Збірка друкованої плати з важкої міді для сильнострумової електроніки

Компанія Highleap Electronics надає послуги з складання друкованих плат з важкої міді для сильнострумової електроніки, плат керування живленням, плат BMS, електроніки зарядних пристроїв для електромобілів, промислових силових модулів та систем терморегуляції. Для виготовлення друкованих плат з важкої міді потрібна координація між виготовленням друкованих плат, процесом паяння, вибором компонентів, шляхом струму, тепловим проектуванням та перевіркою. Highleap виготовляє та збирає плати відповідно до затверджених замовником файлів, креслень, специфікацій та вимог до випробувань.

Важка мідь зазвичай стосується конструкцій друкованих плат, у яких використовується товстіша мідь, ніж у стандартних сигнальних платах. Точна вага міді завжди повинна визначатися в конструкціях пошарово. Важка мідна плата не є автоматично безпечною для заданого струму; струмова здатність залежить від товщини міді, ширини доріжки, площі площини, допустимого підвищення температури, потоку повітря, положення шару, матеріалу підкладки та середовища використання продукту. Власник продукту повинен перевірити електричні та теплові характеристики на системному рівні.

Щоб переглянути пов’язані сторінки проектів, див. статті «Складання друкованої плати силової електроніки», «Складання друкованої плати BMS» та «Складання друкованої плати зарядного пристрою для електромобілів».

Можливість складання друкованих плат з важкої міді

Роль у виробництві важкої міді

Highleap може підтримувати виготовлення та складання важких мідних друкованих плат, коли конструкція чітко визначена, а збірка відповідає узгодженим можливостям. На кресленні має бути зазначена вага міді за шарами, товщина готової плати, обробка поверхні, маска паяння, покриття отворів, критичні розміри, струмопровідні зони та вимоги до контролю. Якщо включено складання, у комплекті також мають бути вказані компоненти для сильного струму, клеми, роз'єми, деталі, що генерують тепло, та механічні інтерфейси.

Типове використання важкої міді PCBA

Координація виготовлення та складання

Важка мідь змінює як виробництво голих плат, так і їх складання. Травлення товстої міді вимагає більших конструкційних припусків, ніж дрібна сигнальна мідь. Великі площі міді впливають на баланс оплавлення. Клеми наскрізних отворів можуть потребувати контрольованого заповнення припоєм. Термопрокладки можуть потребувати рентгенівського або спеціального контролю, якщо потрібно. Для найкращих результатів важку мідь слід перевіряти як повний процес виготовлення друкованих плат та друкованих плат, а не як просту модернізацію матеріалу.

Товщина міді та вимоги до струмопровідності

Потужність струму залежить від повної конструкції

Вага міді – це лише одна частина струмової здатності. Розробник також повинен враховувати ширину доріжки, площу міді, кількість шарів, кількість перехідних отворів, допустиме підвищення температури, температуру навколишнього середовища, умови охолодження, товщину плати, близькі джерела тепла та потік повітря в корпусі. IPC-2152 зазвичай використовується як орієнтир для струмової здатності в проектуванні друкованих плат, але остаточна валідація продукту залишається відповідальністю власника продукту.

Вплив товстішої міді на дизайн

Товстіша мідь може покращити струмопровідність та розподіл тепла, але вона також впливає на мінімальні траси та зазори, компенсацію травлення, чіткість маски паяння, товщину плати та вартість. Компоненти з дрібним кроком, розміщені поблизу товстих мідних ділянок, можуть створювати проблеми зі складанням. Якщо плата поєднує схеми керування та мідь для високого струму, компонування повинно по можливості відокремлювати чутливі компоненти від областей з високим нагріванням та великою масою.

Спільне використання літаків та перельотів через літак

Струм може проходити між шарами через масиви перехідних отворів або гальванічні елементи. Кількість перехідних отворів, діаметр, товщина покриття та розташування визначають, як розподіляються струм і тепло. Якщо масив перехідних отворів є частиною шляху струму, його не слід розглядати як звичайне зшивання. На кресленні слід визначити критичні групи перехідних отворів та будь-які вимоги щодо заповнення, покриття або перевірки.

Термоуправління та розсіювання тепла

Поширення тепла через мідь

Важка мідь може розсіювати тепло від силових компонентів, але вона не замінює повноцінного теплового дизайну. Тепло повинно виходити з плати через мідні площини, перехідні отвори, радіатори, потік повітря, контакти корпусу або термоінтерфейсні матеріали. Якщо плата базується на базовій платі або шасі, механічний інтерфейс має бути включений до приміток до складання.

Термоперехідні отвори та відкриті контактні площадки

Силові пристрої з відкритими контактними площадками можуть потребувати термопереходів під або поблизу корпусу. Конструкція перехідних отворів повинна збалансувати теплопередачу, утворення порожнин під припоєм та технологічність. Відкриті перехідні отвори під контактними площадками можуть спричинити розтікання припою; заповнені або закриті перехідні отвори можуть збільшити вартість, але покращити цілісність складання. Замовник повинен визначити стратегію перехідних отворів на основі вимог до продукту.

Відстань між компонентами навколо джерел тепла

Термочутливі компоненти, такі як електролітичні конденсатори, датчики, оптопари та мікросхеми малого сигналу, слід розміщувати з урахуванням теплового впливу. З точки зору виробництва, інтервал також сприяє доступу для перевірки та повторного виконання робіт. Важкі мідні плати часто мають великі компоненти та високу теплову масу, тому скупчене розміщення може збільшити як надійність, так і ризик складання.

SMT та наскрізне складання на товстих мідних платах

Термічний баланс пакування

Важкі мідні ділянки поглинають тепло інакше, ніж легкі мідні сигнальні ділянки. Це може створювати нерівномірні умови паяння по всій платі. Слід переглянути конструкцію трафарету, вибір паяльної пасти, профіль оплавлення, геометрію контактних площадок та розміщення компонентів. Великі мідні контактні площадки можуть потребувати теплового розвантаження або планування процесу залежно від електричних та теплових вимог.

Силові деталі, що проходять через отвір

У важких мідних платах зазвичай використовуються наскрізні роз'єми, клеми, реле, трансформатори та великі конденсатори. Ці компоненти можуть потребувати паяння хвилею паяння, селективного паяння або контрольованого ручного паяння залежно від конструкції та кількості. Розмір отвору, кільцеве кільце, товщина міді та термічний рельєф впливають на заповнення припоєм. Якщо відсоток заповнення припоєм або вимога до перевірки є обов'язковими, це слід зазначити в кресленні або примітках до складання.

Проблеми інспекції

Важка мідь може зробити візуальний огляд важливішим, а іноді й складнішим. Великі паяні з'єднання, приховані контактні площадки, термопрокладки та товсті мідні краї можуть потребувати спеціальних інструкцій з перевірки. Рентгенівський знімок може бути використаний для окремих прихованих з'єднань, якщо цього вимагає замовник. Мікрошліф може бути запрошений для оцінки гальванічного отвору, якщо це виправдано вимогами надійності.

Проблеми паяння, оплавлення та теплового балансу

Великий мідний радіатор

Великі мідні ділянки можуть відводити тепло від паяних з'єднань під час паяння оплавленням або наскрізного паяння. Це може призвести до недостатнього змочування, якщо процес не налаштовано. Водночас, перегрів менших компонентів для компенсації може створити ризик пошкодження. Збалансований процес використовує перевірку конструкції та налаштування процесу, а не надмірне нагрівання.

Планування трафаретів та паяльної пасти

Для силових пристроїв, термопрокладок та великих клем можуть знадобитися спеціальні трафаретні отвори або контроль пасти. Мета полягає в тому, щоб забезпечити достатню кількість припою для термічної та механічної надійності, уникаючи при цьому перемикання, спливання, утворення пустот або злипання припою. Якщо виріб має суворі обмеження щодо пустот, прийнятну межу та метод перевірки має визначити замовник.

Межі ручного паяння

Ручне паяння може бути доцільним для прототипів або окремих деталей, але не слід вважати його повторюваним для великих обсягів, якщо процес не контролюється та не документується. Великі клеми, товста мідь та висока теплова маса можуть вимагати навичок оператора та контролю температури. Для виробництва вибіркове паяння або оснащення можуть бути більш повторюваними, якщо конструкція це дозволяє.

Перевірка та перевірка надійності

Зони уваги інспекції

• Якість сильнострумових доріжок та мідної області.
• Якість покриття наскрізних отворів для клем та перехідних масивів.
• Заповнення та змочування припоєм для силових компонентів, що проходять через отвори.
• Якість припою з термопрокладкою для силових напівпровідників.
• Посадка, орієнтація та механічний зазор роз'єму.
• Площинність плати, контур та монтажний інтерфейс.

Вимоги до документації

Документація може включати записи про матеріали, підтвердження штабелювання, електричні випробування, звіт про перевірку, мікророзріз, звіт про перший виріб або звіт про функціональні випробування, визначений замовником. Їх слід запросити перед складанням цінової пропозиції. Якщо плата буде використовуватися у високонадійному продукті, пакет документації повинен відображати рівень ризику, а не лише найнижчу вартість виготовлення.

Міркування щодо надійності

Надійність залежить від конструкції виробу, робочого струму, циклічної зміни температури, механічної підтримки, якості паяного з'єднання, номінальних характеристик компонентів та навколишнього середовища. Важка мідь може підтримувати струм і теплорозподіл, але сама по собі вона не гарантує надійності. Повний вузол слід перевірити та перевірити відповідно до умов використання, передбачених замовником.