Motor Kontrolleri için Yüksek Akım PCB'sini Optimize Edin

Akıllı elektroniklerle elektrikli sürücüler ve güç kaynakları için akımları kontrol etmek istiyorsanız, güç ve mikro elektronik arasındaki dengeleme eyleminde ustalaşmanız gerekir. Bu makale, benzersiz ve çeşitli bir yüksek akım PCB teknolojisinin farklı türevlerini açıklar ve akımlar için uygundur. 1,000 bir. Bu teknolojinin kalbinde, SMD'lere ve diğer güç bileşenlerine temas etmek için yüzeyden çıkıntı yapan gömülü bakır çubuklar bulunur..

Bir yandan yüksek akım iletkenleri ile diğer yandan elektronik bileşenler arasındaki boşluğu kapatmak için, bir dizi kablo, montaj malzemeleri, ve aracılar genellikle gereklidir, özellikle SMD'ler sağlanmışsa. Amaç, sistemler için inşaat hacminden ve montaj eforundan tasarruf etmek ve sürücü ve besleme akımlarını ve ayrıca elektronik kontrolleri birleştirmek için baraları baskılı devre kartlarına entegre etmektir..

Güç uygulamaları için tasarlanmış bir dizi devre kartı teknolojisi vardır.. Bunlar arasında, bakır tabaka kalınlıkları arttırılmış çok tabakalı tabakalar bulunur. 400 mikrometre, hangi daha yüksek katmanlarda tesviye edilebilir. Ek olarak, bakır kesitinde seçici bir artışa dayanan birkaç teknik sunulmaktadır., buzdağı tekniği gibi, tel döşeme tekniği ve kalın bakır laminatların kısmi gömülmesi.

Sürücü teknolojisi: Motor kontrolleri için yüksek akım PCB'sini optimize edin

Bu makalede yüksek akım devre kartları için üç PCB teknolojisi karşılaştırılmıştır.: kalın film, Buzdağı, ve HSMtec. PCB topolojisi ve PCB tasarımı, güç yarı iletkenlerinin mevcut taşıma kapasitesini ve ısı dağılımını etkiler.

Bir FR4 devre kartındaki mantık sinyalleri için yük devresini ve ince iletkeni birleştirmek için uygun teknolojiler mevcuttur. Yerden tasarruf edersiniz ve ayrı panolarla geleneksel bağlantı teknolojisinden kurtulursunuz, motor kontrolünün güvenilirliğini artıran. PCB geliştirici, görevine göre güç yarı iletkenlerinin mevcut taşıma kapasitesini ve ısı dağılımını optimize edebilir..

Baskılı devre kartı açısından, tahrik elektroniğinin özellikleri beş noktada özetlenebilir: 1) yüksek entegrasyon yoğunluğu, 2) elektronik düzeneğin güvenilirliği, 3) hızlı ısı dağılımı, 4) kontrol elektroniği ile birlikte yüksek akımlar ve 5) azaltılmış sistem maliyetleri, Örneğin. SMD bileşenlerine geçerek, daha az bileşen veya montaj işlemi.

Güç bölümü ve kontrol elektroniğinin birleştirilmesi akıllı bir çözümdür., yani. yük devreleri ve kontrol mantığı, sadece bir devre kartındaki iki devre kartı yerine. ancak, bu, yüksek akım iletkenleri için büyük iletken kesitleri ve büyük yalıtım mesafeleri gerektirir ve, aynı zamanda, tek ve aynı kart üzerinde kontrol için ince iletken yapılar. Bu pahalı fiş bağlantılarını ortadan kaldırır, kablolar, ve baralar, güvenilirliği sınırlayan montaj adımları ve risklerin yanı sıra. PCB uzmanı KSG'nin bunun için üç teknolojisi var: kalın bakır, buzdağı ve HSMtec teknolojisi. Her üç işlem de standart temel malzeme FR4'ü kullanır.

Yüksek akım PCB ile güvenli temas

Tüm bu teknolojilerin ortak bir yanı var: Yüksek akımlı PCB kartının katmanları ile yüzeye monte bileşenler veya vidalı bağlantılar için bağlantılar arasında genellikle yeterli bir kesit yoktur.. Viyalar istenilen büyüklükteki akımlar için darboğaz oluşturur.. Ve pres fişleri, vidalar, ve kelepçeler ayrıca katmanlarla güvenilir teması garanti etmez. Sadece bağlantıların temiz lehimlenmesi, bileşenlerden tüm katmanlara sürekli bir bağlantı oluşturur.. Buraya, ancak, toplam bakır kalınlığı ne kadar yüksek olursa, daha riskli olan lehim penetrasyonudur.

Tersine, tasarımdan bağımsız olarak, yüksek akım devre kartı, maksimum iletken kesiti ile bileşenlere ve bağlantılara temas eder (Figür 2 altında). Böylece, SM ve THT bileşenleri, bağlı güç yarı iletkenleri ile birleştirilebilir, mevcut yolda bir darboğaz olmadan presli kontaklar ve vidalı bağlantılar. Aynı zamanda, bara bir ısı emici görevi görür. Bileşenler bu termal kütle ile doğrudan temas halindedir ve bu nedenle optimum şekilde soğutulur.

Tasarım, üretim, ve yüksek akım PCB'nin işlenmesi

Elektrik mühendisliğinden bilinen geleneksel baralarla karşılaştırıldığında, yüksek akım devre kartı için ayrı ayrı şekillendirilmiş bakır parçalar kullanılır. Bakır parçaların şekli ve konumu serbestçe tanımlanabilir. Bu, yerleşim tasarımcısına bileşenleri ve bağlantıları optimize edilmiş termal ve elektriksel işlevlere sahip kompakt bir modül oluşturulacak şekilde yerleştirme özgürlüğü verir..

Yüksek akımlı her projenin kendine has özellikleri olduğu için, genel tasarım kurallarını belirlemek zordur. Bakır parçalar ve yalıtım çubuklarının boyutuna ve şekline bağlı olarak, her proje için tasarım limitleri kontrol edilmelidir. Kılavuz değerler, tasarım için kaba bir kılavuz sağlar.

Yüksek akımlı bir PCB devre kartı üretmek için, bakır parçalar ilk kez üretilir. boyutuna bağlı olarak, şekil, ve parça sayısı, bu aşındırma ile yapılır, frezeleme veya delme. Bakır parçalar önceden frezelenmiş çerçevelere yerleştirilir ve daha sonra prepregler ve muhtemelen diğer katmanlarla preslenir..

Yüksek akımlı PCB'nin bir avantajı işlemedir.. Baralar gömülü olduğu için, the high-current circuit board – apart from its weight – cannot be distinguished externally from other circuit boards. Profil daha yüksek termal kütleye ayarlanırsa geleneksel SMD proseslerinde işlenebilir.. Deneyimler, bu lehimleme işlemlerinin iyi bir şekilde yönetilebileceğini göstermektedir.. Yüksek akım rayıyla doğrudan temas eden bileşenler için bir onarım süreci, diğer yandan, geleneksel düz montajlardan daha karmaşıktır.

Yüksek akımlı PCB'nin teknoloji çeşitleri

Olası varyasyonları düşündüğünüzde yüksek akımlı PCB kartının tüm potansiyeli netleşir..

Bakır parçalar yüzeye ulaşacak ve ÜST ve diğer pedlerle aynı hizada olacak şekilde şekillendirilirse teknoloji en büyük yararı sağlar. / veya YİD (incir. 1). Bu size, sonraki yapıştırma baskı ve montaj sürecinde ayar gerektirmeden daha fazla işlenebilen tamamen düz bir devre kartı verir.. Kablo pabuçları, modüller, ve vidalanabilir bileşenlerin yüksek akım konumuna bağlanması da daha kolaydır.

Teknolojinin başka bir versiyonunda, yüksek akım katmanı, devre kartının kenarından yanal olarak çıkıntı yapar. Bu kontaklar doğrudan fiş olarak kullanılabilir veya konvansiyonel bir baranın ucu gibi temas ettirilebilir..

Yüksek akım PCB devre kartının sonraki iki çeşidi, soğutma bileşenlerine göre yüksek akımlarda amaçsızdır.

Bakır parçaların hem yukarı hem aşağı doğru SMD bağlantı yüzeyleri varsa, geleneksel baskılı devre kartı kaplamaları gibi çalışırlar, Güç bileşenlerinden gelen ısıyı TOP'tan BOT'a iletmek için baskılı devre kartlarındaki oyuklara bastırılan. gömülü bakır parçalar (incir. 9) devre kartı üzerinde mekanik stres olmadığından üretim ve işlemede daha güvenilir olmaları bakımından geleneksel dolgulardan farklıdır.. Ek olarak, pedlerin boyutu ve konumu birbirinden bağımsız olarak seçilebilir. Ek çaba harcamadan elektrik bağlantısı da mümkündür.

Yüksek akımlı PCB kartının son çeşidi, tek taraflı bir versiyondur. (rakamlar 10 ve 11). Buraya, yükseltilmiş bakır levha yastıkları, ince bir yalıtım katmanının yalıtımından dışarı çıkar, daha sonra ilgili bileşen bağlantılarına SMD soğutucu kontakları olarak doğrudan temas kurulabilmesi için. IMS'den yapılan alüminyum alt tabakaların aksine, bu versiyonda yalıtım katmanı yoktur, böylece önemli ölçüde daha yüksek güçler burada dağıtılabilir. Bu tür yapılar kullanılır, Diğer şeylerin yanı sıra, kadar yüksek performanslı LED'ler için 10 W.

Yüksek akım devre kartı ile, MOKO Teknolojisi Termal yönetim alanındaki teknoloji yelpazesini başka bir önemli bileşenle genişletiyor:

Katı bakır, devre kartına gömülüdür ve yüzeye ulaşan SMD pedlerine doğrudan takılabilir.

SMD yüksek akım devre kartının yapısı

Yüksek akım devre kartı, diğer montaj ve bağlantı teknolojileriyle de temas ettirilebilir.:

– Reflow/wave soldering SMD / THT- Alüminyum tel yapıştırma
– Screws: halkalar / Dişli delikler
– Blind holes from the outer layers
– Press-fit technology high current connector

Çoğu durumda, yüksek akımlı PCB üretimi için ek çaba, kısmen özel olarak uygulanan üretim süreçleri ve kısmen de standart süreçlerin optimize edilmiş süreç kontrolü yoluyla azaltılabilir..

Kalın bakır PCB'ler güç kayıplarını yatay olarak dağıtır

Kalın bakır teknolojisi uzun yıllardır piyasada yer almakta ve büyük miktarlarda üretilmektedir.. PCB endüstrisi genellikle ≥105 µm bakır yapıları için kalın bakırdan bahseder.. Kalın bakır iletkenler, güç bileşenlerinden kaynaklanan yüksek güç kayıplarının daha iyi yatay ısı dağılımına ve/veya yüksek akımların taşınmasına hizmet eder ve yüksek akım PCB uygulamalarında baralar için damgalı ve bükülmüş yapıların yerini alır.. Dört adede kadar iç katman ile, her biri ile 400 µm bakır, birkaç yüz amperlik bir akım taşıma kapasitesi mümkündür. ideal olarak, kalın bakır iletkenler iç katmanlarda bulunur.

Düzendeki değişiklikler için esneklik, kompakt tasarım, basit işleme/montaj ve nispeten düşük değiştirme maliyetleri ile PCB endüstrisinin standart süreçleri kalın bakır PCB lehine konuşur. Kalın bir bakır devre kartının işlem adımları, geleneksel bir devre kartının standart veriminden önemli ölçüde farklı olmasa da, üretim özel süreç deneyimi ve yönetimi gerektirir. Aşındırma hattında kalın bir bakır devre kartı kalıyor 10 için 15 kat daha uzun ve tipik bir dağlama profiline sahip. Kalın bakır devre kartının aşındırma ve delme işlemleri, devre şeması için tasarım kurallarını belirler ve bunlara uyulmalıdır.. PCB üreticisi, maliyet ve süreç için optimize edilmiş katman yapımı ve tasarım kuralları için bir öneri listesine sahiptir..

Bilmek önemli: Baz bakır kaplaması ≥105 µm olan FR4 laminatlar, yüksek bakır içeriği nedeniyle daha pahalıdır. Her iki tarafı lamine edilmiş standart bir laminatla karşılaştırıldığında 18 µm, malzeme maliyet faktörü yaklaşık 1: 8 için 1:10. PCB geliştirici, maksimum malzeme kullanımına dikkat etmelidir.. PCB üreticisi ile erken koordinasyon, maliyetleri önemli ölçüde azaltmaya yardımcı olur. minyatürleştirme ile ilgili, kalın bakır teknolojisi sınırlıdır. Güçlü alt kesim nedeniyle, sadece nispeten kaba yapılar oluşturulabilir. Başka bir sınırlama: kalın bakır iletken ile aynı kablolama seviyesinde ince sinyal kablolaması mümkün değildir.

Buzdağı: düzgün bir yüzey topografyası için

Bir kablolama seviyesinde, alanlar var 70 için 100 mantık ve alanlar için µm bakır 400 yük için µm bakır. Kalın bakır büyük ölçüde devre kartına gömülür. Bu, tüm iletken deseni boyunca tek tip bir yüzey topografisi oluşturur. Buzdağı prensibi, iç katmanlarda kalın bakır ile de birleştirilebilir..

üçte ikisinin yerleştirilmesi 400 Ana malzemedeki µm kalınlığındaki bakır alan, düzlemsel bir baskılı devre kartı yüzeyi oluşturur. Avantaj: İletken kenarları, tek bir döküm işleminde bir lehim maskesiyle güvenilir bir şekilde kaplanabilir. Sonraki montaj işlemi tek seviyede mümkündür. Buzdağı yapıları, güç bileşenleri için ısı alıcı olarak da uygundur ve kaplanmış deliklerle birleştirilebilir (yollar) termal yönetimi optimize etmek.

HSMtek: iç ve dış katmanlarda bakır elementler
Bir devre kartında yük ve mantığı birleştirmenin başka bir yolu da HSMtec'tir.. Buraya, FR4 çok tabakasının iç katmanlarına ve dış katmanlarının altına, yüksek akımların aktığı noktalarda seçici olarak masif bakır elemanlar monte edilir., ve kazınmış iletken modellerinin baz bakırına ultrasonik olarak bağlanmıştır. Katmanlara bastıktan sonra, bakır profiller dış katmanların altında ve/veya çok katmanın iç katmanlarında bulunur.. Devre kartının geri kalanı etkilenmeden kalır.

Çok katmanlı, standart üretim sürecinde üretilir ve olağan montaj ve lehimleme sürecinde daha fazla işlenir.. Bu yapı ile, makinelerin dielektrik mukavemeti ve yalıtım sınıfları için elektriksel özelliklerin yanı sıra araçlarda sınırlı kurulum alanı ile zorlu sıcaklık koşullarına da hizmet edilebilir.

Çok katmanlı içindeki katı bakır profiller ayrıca üç boyutlu yapılara olanak tanır.. Bakır profillere dik çentik frezeleme, devre kartının bölümlerinin bükülmesine izin verir. 90 °. Böylece, kurulum alanı akıllıca kullanılır ve yüksek akım ve ısı bükülme kenarı üzerinden taşınır. Yapı, iki boyutlu bir devre kartı olarak düzenlenmiştir., panelde imal ve monte. Modülü monte ettikten veya monte ettikten sonra, devre kartı üç boyutlu şekle bükülür.

Yazılım, geliştiricileri yüksek akım iletken hatlarının boyutlandırılmasında destekler. Akım ve sıcaklık gibi sadece birkaç girişle, hesaplayıcı, HSMtec için minimum kablo genişliğini sağlar. 70 ve 105 µm bakır kaplama.