การออกแบบ PCB ใดๆ ก็ตามล้วนเป็นเรื่องท้าทาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออุปกรณ์มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ การออกแบบ PCB กระแสสูงยิ่งมีความซับซ้อนมากขึ้น เพราะมีอุปสรรคเหมือนกันหมดและต้องพิจารณาปัจจัยเฉพาะเพิ่มเติมอีกหลายอย่าง
ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่าความต้องการอุปกรณ์กำลังสูงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นจนบรรลุอัตราการเติบโตสองหลักต่อปีสำหรับอุตสาหกรรม IoT ภายในปี 2030 ต่อไปนี้คือ 7 ขั้นตอนในการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ PCB ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กระแสไฟสูงสำหรับแนวโน้มนี้

1.ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีขนาดสายเคเบิลเพียงพอ
ขนาดสายเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดในการออกแบบ PCB กระแสสูง สายทองแดงมักจะถูกทำให้มีขนาดเล็กลงเพื่อให้มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น แต่วิธีนี้ใช้ไม่ได้กับกระแสสูง พื้นที่หน้าตัดขนาดเล็กอาจทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานผ่านการกระจายความร้อน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ขนาดรางที่ใหญ่พอเหมาะ
คุณสามารถเปลี่ยนพื้นที่หน้าตัดของลวดได้โดยการปรับปัจจัยสองประการ ได้แก่ ความกว้างของลวดและความหนาของทองแดง การปรับสมดุลของสองปัจจัยนี้ถือเป็นกุญแจสำคัญในการลดการใช้พลังงานและรักษาขนาดแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่เหมาะสม
ใช้เครื่องคำนวณความกว้างของสาย PCB เพื่อดูว่าความกว้างและความหนาใดที่รองรับกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ของคุณ เมื่อใช้เครื่องมือเหล่านี้ โปรดระมัดระวังในการออกแบบขนาดสายไฟให้รองรับกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่าที่คุณคิดว่าจำเป็น

2. พิจารณาการวางตำแหน่งส่วนประกอบใหม่
การจัดวางส่วนประกอบเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่มีกระแสไฟฟ้าสูง MOSFET และส่วนประกอบที่คล้ายคลึงกันก่อให้เกิดความร้อนสูง ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแยกส่วนประกอบเหล่านี้ออกจากจุดร้อนหรือจุดที่ไวต่ออุณหภูมิอื่นๆ ให้ได้มากที่สุด ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไปเมื่อต้องจัดการกับปัจจัยด้านรูปทรงที่ลดลง
ควรวางเครื่องขยายเสียงและตัวแปลงสัญญาณให้ห่างจาก MOSFET และส่วนประกอบทำความร้อนอื่นๆ ในระยะที่เหมาะสม แม้ว่าการรักษาโซนกำลังไฟฟ้าสูงที่ขอบอาจดูน่าสนใจ แต่การทำเช่นนี้ไม่ได้ช่วยให้การกระจายอุณหภูมิสม่ำเสมอ จึงต้องวางเครื่องขยายเสียงและตัวแปลงสัญญาณเป็นเส้นตรงทั่วบอร์ดเพื่อรักษาพลังงาน ซึ่งจะทำให้ความร้อนกระจายได้ทั่วถึงยิ่งขึ้น
การพิจารณาพื้นที่ที่มีอิทธิพลมากที่สุดก่อนจะช่วยให้ตัดสินใจเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมได้ง่ายขึ้น อันดับแรกคือการกำหนดตำแหน่งที่เหมาะสมสำหรับส่วนประกอบที่อุณหภูมิสูง เมื่อคุณทราบตำแหน่งที่จะวางส่วนประกอบเหล่านั้นแล้ว คุณก็สามารถนำไปใช้เติมเต็มช่องว่างได้

3. เพิ่มประสิทธิภาพการจัดการการกระจายความร้อน
ในทำนองเดียวกัน PCBS กระแสสูงก็ต้องการการจัดการความร้อนอย่างระมัดระวังเช่นกัน สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ หมายถึงการรักษาอุณหภูมิภายในให้ต่ำกว่า 130 องศาเซลเซียสสำหรับอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้วของลามิเนต FR4 การจัดวางส่วนประกอบให้เหมาะสมที่สุดจะช่วยได้ แต่ขั้นตอนการลดความร้อนของคุณต้องหยุดอยู่แค่นั้น
การระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติอาจเพียงพอสำหรับแผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคขนาดเล็ก แต่อาจไม่เพียงพอสำหรับการใช้งานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง อาจจำเป็นต้องใช้หม้อน้ำเชิงกล ระบบระบายความร้อนแบบแอคทีฟ เช่น พัดลมหรือระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวรอบ MOSFET ก็ช่วยได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม การออกแบบอุปกรณ์บางอย่างอาจไม่ใหญ่พอที่จะรองรับหม้อน้ำแบบดั้งเดิมหรือการระบายความร้อนแบบแอคทีฟ
สำหรับ PCBS ขนาดเล็กแต่ประสิทธิภาพสูง การระบายความร้อนผ่านรูถือเป็นทางเลือกที่มีประโยชน์ โลหะที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าสูงที่มีการเจาะรูหลายรูจะช่วยระบายความร้อนออกจาก MOSFET หรือส่วนประกอบที่คล้ายคลึงกันก่อนที่จะไปถึงบริเวณที่มีความอ่อนไหวมากขึ้น

4.ใช้วัสดุที่ถูกต้อง
การเลือกใช้วัสดุจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพการจัดการความร้อนและเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบต่างๆ สามารถทนต่อกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้ ซึ่งรวมถึงส่วนประกอบและแผ่นรองรับ PCB
แม้ว่า FR4 จะเป็นวัสดุรองรับที่ใช้กันมากที่สุด แต่ก็ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่มีกระแสไฟฟ้าสูงเสมอไป PCB แบบแกนโลหะอาจเหมาะสมที่สุด เนื่องจากมีคุณสมบัติสมดุลระหว่างความเป็นฉนวนและความคุ้มค่าของวัสดุรองรับ เช่น FR4 กับความแข็งแรงและความสามารถในการเคลื่อนตัวของอุณหภูมิของโลหะที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าสูง อีกทางเลือกหนึ่งคือผู้ผลิตบางรายที่ผลิตแผ่นลามิเนตทนความร้อนชนิดพิเศษที่คุณอาจพิจารณา
อีกครั้ง คุณควรใช้เฉพาะส่วนประกอบที่มีค่าความต้านทานความร้อนสูง บางครั้งอาจหมายถึงการเลือกวัสดุที่ทนความร้อนได้มากกว่า ในขณะที่บางกรณีอาจหมายถึงการใช้ส่วนประกอบที่หนากว่าจากวัสดุเดียวกัน ตัวเลือกที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับขนาด PCB งบประมาณ และซัพพลายเออร์ของคุณ

5.ปรับปรุงกระบวนการควบคุมคุณภาพ
ความน่าเชื่อถือของ PCBS กระแสไฟสูงยังขึ้นอยู่กับการค้นหาข้อผิดพลาดในการผลิต หากกระบวนการผลิตไม่สามารถค้นหาและแก้ไขข้อบกพร่องที่หักล้างข้อดีของ PCBS ได้ การเลือกการออกแบบทั้งสี่แบบข้างต้นก็จะไม่ก่อให้เกิดการปรับปรุงที่ดีขึ้นมากนัก การตรวจสอบคุณภาพที่เชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับการผลิตต้นแบบก็มีความสำคัญเช่นกัน
การใช้เครื่องมือที่เหมาะสมในการประเมินคุณภาพของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ถือเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดในวงการนี้ ตัวเปรียบเทียบแบบดิจิทัลออปติคัลที่ใช้เป็นแม่แบบและแผ่นปิดผิวมีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการแบบเดิม เนื่องจากอาจเกิดการยืดและบิดเบี้ยวเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อความน่าเชื่อถือ นอกจากนี้ คุณควรพิจารณาเครื่องมือที่ใช้งานง่ายและเป็นระบบอัตโนมัติ เพื่อลดความเสี่ยงจากความผิดพลาดของมนุษย์
ไม่ว่าคุณจะใช้วิธีการและเทคนิคเฉพาะใด การติดตามข้อบกพร่องทั้งหมดถือเป็นสิ่งสำคัญ เมื่อเวลาผ่านไป ข้อมูลเหล่านี้สามารถเผยให้เห็นแนวโน้มของปัญหาที่เกิดขึ้น ซึ่งช่วยให้การออกแบบ PCB เปลี่ยนแปลงไปได้อย่างน่าเชื่อถือมากขึ้น

6.การออกแบบเพื่อการผลิต
ปัจจัยที่คล้ายกันแต่มักถูกมองข้ามในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) กระแสไฟสูง คือการรับประกันความง่ายในการผลิต หากเกิดข้อผิดพลาดในการผลิตบ่อยจนอุปกรณ์แทบไม่ตรงตามข้อกำหนดบนกระดาษ ความน่าเชื่อถือของแผงวงจรพิมพ์ในทางทฤษฎีก็ไม่สำคัญ
วิธีแก้ปัญหาคือการหลีกเลี่ยงการออกแบบที่ซับซ้อนหรือซับซ้อนมากเกินไปให้มากที่สุด เมื่อออกแบบ PCB กระแสไฟสูง ควรคำนึงถึงกระบวนการผลิตของคุณ โดยพิจารณาว่าเวิร์กโฟลว์เหล่านี้อาจก่อให้เกิดข้อผิดพลาดได้อย่างไร และปัญหาที่อาจเกิดขึ้น ยิ่งคุณสร้างผลิตภัณฑ์ที่ปราศจากข้อผิดพลาดได้ง่ายเท่าใด ความน่าเชื่อถือก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
ขั้นตอนนี้ต้องอาศัยความร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียด้านการผลิต หากคุณไม่ได้รับผิดชอบการผลิตภายในองค์กร ควรให้พันธมิตรฝ่ายผลิตของคุณมีส่วนร่วมในขั้นตอนการออกแบบ เพื่อรับฟังความคิดเห็นเกี่ยวกับปัญหาที่อาจเกิดขึ้นเกี่ยวกับความสามารถในการผลิต

7.ใช้เทคโนโลยีให้เป็นประโยชน์กับคุณ
เทคนิคการวางแผนและการผลิตแบบใหม่ช่วยให้การพิจารณาเรื่องเหล่านี้สมดุลได้ง่ายขึ้น การพิมพ์ 3 มิติช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบเพื่อรองรับรูปแบบ PCB ที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยไม่เกิดข้อผิดพลาดในการผลิต ความแม่นยำยังช่วยให้คุณมั่นใจได้ว่าสายทองแดงจะโค้งงอแทนที่จะเป็นมุมฉาก เพื่อลดความยาวและลดการใช้พลังงาน
ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่ควรค่าแก่การศึกษา เครื่องมือ AI PCB สามารถวางส่วนประกอบหรือเน้นย้ำปัญหาการออกแบบที่อาจเกิดขึ้นได้โดยอัตโนมัติ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดข้อผิดพลาดในโลกแห่งความเป็นจริง โซลูชันที่คล้ายคลึงกันสามารถจำลองสภาพแวดล้อมการทดสอบที่แตกต่างกัน เพื่อประเมินประสิทธิภาพของ PCB ก่อนการผลิตต้นแบบทางกายภาพ

การออกแบบ PCB กระแสไฟสูงต้องใช้ความระมัดระวัง
การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) กระแสไฟสูงที่เชื่อถือได้นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แต่ก็ไม่ใช่ว่าเป็นไปไม่ได้ การปฏิบัติตาม 7 ขั้นตอนนี้จะช่วยให้คุณปรับกระบวนการออกแบบให้เหมาะสมที่สุด เพื่อสร้างอุปกรณ์กำลังสูงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
เมื่ออินเทอร์เน็ตในทุกสิ่งสำหรับภาคอุตสาหกรรมเติบโตขึ้น การพิจารณาสิ่งเหล่านี้จะยิ่งมีความสำคัญมากขึ้น การยอมรับสิ่งเหล่านี้ตั้งแต่ตอนนี้จะเป็นกุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จอย่างต่อเนื่องในอนาคต