arvioimiseen.
Varsinainen testaus ja verifiointi: Tuotekehitysprosessin aikana näytteiden ottaminen ja varsinainen testaus ovat tärkeitä vaiheita nykyisen kantokyvyn tarkistamisessa. Käyttämällä näytteeseen erilaisia virtatasoja, seurataan parametreja, kuten piirilevyn lämpötilan muutoksia ja piirin jännitehäviöitä, verrataan niitä teoreettisiin laskelmiin ja simulaatiotuloksiin, optimoidaan edelleen suunnittelua varmistaakseen, että paksut kuparipiirilevyt täyttävät virrankulutusvaatimukset käytännön sovelluksissa.
Nykyinen suorituskyky sovellusskenaarioissa
Tehoelektroniikkalaitteet: Paksuilla kuparisilla PCB-levyillä on keskeinen rooli suuritehoisissa{0}}tehoelektroniikkalaitteissa, kuten tehomuuntimissa ja sähköajoneuvojen latausasemissa. Esimerkkinä sähköajoneuvojen latausasemat, niiden latausteho on jatkuvasti kasvanut, useista kilowateista alkuaikoina kymmeniin kilowatteihin tai vieläkin korkeampiin nykyään. Korkean virran vakaan ja tehokkaan siirron varmistamiseksi latausaseman sisällä oleva virtapiiri käyttää yleensä paksuja kuparisia piirilevylevyjä. Jos käytetään 4 unssin paksuista kuparista piirilevyä yhdistettynä järkevään johdotussuunnitteluun, se voi helposti kuljettaa satojen ampeerien latausvirtaa, mikä varmistaa, että latausasema pystyy lataamaan sähköajoneuvoja nopeasti ja luotettavasti.
Teollinen ohjaus ja automaatio: Tehokas moottorikäytöt, taajuusmuuttajat ja muut teollisuusympäristöjen laitteet vaativat suurta luotettavuutta suurten käyttövirtojensa vuoksi. Paksut kupariset piirilevyt, joilla on korkea virrankestävyys ja hyvä mekaaninen lujuus, voivat toimia vakaasti monimutkaisissa teollisuusympäristöissä. Suurissa moottorikäyttöjärjestelmissä paksujen kuparisten piirilevyjen käyttö ohjauspiireinä ja voimansiirtopiireinä voi tehokkaasti vähentää liiallisen virran aiheuttamia johtovikoja, parantaa laitteiden vakautta ja tuotannon tehokkuutta.
Viestintätukiasemien tehojärjestelmä: 5G-viestintätekniikan yleistymisen myötä viestinnän tukiasemien virrantarve on kasvanut merkittävästi. Tukiaseman tehojärjestelmä vaatii pcb-levyn, joka pystyy kuljettamaan suuria virtoja vakaan virransyötön varmistamiseksi. Paksujen kuparisten piirilevyjen käyttö viestintätukiasemien tehomoduuleissa voi täyttää niiden korkeat virrankulutusvaatimukset, kun taas hyvä lämmönpoistokyky auttaa alentamaan laitteiden lämpötilaa, parantamaan sähköjärjestelmien luotettavuutta ja käyttöikää sekä varmistamaan viestinnän tukiasemien 24 tunnin keskeytymättömän toiminnan.
Paksun kuparisen piirilevyn virtaa kantavan suunnittelun pääkohdat
Järkevä johdotussuunnittelu: Paksuja kuparisia piirilevyjä suunniteltaessa suurvirtapiirien pituutta tulisi lyhentää mahdollisimman paljon piirien vastuksen ja induktanssin vähentämiseksi. Vältä samalla jyrkkiä käännöksiä tai kapeita pullonkauloja johdossa varmistaaksesi virran sujuvan kulun. Käytettäessä monikerroksista korttia, on tärkeää allokoida teho- ja maakerrokset järkevästi, optimoida virtareitit ja tasapainottaa virran jakautuminen.
Lisää läpimenevien reikien määrää: Monikerroksisissa paksuissa kuparisissa piirilevylevyissä läpimenevät reiät ovat keskeisiä kanavia eri kuparifoliokerrosten yhdistämiseen. Kohtuullinen läpivientien määrän lisääminen voi vähentää tehokkaasti virran siirtovastusta kerrosten välillä, tasapainottaa virran jakautumista ja vähentää liiallisen paikallisen virrantiheyden ongelmaa. Esimerkiksi suuren virran reititysalueilla useiden läpivientien asettaminen säännöllisin väliajoin kauttakulkujärjestelmän muodostamiseksi voi parantaa merkittävästi virransiirtokapasiteettia.