Herhangi bir PCB tasarımı, özellikle cihazlar giderek küçüldükçe zorlu bir süreçtir. Yüksek akım PCB tasarımı ise aynı engelleri taşıdığı ve dikkate alınması gereken bir dizi ek benzersiz faktör gerektirdiği için daha da karmaşıktır.
Uzmanlar, yüksek güçlü cihazlara olan talebin 2030 yılına kadar Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IoT) için yıllık çift haneli büyüme oranlarına ulaşacağını öngörüyor. İşte bu trend için yüksek akımlı elektroniklerde PCB tasarımını optimize etmek için yedi adım.

1. Yeterli kablo boyutunu sağlayın
Hat boyutu, yüksek akımlı PCB'ler için en önemli tasarım unsurlarından biridir. Bakır kablolama, daha kompakt tasarımlar için genellikle minyatürleştirilmektedir, ancak bu, daha yüksek akımlarda işe yaramaz. Küçük bir kesit, ısı dağılımı nedeniyle güç kaybına yol açabileceğinden, uygun büyüklükte bir hat boyutu gereklidir.
Telin kesit alanını, telin genişliği ve bakırın kalınlığı olmak üzere iki faktörü ayarlayarak değiştirebilirsiniz. Bu ikisinin dengesini sağlamak, güç tüketimini azaltmanın ve ideal PCB boyutunu korumanın anahtarıdır.
Cihazınız için gereken akım türünü hangi genişlik ve kalınlıkların desteklediğini öğrenmek için PCB Hat Genişliği hesaplayıcısını kullanın. Bu araçları kullanırken, kablo boyutunu ihtiyacınız olduğunu düşündüğünüzden daha yüksek akımları destekleyecek şekilde tasarlamaya dikkat edin.

2.Bileşen yerleşimini yeniden düşünün
Bileşen yerleşimi, yüksek akımlı PCB tasarımında bir diğer önemli husustur. MOSFET'ler ve benzeri bileşenler çok fazla ısı ürettiğinden, bunları diğer sıcak veya sıcaklığa duyarlı noktalardan mümkün olduğunca izole etmek önemlidir. Küçültülmüş form faktörleri söz konusu olduğunda bu her zaman kolay değildir.
Amplifikatörler ve dönüştürücüler, MOSFET'lerden ve diğer ısıtma elemanlarından uygun bir mesafede tutulmalıdır. Kenarda yüksek güç bölgesi oluşturmak cazip gelse de, bu tekdüze bir sıcaklık dağılımına izin vermez. Bunun yerine, enerjiyi korumak için kart boyunca düz çizgiler halinde yerleştirilirler ve bu da ısıyı daha eşit hale getirir.
Önce en etkili bölgelere yaklaşarak ideal bileşenleri belirlemek daha kolaydır. Öncelikle, yüksek sıcaklığa dayanıklı bileşenler için ideal konumu belirleyin. Bunları nereye yerleştireceğinizi öğrendikten sonra, kalanını boşlukları doldurmak için kullanabilirsiniz.

3.Isı dağılımı yönetimini optimize edin
Benzer şekilde, yüksek akımlı PCB'ler de dikkatli bir termal yönetim gerektirir. Çoğu uygulama için bu, FR4 laminatların cam geçiş sıcaklığı için iç sıcaklığın 130 santigrat derecenin altında tutulması anlamına gelir. Bileşen yerleşimini optimize etmek yardımcı olacaktır, ancak ısıyı en aza indirme adımlarınız burada bitmelidir.
Doğal konveksiyon soğutması, küçük tüketici elektroniği PCB'leri için yeterli olabilir, ancak daha yüksek güç uygulamaları için yeterli olmayabilir. Mekanik radyatörler gerekebilir. MOSFET'lerin etrafındaki fanlar veya sıvı soğutma sistemleri gibi aktif soğutma da faydalıdır. Ancak, bazı cihaz tasarımları geleneksel radyatörleri veya aktif soğutmayı barındıracak kadar büyük olmayabilir.
Daha küçük ancak yüksek performanslı PCB'ler için, deliklerden ısı dağıtımı kullanışlı bir alternatiftir. Bir dizi delik açılmış yüksek iletkenliğe sahip bir metal, ısıyı daha hassas bölgelere ulaşmadan önce MOSFET'lerden veya benzeri bileşenlerden uzaklaştıracaktır.

4. Doğru malzemeleri kullanın
Malzeme seçimi, termal yönetimi optimize ederken ve bileşenlerin daha yüksek akımlara dayanabilmesini sağlarken büyük fayda sağlayacaktır. Bu, PCB bileşenleri ve alt tabakalar için de geçerlidir.
FR4 en yaygın alt tabaka olmasına rağmen, yüksek akımlı PCB tasarımları için her zaman en iyi seçim değildir. Metal çekirdekli PCB'ler, FR4 gibi alt tabakaların yalıtımını ve uygun maliyetini, yüksek iletkenliğe sahip metallerin mukavemeti ve sıcaklık değişimleriyle dengelediği için ideal olabilir. Alternatif olarak, bazı üreticiler düşünebileceğiniz özel ısıya dayanıklı laminatlar üretmektedir.
Yine, yalnızca yüksek termal direnç değerlerine sahip bileşenler kullanmalısınız. Bu bazen daha ısıya dayanıklı malzemeler seçmek anlamına gelirken, bazen de aynı malzemeden daha kalın bileşenler kullanmak anlamına gelir. Hangi seçeneğin en iyi olduğu, PCB boyutunuza, bütçenize ve mevcut tedarikçilere bağlıdır.

5. Kalite kontrol sürecini iyileştirin
Yüksek akım PCB'lerinin güvenilirliği, üretimdeki hataların bulunmasıyla da ilgilidir. Üretim süreci, avantajlarını gölgeleyen kusurları tespit edip gideremezse, yukarıdaki dört tasarım seçeneği pek bir gelişme sağlamayacaktır. Prototip yinelemeleri için daha güvenilir kalite kontrolleri de önemlidir.
Bir PCB'nin kalitesini değerlendirmek için doğru araçları kullanmak, sahadaki en önemli hususlardan biridir. Şablon ve kaplama olarak kullanılan dijital optik komparatörler, zamanla esneyip bozularak güvenilirliklerini azalttıkları için geleneksel yöntemlerden daha iyi performans gösterirler. Ayrıca, insan hatası riskini en aza indirmek için otomasyonu kolay araçları da göz önünde bulundurmalısınız.
Kullandığınız belirli yöntem ve tekniklerden bağımsız olarak, tüm kusurları takip etmek kritik öneme sahiptir. Bu veriler, zamanla sorunların ortaya çıkma eğilimlerini ortaya çıkararak daha güvenilir PCB tasarım değişiklikleri sağlayabilir.

6.Üretilebilir tasarım
Yüksek akımlı PCB tasarımında benzer ancak sıklıkla gözden kaçan bir faktör, üretim kolaylığının sağlanmasıdır. Üretim hataları o kadar yaygınsa ki cihaz kağıt üzerindeki teknik özellikleri nadiren karşılıyorsa, PCB'nin teoride ne kadar güvenilir olduğunun bir önemi yoktur.
Çözüm, aşırı karmaşık veya detaylı tasarımlardan mümkün olduğunca kaçınmaktır. Yüksek akım PCB'leri tasarlarken, üretim sürecinizi göz önünde bulundurun ve bu iş akışlarının PCB'leri nasıl üretebileceğini ve hangi sorunları ortaya çıkarabileceğini göz önünde bulundurun. Hatasız ürünler ne kadar kolay üretilirse, o kadar güvenilir olurlar.
Bu adım, üretim paydaşlarıyla yakın iş birliği gerektirir. Üretimi şirket içinde yürütmüyorsanız, olası üretilebilirlik sorunları konusunda görüşlerini almak için üretim ortaklarınızı tasarım aşamasına dahil edin.

7. Teknolojiyi kendi avantajınıza kullanın
Yeni planlama ve üretim teknikleri, bu hususların dengelenmesini kolaylaştırabilir. 3D baskı, üretim hataları olmadan daha karmaşık PCB düzenlerini desteklemek için daha fazla tasarım esnekliği sunar. Hassasiyeti, bakır kablolamanın dik açı yerine eğri izlemesini sağlayarak uzunluğunu azaltmanıza ve güç tüketimini en aza indirmenize olanak tanır.
Yapay zeka, araştırılmaya değer bir diğer teknolojidir. Yapay zeka PCB araçları, bileşenleri otomatik olarak yerleştirebilir veya olası tasarım sorunlarını vurgulayarak hataların gerçek dünyada ortaya çıkmasını önleyebilir. Benzer çözümler, fiziksel prototipler üretmeden önce PCBS'nin performansını değerlendirmek için farklı test ortamlarını simüle edebilir.

Yüksek akımlı PCB tasarımı dikkat gerektirir
Güvenilir bir yüksek akım PCB tasarlamak kolay değildir, ancak imkansız da değildir. Bu yedi adımı izlemek, daha verimli yüksek güçlü cihazlar oluşturmak için tasarım sürecinizi optimize etmenize yardımcı olacaktır.
Endüstriyel Nesnelerin İnterneti geliştikçe, bu hususlar daha da önemli hale gelecektir. Bunları şimdi benimsemek, gelecekte de başarıya ulaşmanın anahtarı olacaktır.