Iga trükkplaadi disainimine on keeruline, eriti kuna seadmed muutuvad aina väiksemaks. Suure voolutugevusega trükkplaatide disain on veelgi keerulisem, kuna sellel on kõik samad takistused ja see nõuab täiendavate unikaalsete tegurite arvestamist.
Eksperdid ennustavad, et nõudlus suure võimsusega seadmete järele tõuseb tõenäoliselt ja saavutab 2030. aastaks tööstusliku asjade interneti (IoT) kahekohalise aastase kasvumäära. Siin on seitse sammu, kuidas selle trendi jaoks optimeerida trükkplaatide disaini suure voolutarbega elektroonikas.

1. Veenduge, et kaabli suurus oleks piisav
Suure voolutugevusega trükkplaatide puhul on liini suurus üks olulisemaid disainikriteeriume. Vaskjuhtmeid on püütud kompaktsemate konstruktsioonide jaoks miniatuurseks muuta, kuid suuremate voolutugevuste korral see ei toimi. Väike ristlõige võib põhjustada soojuse hajumise tõttu võimsuskadu, seega on vaja piisavalt suurt juhtmestikku.
Traadi ristlõikepindala saab muuta kahe teguri abil: traadi laiuse ja vase paksuse. Nende kahe tasakaalustamine on energiatarbimise vähendamise ja ideaalse trükkplaadi suuruse säilitamise võti.
Kasutage trükkplaadi liinilaiuse kalkulaatorit, et teada saada, millised laiused ja paksused toetavad teie seadme jaoks vajalikku voolutüüpi. Nende tööriistade kasutamisel olge ettevaatlik ja kavandage juhtmestiku suurus nii, et see toetaks suuremaid voolusid, kui arvate, et vajate.

2. Mõtle ümber komponentide paigutus
Komponentide paigutus on suure voolutugevusega trükkplaatide disainimisel veel üks oluline kaalutlus. MOSFET-id ja sarnased komponendid tekitavad palju soojust, seega on oluline hoida neid võimalikult isoleerituna muudest kuumadest või temperatuuritundlikest kohtadest. See pole alati lihtne vähendatud vormitegurite puhul.
Võimendid ja muundurid tuleks hoida MOSFETidest ja muudest kütteelementidest sobival kaugusel. Kuigi võib tunduda ahvatlev säilitada servas suure võimsusega tsoon, ei võimalda see ühtlast temperatuuri jaotumist. Selle asemel paigutatakse need energia säilitamiseks sirgjooneliselt üle plaadi, mis muudab soojuse ühtlasemaks.
Kõige mõjukamate piirkondade esmaseks käsitlemiseks on ideaalsete komponentide kindlaksmääramine lihtsam. Esiteks määrake kõrge temperatuuriga komponentide ideaalne asukoht. Kui teate, kuhu need paigutada, saate ülejäänud osadega lüngad täita.

3. Optimeerige soojuse hajumise haldamist
Samamoodi vajavad suure voolutugevusega trükkplaadid hoolikat termilist haldamist. Enamiku rakenduste puhul tähendab see FR4-laminaatide klaasistumistemperatuuri hoidmist alla 130 kraadi Celsiuse järgi. Komponentide paigutuse optimeerimine aitab, kuid teie soojuse minimeerimise sammud peavad seal lõppema.
Looduslik konvektsioonjahutus võib olla piisav väiksemate tarbeelektroonika trükkplaatide jaoks, kuid mitte suure võimsusega rakenduste jaoks. Vajalikud võivad olla mehaanilised radiaatorid. Samuti aitavad aktiivjahutus, näiteks ventilaatorid või vedelikjahutussüsteemid MOSFETide ümber. Mõned seadme konstruktsioonid ei pruugi aga olla piisavalt suured traditsiooniliste radiaatorite või aktiivjahutuse mahutamiseks.
Väiksemate, kuid suure jõudlusega trükkplaatide puhul on kasulik alternatiiv soojuse hajutamine aukude kaudu. Kõrge juhtivusega metall, millesse valatakse mitu auku, eemaldab soojuse MOSFET-idest või sarnastest komponentidest enne, kui see jõuab tundlikumatesse piirkondadesse.

4. Kasutage õigeid materjale
Materjali valik on suureks eeliseks soojushalduse optimeerimisel ja komponentide suuremate voolude taluvuse tagamisel. See kehtib trükkplaatide komponentide ja aluspindade kohta.
Kuigi FR4 on kõige levinum alusmaterjal, ei ole see alati parim valik suure voolutugevusega trükkplaatide disainide jaoks. Metallsüdamikuga trükkplaadid võivad olla ideaalsed, kuna need tasakaalustavad selliste alusmaterjalide nagu FR4 isolatsiooni ja kulutõhusust kõrge juhtivusega metallide tugevuse ja temperatuuri nihkega. Teise võimalusena valmistavad mõned tootjad spetsiaalseid kuumakindlaid laminaate, mida võiksite kaaluda.
Jällegi peaksite kasutama ainult kõrge kuumakindlusega komponente. Mõnikord tähendab see kuumakindlamate materjalide valimist, teistel juhtudel aga samast materjalist paksemate komponentide kasutamist. Parim variant sõltub teie trükkplaadi suurusest, eelarvest ja saadaolevatest tarnijatest.

5. Täiustada kvaliteedikontrolli protsessi
Suure voolutugevusega trükkplaatide töökindlus sõltub ka tootmisvigade leidmisest. Kui tootmisprotsess ei suuda leida ja kõrvaldada defekte, mis tühistavad selle eelised, siis ülaltoodud neli disainivalikut ei too kaasa olulist paranemist. Samuti on olulised usaldusväärsemad prototüüpide iteratsioonide kvaliteedikontrollid.
Õigete tööriistade kasutamine trükkplaadi kvaliteedi hindamiseks on selles valdkonnas üks olulisemaid kaalutlusi. Digitaalsed optilised võrdlusandurid mallide ja katetena ületavad traditsioonilisi meetodeid, kuna need venivad ja moonutavad aja jooksul, mis vähendab nende töökindlust. Samuti peaksite kaaluma tööriistu, mida on lihtne automatiseerida, et minimeerida inimlike vigade ohtu.
Olenemata kasutatavatest meetoditest ja võtetest on kõigi defektide jälgimine kriitilise tähtsusega. Aja jooksul võivad need andmed paljastada probleemide tekkimise suundumusi, pakkudes usaldusväärsemaid trükkplaatide disainimuudatusi.

6. Tootlikkusdisain
Sarnane, kuid sageli tähelepanuta jäetud tegur suure voolutugevusega trükkplaatide disainimisel on tootmise lihtsuse tagamine. Kui tootmisvead on nii levinud, et seade vastab harva paberil olevatele spetsifikatsioonidele, pole oluline, kui usaldusväärne trükkplaat teoreetiliselt on.
Lahendus on vältida liiga keerulisi või keerukaid konstruktsioone nii palju kui võimalik. Suure voolutugevusega trükkplaatide projekteerimisel pidage meeles oma tootmisprotsessi, arvestades, kuidas need töövood võivad neid tekitada ja millised probleemid võivad tekkida. Mida lihtsam on teil veatuid tooteid valmistada, seda usaldusväärsemad need on.
See samm nõuab tihedat koostööd tootmise sidusrühmadega. Kui te ei tegele tootmisega ettevõttesiseselt, kaasake oma tootmispartnerid disainifaasi, et saada nende panus võimalike valmistatavusprobleemide kohta.

7. Kasutage tehnoloogiat enda kasuks
Uued planeerimis- ja tootmistehnikad võivad nende kaalutluste tasakaalustamise lihtsamaks muuta. 3D-printimine pakub suuremat disainipaindlikkust, et toetada keerukamaid trükkplaatide paigutusi ilma tootmisvigadeta. Selle täpsus võimaldab teil ka tagada, et vaskjuhtmed järgivad kõverat, mitte täisnurka, et vähendada nende pikkust ja minimeerida energiatarbimist.
Tehisintellekt on veel üks tehnoloogia, mida tasub uurida. Tehisintellektil põhinevad trükkplaatide tööriistad suudavad komponente automaatselt paigutada või potentsiaalseid disainiprobleeme esile tõsta, et vältida vigade ilmnemist reaalses maailmas. Sarnased lahendused suudavad simuleerida erinevaid testikeskkondi, et hinnata trükkplaatide toimivust enne füüsiliste prototüüpide tootmist.

Suure voolutugevusega trükkplaatide disain nõuab ettevaatust
Usaldusväärse suure voolutugevusega trükkplaadi disainimine pole lihtne, aga see pole ka võimatu. Nende seitsme sammu järgimine aitab teil optimeerida oma disainiprotsessi, et luua tõhusamaid suure võimsusega seadmeid.
Tööstusliku asjade interneti kasvades muutuvad need kaalutlused veelgi olulisemaks. Nende omaksvõtmine praegu on tulevikus edu võti.