เกี่ยวกับ PCB กระแสไฟฟ้าสูง, แน่นอนว่ามีช่วงเวลาที่คุณต้องการ PCB เพื่อให้กระแสไฟฟ้าสูงกว่าปกติ การเคลื่อนย้ายกระแสขนาดใหญ่บน PCB จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนการออกแบบและกฎบางประการ
บทความนี้จะครอบคลุมทุกสิ่งที่จำเป็นต้องทราบเมื่อออกแบบ PCB กระแสไฟฟ้าสูง
1、ปัจจัยพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับ PCB กระแสไฟฟ้าสูง
ตามหลักการทั่วไป สิ่งต่อไปนี้คือปัจจัยพื้นฐานที่สำคัญสำหรับการออกแบบแผงกระแสไฟฟ้าสูง
ความกว้างของเส้นลาย
หนึ่งในปัจจัยหลักที่กำหนดว่าเส้นลาย (Trace) สามารถรับกระแสไฟฟ้าได้มากเพียงใด นั่นก็คือความกว้าง
เส้นลายที่มีความกว้างมากกว่าจะสามารถรองรับกระแสได้มากกว่า โดยทั่วไปแล้วเป็นกฎง่ายๆที่ถือได้ว่า ความกว้างของเส้นลาย 1 มม. ต่อแอมป์ ของกระแสไฟที่ใช้สำหรับแผงที่มีความหนาทองแดงมาตรฐาน
อย่างที่คุณสังเกตเห็นได้ ในไม่ช้าขนาดของมันจะกว้างขึ้นอย่างไม่มีเหตุผล เมื่อเส้นลายต้องสามารถรองรับ 10 แอมป์ได้ และเส้นลายดังกล่าวจะใช้พื้นที่มากขึ้นไปอีก
ความหนาของทองแดง
ความหนาของทองแดงคือความหนาจริงของเส้นลายที่อยู่บน PCB ความหนาของทองแดงเริ่มต้นมักจะอยู่ที่ 17.5 ไมครอน ความหนาของทองแดงที่สูงขึ้นอาจเป็น 35 และ 50 ไมครอน ยิ่งทองแดงมีความหนามากเท่าใดก็ยิ่งต้องมีความกว้างน้อยลงเท่านั้นเพื่อให้กระแสไฟฟ้าเท่ากัน ความหนาของทองแดงที่เพิ่มขึ้นจะทำให้เกิดค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม แต่สามารถช่วยประหยัดพื้นที่บนแผงของคุณได้ เนื่องจากด้วยความหนืดที่สูงขึ้น ความกว้างของเส้นลายที่ต้องการจะน้อยลงมาก
ความสามารถทางเทคโนโลยีของผู้ผลิต
ดังเช่นเคย คุณสามารถออกแบบแผงที่ผู้ผลิตแผงของคุณสามารถผลิตได้เท่านั้น
ในส่วนของแผงกระแสไฟฟ้าสูง สองสิ่งต่อไปนี้มีความสำคัญและควรต้องดูที่หน้าความสามารถทางเทคนิคของผู้ผลิตของคุณด้วย
1. ความหนาของทองแดงสำหรับชั้นด้านนอก – หมายถึงชั้นนอกสุดสองชั้นบนแผงของคุณ ด้านบนและด้านล่าง ผู้ผลิตจะให้ข้อมูลว่าความหนา (โดยปกติจะวัดเป็นไมครอนหรือออนซ์) สามารถทำให้ทองแดงอยู่ชั้นนอกได้อย่างไร
2. ความหนาทองแดงของชั้นใน – แสดงถึงขีดจำกัดความหนาของทองแดงที่ชั้นใน และชั้นในมักจะต้องรับกระแสไฟฟ้ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับบรรจุภัณฑ์ เช่น BGA
นอกจากสองปัจจัยนี้แล้วยังต้องดูด้วยว่าผู้ผลิตสามารถให้เกรดอุณหภูมิของวัสดุแผงประเภทใดได้บ้าง ซึ่งโดยทั่วไป ได้แก่ TG150, TG138 เป็นต้น
ความร้อนที่ผลิตออกมา
ประการสุดท้ายปัจจัยหนึ่งที่จะทำให้แผงและส่วนประกอบมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น คือความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าสูงบนแผ่น PCB
การสูญเสียกำลังไฟฟ้าเป็นวัตต์สามารถคำนวณได้จาก ความต้านทานของเส้นลายคูณด้วยกำลังสองของกระแสที่ไหลผ่าน
กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ P = I2R
ตัวเลขนี้ควรจะต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่แม้แต่เส้นลายที่หนาก็มีความต้านทานที่เฉพาะเจาะจง และเมื่อมีกระแสไฟฟ้ามากขึ้น การสูญเสียพลังงานจะเพิ่มขึ้นอย่างมากและรางก็จะร้อนขึ้น
จุดร้อนใน PCB สามารถนำไปสู่การบิดงอของแผง และทำให้ชั้นลอกออกและเกิดรอยแตกได้
ภาพที่ 1: แพ็คเกจ QFN พร้อมแผ่นฮีทซิงค์ขนาดใหญ่
2、หลักเกณฑ์การวางโครงร่างกระแสไฟฟ้าสูง
ต้องปฏิบัติตามแนวทางเฉพาะเมื่อทำการจัดเรียงเพลทกระแสไฟฟ้าสูง สิ่งเหล่านี้ได้ระบุและอธิบายไว้ด้านล่าง
ทำให้แทร็กกระแสไฟฟ้าสูงสั้น
เส้นลายยาวจะมีค่าความต้านทานมากกว่า เมื่อรวมเข้ากับข้อเท็จจริงที่ว่าdkiมีกระแสไฟฟ้ามากจะทำให้สูญเสียพลังงานจำนวนมาก
จากนั้นการสูญเสียพลังงานอาจทำให้เกิดความร้อนสูง และอายุการใช้งานของแผงลดลง
ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องรักษาเส้นทางกระแสไฟฟ้าที่กว้างขวางนั้นให้สั้นที่สุด
การคำนวณความกว้างของเส้นลายด้วยอุณหภูมิเพิ่มขึ้นที่เหมาะสม
ความกว้างของเส้นลายคือการทำงานของตัวแปร เช่น กระแสไฟฟ้าที่ผ่าน ความต้านทาน และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาต
ค่าที่ถูกต้องของอุณหภูมิเพิ่มขึ้นที่อนุญาตคือประมาณ 10′ C อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ทำให้ความกว้างของเส้นลายสูง หากการออกแบบและวัสดุแผงของคุณสามารถรองรับอุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ ก็เป็นไปได้ที่อุณหภูมิจะสูงขึ้น 20′ C ซึ่งทำให้ค่าความกว้างของเส้นลายที่ต้องการน้อยลงสำหรับกระแสไฟเดียวกัน
ค่าที่สูงขึ้นของอุณหภูมิเพิ่มขึ้นที่อนุญาต สามารถใช้ได้เมื่อผลิตภัณฑ์นั้นๆควรใช้ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิโดยรอบไม่สูงจนเกินไป
มันคือการแยกส่วนประกอบที่ไวต่อความร้อนออกจากความร้อน
ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก เช่น ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า และออปแอมป์ จะมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ซึ่งสัญญาณของมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้หากองค์ประกอบร้อนขึ้นหรือเย็นลง
เนื่องจากแผงกระแสไฟฟ้าสูงจะผลิตความร้อนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ส่วนประกอบเหล่านี้จึงต้องแบ่งแยกความร้อนออกไปบ้าง เพื่อไม่ให้ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่เกิดจากแผง
วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คืออย่าให้มีโพลิกอนเทอยู่ใต้ส่วนประกอบนั้น และใช้การเชื่อมต่อแบบระบายความร้อน
อีกวิธีหนึ่งคือการมีคัทเอาท์แผงที่แยกส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนออกจากชิ้นส่วนที่ก่อให้เกิดความร้อน
ภาพที่ 2: เมนบอร์ดพีซีที่รองรับกระแสไฟฟ้าสูงไปยัง CPU
3、เคล็ดลับการออกแบบสำหรับ PCB กระแสไฟฟ้าสูง
คำแนะนำในการออกแบบแผงกระแสไฟฟ้าสูงมีดังนี้
การลบหน้ากากประสาน
เป็นวิธีที่ไม่แพงหรืออาจจะฟรีด้วยซ้ำในการเพิ่มความสามารถการรองรับกระแสของเส้นลาย และเส้นทางสามารถลบหน้ากากประสานออกได้ ซึ่งจะเป็นการเผยให้เห็นทองแดงซึ่งอยู่ด้านล่าง จากนั้นสามารถเติมบัดกรีเพิ่มเติมลงบนเส้นลาย ซึ่งจะช่วยเพิ่มความหนาและปริมาณที่มาก และทำให้ความต้านทานต่ำลง
จากนั้นเส้นลายจะสามารถรองรับกระแสไฟฟ้ามากขึ้น โดยไม่ต้องเพิ่มความกว้างของเส้นลายหรือจ่ายเงินเพิ่มสำหรับความหนาที่มากขึ้นของทองแดง
ภาพที่ 3: PCB ที่มีส่วนของหน้ากากประสานบนเส้นลายที่ถูกลบออกและเติมการบัดกรีเพิ่มเติม
การใช้โพลิกอนเทภายใต้ส่วนประกอบที่มีกระแสไฟฟ้าสูง
ส่วนประกอบแต่ละชิ้น เช่น FPGA และโปรเซสเซอร์ขนาดใหญ่ มีข้อกำหนดของกระแสที่กว้างขวางและมีพินกำลังจำนวนมาก ซึ่งมักจะมาในแพ็คเกจ BGA และ LGA
เคล็ดลับที่จะได้รับกระแสไฟฟ้าเพียงพออย่างรวดเร็ว คือการมีโพลิกอนแบบสี่เหลี่ยมเทลงใต้ชิพ จากนั้นใช้รูเวียเป็นตัวเชื่อมลงมาและเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ จากนั้นคุณสามารถคลิกที่โพลิกอนเทไปที่เส้นลายกำลังที่มีความหนา
ภาพที่ 4: โพลิกอนขนาดใหญ่ภายใต้ชิพ BGA เพื่อความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าสูง
การใช้ชั้นภายในสำหรับเส้นทางกระแสไฟฟ้าสูง
หากคุณไม่มีที่ว่างสำหรับเส้นลายหนาๆบนชั้นนอก การเติมของแข็งลงในชั้นภายในมักเป็นวิธีที่ดีเยี่ยม จากนั้นใช้จุดเชื่อมต่อเพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์กระแสไฟสูงบนชั้นนอก
การเพิ่มแท่งทองแดงสำหรับกระแสไฟฟ้าที่สูงมาก
ในการใช้งานเฉพาะ เช่น อินเวอร์เตอร์กำลังสูงและรถยนต์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้ามักจะเป็น 100A ขึ้นไป ในกรณีเช่นนี้การใช้เส้นลายจะไม่มีประโยชน์ใดๆ
แนวทางปฏิบัติทั่วไปที่นี่คือการใช้บัสบาร์ทองแดงที่บัดกรีได้ ซึ่งประสานเข้ากับแผ่นของ PCB ซึ่งสามารถนำกระแสไฟฟ้าสูงส่วนใหญ่ได้ เนื่องจากแท่งมีความหนากว่าเส้นลายบน PCB มาก จึงสามารถสั่งขนาดโครงร่างที่ใหญ่กว่าคำแนะนำโดยทั่วไปได้อย่างง่ายดาย ในขณะที่มีความกว้างเท่ากัน
การเพิ่มการเย็บรูเวียสำหรับเส้นลายแบบหลายเส้นที่รองรับกระแสจำนวนมาก
หากเส้นลายไม่สามารถนำกระแสที่ต้องการผ่านชั้นเดียวได้ ดังนั้นในเส้นทางเดียวกันนี้เราสามารถกำหนดเส้นทางบนชั้นเพิ่มเติม จากนั้นสามารถทำการเย็บระหว่างชั้นสองชั้นได้ ซึ่งมันจะเพิ่มขีดความสามารถในการรองรับกระแสไฟเป็นสองเท่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยสมมติว่าทั้งสองเส้นลายบนชั้นต่างๆมีความกว้างเท่ากัน
สามารถดูวิดีโออธิบายกระบวนการได้ที่นี่:
4、OurPCB สามารถให้อะไรได้บ้างสำหรับแผงกระแสไฟฟ้าสูง
ให้บริการต้นแบบอย่างรวดเร็ว:
แผงกระแสไฟฟ้าสูงมักจะต้องมีการแก้ไขหลายครั้ง ก่อนที่จะทำการสั่งซื้อขั้นสุดท้าย
OurPCB มีบริการสร้างต้นแบบที่รวดเร็ว และคุณสามารถสั่งซื้อทางออนไลน์ได้โดยเราสามารถทำตามแบบของคุณในราคาประหยัด และรับ PCB ที่ผลิตขึ้นเองในระยะเวลาอันสั้น
เราสามารถทำการผลิตได้อย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองการจัดส่งภายใน 24 ชั่วโมง สำหรับ PCB สองด้าน และ 48 ชั่วโมงสำหรับแผง 4 ถึง 8 ชั้น
แม้แต่แผง 10 ชั้นก็สามารถใช้งานได้ภายใน 120 ชั่วโมงเท่านั้น
ระบบออกใบเสนอราคาออนไลน์ด่วน
ลูกค้ามักจะต้องรอในการขอใบเสนอราคาและไม่ทราบถึงราคาที่แน่นอน OurPCB มีระบบเสนอราคาออนไลน์และคุณจะได้เห็นต้นทุนที่แม่นยำของ PCB ของคุณ คุณสามารถเลือกตัวเลือกสำหรับความหนาของทองแดงที่แตกต่างกันได้ และราคาจะอัพเดตให้คุณตามเวลาจริงทันที
วัสดุที่เหนือชั้น
OurPCB นำเสนอวัสดุ PCB ที่สามารถรักษาอุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ และเหมาะสำหรับการออกแบบที่มีกระแสไฟฟ้าสูง
5、บทสรุป
PCB กระแสไฟฟ้าสูงล้วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการออกแบบที่รอบคอบ และใช้คุณสมบัติและพื้นที่ทั้งหมดบนเครื่องอย่างมีประสิทธิภาพ
แผงวงจรประเภทนี้กลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และจะยังคงเป็นเช่นนั้นต่อไป
หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมคุณสามารถติดต่อเราได้ทันที เรายินดีให้บริการแก่คุณเสมอ
