PCB อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง – แนวทางการออกแบบ PCB กำลังสูง

เหตุใด PCB ทองแดงหนาจึงไม่ใช่คำตอบเสมอไป

วิศวกรหลายคนเลือกใช้ทองแดงหนา 4-6 ออนซ์ในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง แต่ทองแดงที่หนากว่านั้นก็สร้างความท้าทายในการผลิต ส่วนประกอบที่มีระยะพิทช์ละเอียดนั้นไม่สามารถบัดกรีได้อย่างน่าเชื่อถือ และต้นทุนก็พุ่งสูงขึ้น

ลองพิจารณาทางเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วเหล่านี้แทน:

• ใช้ทองแดง 2 ออนซ์ที่มีเส้นทางขนานบนหลายชั้นสำหรับวงจร PCB ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้ากระแสสูง
• ใช้เทคนิคการเททองแดงพร้อมการระบายความร้อนที่เหมาะสมสำหรับการติดตั้ง PCB เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า
• เพิ่มบัสบาร์ภายนอกเฉพาะในกรณีที่กระแสไฟเกิน 50A อย่างต่อเนื่อง

สำหรับ โครงการ ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับตัวแปลง DC-DC ขนาด 30 กิโลวัตต์เมื่อเร็วๆ นี้ เราลดต้นทุนลงได้ 40% โดยใช้การกระจายทองแดงอย่างชาญฉลาดแทนการใช้ทองแดงปริมาณมากทั่วทั้งแผ่น กุญแจสำคัญคือ การทำความเข้าใจว่ากระแสไฟฟ้าไหลไปที่ใดจริงๆ แทนที่จะคิดว่าทุกส่วนจำเป็นต้องใช้ทองแดงมากที่สุด

การออกแบบผ่านความร้อนที่ใช้งานได้จริง

ลืมสูตรในตำราเกี่ยวกับ vias ความร้อนไปได้เลย นี่คือสิ่งที่ใช้ได้ผลในการผลิต:

วาง vias ระบายความร้อนในรูปแบบกริดขนาด 1.2 มม. ไว้ใต้ MOSFET และ IGBT กำลังไฟ ใช้ vias เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3 มม. ที่บรรจุด้วยอีพอกซีตัวนำ ไม่ใช่ vias กลวงที่กักเก็บฟลักซ์ สำหรับการประกอบ PCB อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าด้วยการบัดกรีแบบไอระเหย วิธีนี้ช่วยป้องกันการเกิดช่องว่างซึ่งทำลายประสิทธิภาพการระบายความร้อน

แผงวงจรพิมพ์มอเตอร์ไดรฟ์ของลูกค้าลดอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อลง 15 องศาเซลเซียส เพียงแค่เปลี่ยนจากการวางตำแหน่งแบบสุ่มเป็นการจัดวางแบบกริดที่ปรับแต่งแล้ว หลักการเดียวกันนี้ใช้ได้กับทุกการออกแบบ 5 วัตต์
แผงวงจรแปลงไฟ หรือ PCB โมดูลพลังงานอุตสาหกรรมขนาด 5 กิโลวัตต์

เค้าโครงทางเข้าประตู—ปัจจัยสำคัญ

การจัดวางไดรฟ์เกตที่ไม่ดีจะทำลายเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้ามากกว่าข้อบกพร่องด้านการออกแบบอื่นๆ ระยะห่างจากไดรเวอร์ถึงเกต MOSFET ไม่ควรเกิน 15 มม. แต่ความยาวไม่ใช่ทุกอย่าง

ปัจจัยสำคัญสำหรับการสลับที่เชื่อถือได้:

• แยกเส้นทางแหล่งจ่ายและแหล่งจ่ายด้วยค่าตัวต้านทานที่แตกต่างกัน
• รักษาพื้นที่วงลูปประตูให้ไม่เกิน 50 ตร.มม.
• อย่ากำหนดเส้นทางเกตใกล้กับโหนดการสลับ
• ใช้ตัวต้านทานเกต 0805 ไม่ใช่ 0603 เพราะตัวต้านทานชนิดนี้สามารถรับมือกับกระแสไฟกระชากได้ดีกว่า

กระบวนการ ประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)ของเราประกอบด้วยการตรวจสอบด้วยระบบแสงอัตโนมัติโดยเฉพาะสำหรับรูปทรงเรขาคณิตของวงจรขับเกต ซึ่งช่วยตรวจจับปัญหาด้านการจัดวางก่อนที่อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีราคาแพงจะเสียหาย

ลดค่า EMI โดยไม่ต้องเพิ่มต้นทุน

ตัวกรอง EMI ราคาแพงมักช่วยชดเชยโครงสร้าง PCB ที่ไม่ดี การออกแบบ PCB ของอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าอัจฉริยะช่วยลดการปล่อยมลพิษที่แหล่งกำเนิด วางตำแหน่งตัวเก็บประจุอินพุตให้ห่างจากอุปกรณ์สวิตชิ่งไม่เกิน 10 มิลลิเมตร สร้างเส้นทางกลับใต้เส้นความถี่สูงโดยตรงโดยใช้แผ่นกราวด์เพลน

ในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับตัวแปลง AC-DCควรติดตั้งตัวเก็บประจุแบบ Y อย่างถูกต้อง ไม่ใช่แค่เพื่อผ่านการทดสอบด้านความปลอดภัยเท่านั้น ควรวางตัวเก็บประจุเหล่านี้ไว้ระหว่างกราวด์หลักและกราวด์รอง ซึ่งเป็นจุดที่กระแสโหมดร่วมไหลผ่านตามธรรมชาติ ไม่ใช่ไหลแบบสุ่มข้ามฉนวน

การตรวจสอบความเป็นจริงของการเลือกส่วนประกอบ

ตัวเก็บประจุเกรดยานยนต์ที่ทนอุณหภูมิได้ 125 องศาเซลเซียสเนี่ยนะ? มันอาจจะใช้งานได้นานถึง 1000 ชั่วโมงที่อุณหภูมินั้นก็ได้ สำหรับการใช้งาน PCB อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีความน่าเชื่อถือ 10 ปี ควรลดค่าลงอย่างน้อย 20 องศาเซลเซียส เช่นเดียวกับตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้า ค่ากระแสอิ่มตัวจะคำนวณจากอุณหภูมิแวดล้อม 20 องศาเซลเซียส ไม่ใช่ 70 องศาเซลเซียสภายในตู้ของคุณ

เรามีฐานข้อมูลอัตราความล้มเหลวของชิ้นส่วนจากแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังหลายพันชิ้น ที่น่าประหลาดใจคือ ตัวเชื่อมต่อล้มเหลวบ่อยกว่าเซมิคอนดักเตอร์เมื่อมีการลดพิกัดกำลังอย่างเหมาะสม นั่นเป็นเหตุผลที่บริการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ของเรา จึงรวมถึงการทดสอบความทนทานของตัวเชื่อมต่อที่เหนือกว่าข้อกำหนดในเอกสารข้อมูลจำเพาะ

การทดสอบที่ป้องกันความล้มเหลวในภาคสนาม

การทดสอบฟังก์ชันการทำงานขั้นพื้นฐานยังไม่เพียงพอสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจาก -40 °C ถึง +85 °C เผยให้เห็นจุดบัดกรีที่ไม่สมบูรณ์ การทดสอบความชื้นที่อุณหภูมิ 85 °C / 85% RH เผยให้เห็นการเคลือบคอนฟอร์มัลที่ไม่เพียงพอ แต่การทดสอบที่มีค่าที่สุดคืออะไร? การเบิร์นอินเต็มกำลังที่อุณหภูมิสูงสุดที่กำหนด

เราพบว่าการทดสอบการทำงานต่อเนื่อง 48 ชั่วโมงสามารถตรวจจับความล้มเหลวในช่วงเริ่มต้นได้ถึง 90% ใน แผง วงจรพิมพ์ (PCB) ของอินเวอร์เตอร์กำลังไฟฟ้าต้นทุนในการทดสอบการทำงานต่อเนื่องนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับสินค้าที่ถูกส่งคืนจากลูกค้า

เลือก วัสดุแผ่นลามิเนต PCBที่เหมาะสมกับอุณหภูมิการใช้งานของคุณ วัสดุ FR-4 มาตรฐานใช้งานได้ดีที่อุณหภูมิไม่เกิน 130 °C แต่ควรใช้วัสดุที่มีค่า Tg สูงเพื่อป้องกันการแยกชั้นในงานที่ต้องการประสิทธิภาพสูง สำหรับความถี่ที่สูงกว่า 500 kHz ควรพิจารณาใช้วัสดุที่มีการสูญเสียต่ำเพื่อรักษาประสิทธิภาพ

ร่วมมือกับ Highleap Electronics เพื่อการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ที่ให้ความน่าเชื่อถือ ไม่ใช่แค่เพียงคุณสมบัติทางเทคนิค ความเชี่ยวชาญ ด้านการผลิต PCB ของเรา ช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไป พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุนและประสิทธิภาพการทำงาน