किसी भी पीसीबी को डिज़ाइन करना चुनौतीपूर्ण होता है, खासकर जब डिवाइस छोटे होते जा रहे हैं। उच्च-वर्तमान पीसीबी डिज़ाइन और भी जटिल है क्योंकि इसमें सभी समान बाधाएँ होती हैं और इसके लिए कुछ अतिरिक्त विशिष्ट कारकों पर विचार करना पड़ता है।
विशेषज्ञों का अनुमान है कि 2030 तक औद्योगिक IoT के लिए दोहरे अंकों की वार्षिक वृद्धि दर हासिल करने के लिए उच्च-शक्ति उपकरणों की मांग बढ़ने की संभावना है। इस प्रवृत्ति के लिए उच्च-वर्तमान इलेक्ट्रॉनिक्स में पीसीबी डिजाइन को अनुकूलित करने के लिए यहां सात कदम दिए गए हैं।

1. पर्याप्त केबल आकार सुनिश्चित करें
उच्च धारा वाले पीसीबी के लिए लाइन का आकार सबसे महत्वपूर्ण डिज़ाइन विचारों में से एक है। अधिक कॉम्पैक्ट डिज़ाइनों के लिए तांबे के तारों को छोटा किया जाता है, लेकिन यह उच्च धाराओं पर काम नहीं करता। छोटे क्रॉस सेक्शन से ऊष्मा अपव्यय के कारण बिजली की हानि हो सकती है, इसलिए उपयुक्त रूप से बड़े ट्रैक आकार की आवश्यकता होती है।
आप दो कारकों को समायोजित करके तार के अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल को बदल सकते हैं: तार की चौड़ाई और तांबे की मोटाई। इन दोनों में संतुलन बनाना बिजली की खपत कम करने और आदर्श पीसीबी आकार बनाए रखने की कुंजी है।
पीसीबी लाइन चौड़ाई कैलकुलेटर का उपयोग करके जानें कि कौन सी चौड़ाई और मोटाई आपके उपकरण के लिए आवश्यक धारा के प्रकार को सपोर्ट करती है। इन उपकरणों का उपयोग करते समय, तारों के आकार को इस तरह डिज़ाइन करने में सावधानी बरतें कि वह आपकी ज़रूरत से ज़्यादा धारा को सपोर्ट कर सके।

2. घटक प्लेसमेंट पर पुनर्विचार करें
उच्च-करंट पीसीबी डिज़ाइन में घटकों का लेआउट एक और महत्वपूर्ण विचारणीय बिंदु है। MOSFET और इसी तरह के घटक बहुत अधिक ऊष्मा उत्पन्न करते हैं, इसलिए उन्हें अन्य गर्म या तापमान-संवेदनशील स्थानों से यथासंभव अलग रखना महत्वपूर्ण है। कम फ़ॉर्म फ़ैक्टर के साथ काम करते समय यह हमेशा आसान नहीं होता है।
एम्पलीफायरों और कन्वर्टर्स को MOSFETs और अन्य तापन तत्वों से उचित दूरी पर रखा जाना चाहिए। हालाँकि किनारे पर उच्च शक्ति क्षेत्र बनाए रखना आकर्षक लग सकता है, लेकिन इससे तापमान का एक समान वितरण नहीं हो पाता। इसके बजाय, ऊर्जा को बनाए रखने के लिए उन्हें बोर्ड पर सीधी रेखाओं में रखा जाता है, जिससे ऊष्मा अधिक समान हो जाती है।
सबसे प्रभावशाली क्षेत्रों पर पहले पहुँचकर, आदर्श घटकों का निर्धारण करना आसान होता है। सबसे पहले, उच्च तापमान वाले घटकों के लिए आदर्श स्थान निर्धारित करें। एक बार जब आपको पता चल जाए कि उन्हें कहाँ रखना है, तो आप बाकी जगहों का उपयोग रिक्त स्थानों को भरने के लिए कर सकते हैं।

3. गर्मी अपव्यय प्रबंधन का अनुकूलन करें
इसी तरह, उच्च धारा वाले पीसीबी को भी सावधानीपूर्वक तापीय प्रबंधन की आवश्यकता होती है। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, इसका अर्थ है FR4 लेमिनेट के ग्लास ट्रांज़िशन तापमान के लिए आंतरिक तापमान को 130 डिग्री सेल्सियस से नीचे रखना। घटकों की स्थिति को अनुकूलित करने से मदद मिलेगी, लेकिन ताप न्यूनीकरण के आपके कदम यहीं समाप्त होने चाहिए।
छोटे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स PCBS के लिए प्राकृतिक संवहन शीतलन पर्याप्त हो सकता है, लेकिन उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है। यांत्रिक रेडिएटर आवश्यक हो सकते हैं। MOSFETs के आसपास पंखे या द्रव शीतलन प्रणालियाँ जैसे सक्रिय शीतलन भी सहायक होते हैं। हालाँकि, कुछ उपकरणों का डिज़ाइन पारंपरिक रेडिएटर या सक्रिय शीतलन के लिए पर्याप्त बड़ा नहीं हो सकता है।
छोटे लेकिन उच्च-प्रदर्शन वाले पीसीबी के लिए, छिद्रों के माध्यम से ऊष्मा अपव्यय एक उपयोगी विकल्प है। कई छिद्रों वाली एक उच्च चालक धातु, एमओएसएफईटी या इसी तरह के अन्य घटकों से ऊष्मा को अधिक संवेदनशील क्षेत्रों तक पहुँचने से पहले ही हटा देगी।

4.सही सामग्री का उपयोग करें
तापीय प्रबंधन को अनुकूलित करने और यह सुनिश्चित करने में कि घटक उच्च धाराओं का सामना कर सकें, सामग्री का चयन बहुत लाभदायक होगा। यह पीसीबी घटकों और सबस्ट्रेट्स पर लागू होता है।
हालाँकि FR4 सबसे आम सब्सट्रेट है, लेकिन यह हमेशा उच्च-करंट वाले PCB डिज़ाइनों के लिए सबसे अच्छा विकल्प नहीं होता। मेटल-कोर PCBS आदर्श हो सकते हैं क्योंकि ये FR4 जैसे सब्सट्रेट के इन्सुलेशन और लागत-प्रभावशीलता को अत्यधिक सुचालक धातुओं की मज़बूती और तापमान विस्थापन के साथ संतुलित करते हैं। वैकल्पिक रूप से, कुछ निर्माता विशेष ताप-प्रतिरोधी लैमिनेट बनाते हैं जिन पर आप विचार कर सकते हैं।
फिर से, आपको केवल उच्च तापीय प्रतिरोध मान वाले घटकों का ही उपयोग करना चाहिए। कभी-कभी, इसका अर्थ अधिक ऊष्मा-प्रतिरोधी सामग्री चुनना होता है, जबकि अन्य मामलों में इसका अर्थ उसी सामग्री के मोटे घटकों का उपयोग करना होता है। कौन सा विकल्प सबसे अच्छा है यह आपके पीसीबी के आकार, बजट और उपलब्ध आपूर्तिकर्ताओं पर निर्भर करता है।

5.गुणवत्ता नियंत्रण प्रक्रिया में सुधार
उच्च-धारा वाले पीसीबी की विश्वसनीयता उत्पादन में त्रुटियों का पता लगाने पर भी निर्भर करती है। यदि निर्माण प्रक्रिया उन दोषों का पता नहीं लगा पाती और उनका समाधान नहीं कर पाती जो इसके लाभों को प्रभावित करते हैं, तो उपरोक्त चार डिज़ाइन विकल्पों से कोई खास सुधार नहीं होगा। प्रोटोटाइप पुनरावृत्तियों के लिए अधिक विश्वसनीय गुणवत्ता जाँच भी महत्वपूर्ण है।
पीसीबी की गुणवत्ता का मूल्यांकन करने के लिए सही उपकरणों का उपयोग करना इस क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक है। टेम्पलेट और कवरिंग के रूप में डिजिटल ऑप्टिकल तुलनित्र पारंपरिक तरीकों से बेहतर प्रदर्शन करते हैं क्योंकि समय के साथ उनमें खिंचाव और विकृति आ जाती है, जिससे उनकी विश्वसनीयता कम हो जाती है। आपको ऐसे उपकरणों पर भी विचार करना चाहिए जिन्हें स्वचालित करना आसान हो ताकि मानवीय त्रुटि का जोखिम कम से कम हो।
आप चाहे किसी भी विशिष्ट तरीके और तकनीक का इस्तेमाल करें, सभी दोषों पर नज़र रखना ज़रूरी है। समय के साथ, यह डेटा समस्याओं के उभरने के रुझानों को उजागर कर सकता है, जिससे पीसीबी डिज़ाइन में ज़्यादा विश्वसनीय बदलाव संभव हो सकते हैं।

6.विनिर्माण क्षमता डिजाइन
उच्च-करंट पीसीबी डिज़ाइन में एक समान, लेकिन अक्सर अनदेखा किया जाने वाला कारक निर्माण में आसानी सुनिश्चित करना है। यदि उत्पादन त्रुटियाँ इतनी आम हैं कि उपकरण कागज़ पर दिए गए विनिर्देशों को शायद ही पूरा करता है, तो इससे कोई फ़र्क़ नहीं पड़ता कि पीसीबी सैद्धांतिक रूप से कितना विश्वसनीय है।
इसका समाधान यह है कि जितना हो सके, अत्यधिक जटिल या पेचीदा डिज़ाइनों से बचें। उच्च-वर्तमान पीसीबी डिज़ाइन करते समय, अपनी निर्माण प्रक्रिया को ध्यान में रखें, यह ध्यान रखें कि ये वर्कफ़्लो उन्हें कैसे बना सकते हैं और क्या समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं। आप जितनी आसानी से त्रुटि-रहित उत्पाद बना पाएँगे, वे उतने ही विश्वसनीय होंगे।
इस चरण के लिए उत्पादन हितधारकों के साथ घनिष्ठ सहयोग आवश्यक है। यदि आप विनिर्माण का काम आंतरिक रूप से नहीं संभालते हैं, तो संभावित विनिर्माण संबंधी मुद्दों पर उनकी राय जानने के लिए डिज़ाइन चरण में अपने उत्पादन भागीदारों को शामिल करें।

7.प्रौद्योगिकी का अपने लाभ के लिए उपयोग करें
नई योजना और उत्पादन तकनीकें इन बातों को संतुलित करना आसान बना सकती हैं। 3D प्रिंटिंग, ज़्यादा जटिल PCB लेआउट को बिना किसी उत्पादन त्रुटि के सपोर्ट करने के लिए ज़्यादा डिज़ाइन लचीलापन प्रदान करती है। इसकी सटीकता आपको यह सुनिश्चित करने की भी अनुमति देती है कि तांबे की वायरिंग समकोण के बजाय वक्र का अनुसरण करे, जिससे उसकी लंबाई कम हो और बिजली की खपत कम से कम हो।
कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) एक और शोध-योग्य तकनीक है। एआई पीसीबी उपकरण स्वचालित रूप से घटकों को स्थापित कर सकते हैं या संभावित डिज़ाइन समस्याओं को उजागर कर सकते हैं ताकि वास्तविक दुनिया में त्रुटियों को रोका जा सके। इसी तरह के समाधान भौतिक प्रोटोटाइप बनाने से पहले पीसीबी के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए विभिन्न परीक्षण वातावरणों का अनुकरण कर सकते हैं।

उच्च धारा वाले पीसीबी डिज़ाइन में सावधानी की आवश्यकता होती है
एक विश्वसनीय उच्च-वर्तमान पीसीबी डिज़ाइन करना आसान नहीं है, लेकिन असंभव भी नहीं है। इन सात चरणों का पालन करने से आपको अपनी डिज़ाइन प्रक्रिया को बेहतर बनाने और अधिक कुशल उच्च-शक्ति उपकरण बनाने में मदद मिलेगी।
जैसे-जैसे औद्योगिक इंटरनेट ऑफ़ थिंग्स का विकास होगा, ये विचार और भी महत्वपूर्ण होते जाएँगे। इन्हें अभी अपनाना भविष्य में निरंतर सफलता की कुंजी होगा।