Du système d'alimentation des véhicules à énergie nouvelle aux dispositifs d'entraînement à haute puissance dans l'automatisation industrielle, en passant par les modules d'alimentation efficaces dans les centres de données, derrière le fonctionnement stable de ces dispositifs, les cartes de circuits imprimés à courant élevé jouent un rôle de soutien clé. Ci-dessous, nous examinerons le contenu pertinent des cartes de circuits imprimés à courant élevé.
Caractéristiques des cartes de circuits imprimés à courant élevé
La différence la plus significative entre les cartes de circuits imprimés à courant élevé et les cartes de circuits imprimés ordinaires est leur forte capacité de transport de courant. L'épaisseur de la feuille de cuivre sur les cartes de circuits imprimés générales est généralement de 1 once, tandis que l'épaisseur de la feuille de cuivre sur les cartes de circuits imprimés à courant élevé commence généralement à partir de 2 onces et peut même atteindre 20 onces. En prenant comme exemple la feuille de cuivre courante de 2-onces, sa section transversale-surface a considérablement augmenté, permettant à un courant plus important de passer à travers par unité de surface. Selon la norme IPC-2152, dans des conditions spécifiques d'augmentation de température, la capacité de charge actuelle d'une feuille de cuivre est étroitement liée à sa section transversale. Une feuille de cuivre épaisse peut réduire efficacement la densité de courant, minimiser le chauffage du circuit et assurer un fonctionnement stable du circuit.
Des performances de dissipation thermique élevées sont également une caractéristique importante des cartes de circuits imprimés à courant élevé. Lorsqu’un courant élevé le traverse, le circuit génère inévitablement de la chaleur. S'il ne peut pas être dissipé à temps, cela entraînera une température élevée des composants, une diminution des performances et même des dommages. Les cartes de circuits imprimés à courant élevé utilisent souvent des matériaux à haute conductivité thermique, tels que l'ajout de charges céramiques au substrat pour améliorer la conductivité thermique, ou l'utilisation de matériaux présentant des avantages naturels en matière de dissipation thermique, tels que les substrats en aluminium. Dans le même temps, en concevant raisonnablement la structure de dissipation thermique, comme l'ajout de trous de dissipation thermique et la pose de cuivre sur une grande surface, des canaux de dissipation thermique efficaces peuvent être construits pour dissiper rapidement la chaleur et maintenir une température de fonctionnement stable de l'équipement.
Points clés de la conception
Planification du tracé des itinéraires
La disposition des lignes à courant élevé doit suivre le principe court et droit, réduire la courbure des chemins de transmission du courant et réduire la résistance et l'inductance des lignes. Par exemple, dans un module d'alimentation, le chemin du courant principal de l'entrée à la sortie doit éviter autant que possible les torsions pour garantir une circulation fluide du courant. Différents niveaux de courant des circuits doivent être raisonnablement séparés pour éviter les interférences des circuits à courant élevé avec les circuits à faible signal et garantir l'intégrité du signal.
Calcul de l'épaisseur de la feuille de cuivre et de la largeur de la ligne
Un calcul précis de l’épaisseur de la feuille de cuivre et de la largeur des lignes est crucial. Selon les exigences de courant et l'échauffement admissible de la conception du circuit, les paramètres appropriés peuvent être calculés à l'aide de formules pertinentes. Si la conception nécessite une élévation de température ne dépassant pas 20 degrés et une capacité de charge de courant de 10 A, l'épaisseur de la feuille de cuivre et la largeur de ligne requises peuvent être obtenues en combinant la formule avec les données standard IPC-2152. Dans les circuits d'entraînement de moteur de haute puissance, le câblage du circuit principal utilise souvent une feuille de cuivre d'une épaisseur supérieure à 2 onces, et la largeur de la ligne sera élargie en conséquence pour réduire la résistance et la génération de chaleur.
Conception à trou traversant
Les vias, en tant que canaux reliant différentes couches de circuits, sont particulièrement essentiels dans la conception de cartes de circuits imprimés à courant élevé. Il est nécessaire d'augmenter le nombre de vias et de les répartir raisonnablement pour former un réseau de vias dense et améliorer la capacité de transmission de courant vertical. Dans le même temps, assurez-vous que l'épaisseur de cuivre du via est suffisante, nécessitant généralement une épaisseur de cuivre supérieure ou égale à 25 µm pour empêcher la paroi du trou de brûler sous un courant élevé. Par exemple, dans les cartes de circuits imprimés multicouches à courant élevé, un grand nombre de trous traversants plaqués cuivre sont densément disposés sous les composants de puissance avec une génération de chaleur concentrée pour conduire rapidement la chaleur vers d'autres couches et améliorer la dissipation thermique.
processus de fabrication
Stratification d'une feuille de cuivre épaisse
La fabrication de cartes de circuits imprimés à courant élevé est d’abord confrontée au défi du laminage d’une feuille de cuivre épaisse. En raison de l'épaisseur de la feuille de cuivre, un contrôle précis des paramètres de température, de pression et de temps est nécessaire lors de sa pression sur le substrat pour garantir une liaison étroite entre la feuille de cuivre et le substrat, sans défauts tels que bulles ou délaminage. La technologie avancée de collage sous vide peut extraire l'air pendant le processus de collage pour garantir la qualité du collage, contrôler l'uniformité de l'épaisseur moyenne dans une très petite plage de tolérance et améliorer les performances globales du circuit imprimé.
Galvanoplastie à trous profonds
Le processus de galvanoplastie par trous profonds est crucial pour garantir une bonne conductivité des vias. Le processus de galvanoplastie traditionnel est difficile à garantir l'uniformité et l'épaisseur du placage de cuivre dans les trous profonds des cartes de circuits imprimés en feuille de cuivre épaisse. La technologie de galvanoplastie à trous profonds permet d'obtenir un placage de cuivre uniforme sur la paroi du trou en optimisant la formule de la solution de placage, la méthode de distribution de courant, etc., garantissant que l'épaisseur de cuivre du trou répond aux exigences de capacité de charge de courant élevée et évitant que les trous traversants ne deviennent des goulots d'étranglement pour la transmission du courant.
domaine d'application
véhicule à énergie nouvelle
Dans le domaine des véhicules à énergies nouvelles, les circuits imprimés à courant élevé sont largement utilisés dans des composants clés tels que les chargeurs de voiture et les convertisseurs DC-DC. OBC est responsable de la conversion du courant alternatif en courant continu pour charger la batterie. Pendant le fonctionnement, le courant est élevé et les performances élevées de transport de courant et de dissipation thermique de la carte de circuit imprimé garantissent l'efficacité et la sécurité de la charge ; Les convertisseurs DC-DC réalisent la conversion de puissance de différents niveaux de tension et s'appuient également sur des cartes de circuits imprimés à courant élevé pour transmettre le courant de manière stable, garantissant ainsi le fonctionnement stable des systèmes électriques automobiles.
Automatisation industrielle
Les servomoteurs haute puissance, les convertisseurs de fréquence et autres équipements d'automatisation industrielle nécessitent un contrôle précis du fonctionnement du moteur, avec des cartes de circuits imprimés à courant élevé assurant une transmission de puissance stable. Dans les servomoteurs, la carte de circuits imprimés à courant élevé connecte le module de puissance et le circuit de commande, transmettant efficacement un courant élevé, garantissant une réponse rapide du moteur aux commandes, obtenant un contrôle précis et répondant aux exigences de haute -précision et haute fiabilité de la production industrielle.
Équipement électronique de puissance
Les appareils électroniques de puissance tels que les onduleurs photovoltaïques, les alimentations sans coupure UPS, etc., impliquent une conversion et une transmission d'énergie à haute -puissance. Les onduleurs photovoltaïques convertissent le courant continu généré par les panneaux solaires en courant alternatif et l'intègrent au réseau électrique. Les cartes de circuits imprimés à courant élevé les aident à gérer efficacement les courants élevés et à améliorer l'efficacité de la conversion d'énergie ; UPS fournit une alimentation de secours aux équipements en cas de panne de courant, et la carte de circuits imprimés à courant élevé assure une alimentation stable sous des charges élevées, garantissant ainsi le fonctionnement continu des équipements critiques.