Vom Antriebssystem neuer Energiefahrzeuge über Hochleistungsantriebsgeräte in der industriellen Automatisierung bis hin zu effizienten Leistungsmodulen in Rechenzentren spielen Hochstrom-Leiterplatten eine wichtige unterstützende Rolle für den stabilen Betrieb dieser Geräte. Im Folgenden werden wir uns mit den relevanten Inhalten von Hochstrom-Leiterplatten befassen.
Eigenschaften von Hochstrom-Leiterplatten
Der wichtigste Unterschied zwischen Hochstrom-Leiterplatten und gewöhnlichen Leiterplatten besteht in ihrer hohen Stromtragfähigkeit. Die Dicke der Kupferfolie auf allgemeinen Leiterplatten beträgt normalerweise 1 Unze, während die Dicke der Kupferfolie auf Hochstrom-Leiterplatten normalerweise bei 2 Unzen beginnt und sogar 20 Unzen erreichen kann. Am Beispiel der üblichen 2 {{6}Unzen Kupferfolie hat sich ihre Querschnittsfläche erheblich vergrößert, sodass pro Flächeneinheit ein größerer Strom durchfließen kann. Gemäß der Norm IPC-2152 hängt die Strombelastbarkeit von Kupferfolie unter bestimmten Temperaturanstiegsbedingungen eng mit ihrer Querschnittsfläche zusammen. Eine dicke Kupferfolie kann die Stromdichte wirksam reduzieren, die Erwärmung des Schaltkreises minimieren und einen stabilen Schaltkreisbetrieb gewährleisten.
Eine hohe Wärmeableitungsleistung ist auch ein wichtiges Merkmal von Hochstrom-Leiterplatten. Wenn ein hoher Strom durchfließt, erzeugt der Stromkreis zwangsläufig Wärme. Wenn es nicht rechtzeitig abgeführt werden kann, führt es zu einer hohen Bauteiltemperatur, verminderter Leistung und sogar zu Schäden. Bei Hochstrom-Leiterplatten werden häufig Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet, z. B. das Hinzufügen von Keramikfüllstoffen zum Substrat, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, oder die Verwendung von Materialien mit natürlichen Vorteilen bei der Wärmeableitung, z. B. Aluminiumsubstrate. Gleichzeitig können durch eine sinnvolle Gestaltung der Wärmeableitungsstruktur, beispielsweise durch das Hinzufügen von Wärmeableitungslöchern und die großflächige Verlegung von Kupfer, effiziente Wärmeableitungskanäle konstruiert werden, um die Wärme schnell abzuleiten und eine stabile Betriebstemperatur der Geräte aufrechtzuerhalten.
Design-Schlüsselpunkte
Routenplanung der Streckenführung
Die Anordnung von Hochstromleitungen sollte dem Prinzip „kurz und gerade“ folgen, die Biegung der Stromübertragungswege verringern und den Widerstand und die Induktivität der Leitungen verringern. Beispielsweise sollte in einem Leistungsmodul der Hauptstrompfad vom Eingang zum Ausgang möglichst keine Drehungen und Wendungen aufweisen, um einen reibungslosen Stromfluss zu gewährleisten. Stromkreise mit unterschiedlichen Stromstärken sollten sinnvoll voneinander getrennt werden, um Störungen von Hochstromkreisen auf Kleinsignalkreise zu verhindern und die Signalintegrität sicherzustellen.
Berechnung der Dicke und Linienbreite der Kupferfolie
Eine genaue Berechnung der Dicke und Linienbreite der Kupferfolie ist von entscheidender Bedeutung. Entsprechend den Stromführungsanforderungen und dem zulässigen Temperaturanstieg des Schaltungsdesigns können geeignete Parameter mithilfe relevanter Formeln berechnet werden. Wenn das Design einen Temperaturanstieg von nicht mehr als 20 Grad und eine Strombelastbarkeit von 10 A erfordert, können die erforderliche Kupferfoliendicke und Linienbreite durch Kombination der Formel mit IPC-2152-Standarddaten ermittelt werden. In Antriebskreisen für Hochleistungsmotoren wird für die Verkabelung des Hauptstromkreises oft Kupferfolie mit einer Dicke von mehr als 2 Unzen verwendet, und die Leitungsbreite wird entsprechend verbreitert, um den Widerstand und die Wärmeentwicklung zu reduzieren.
Durchgangsloch-Design
Vias sind als Kanäle, die verschiedene Schaltkreisschichten verbinden, besonders wichtig beim Design von Hochstrom-Leiterplatten. Es ist notwendig, die Anzahl der Durchgangslöcher zu erhöhen und sie angemessen zu verteilen, um ein dichtes Durchgangsfeld zu bilden und die Fähigkeit zur vertikalen Stromübertragung zu verbessern. Stellen Sie gleichzeitig sicher, dass die Kupferbeschichtungsdicke der Durchkontaktierung ausreichend ist. Im Allgemeinen ist eine Kupferdicke von mindestens 25 μm erforderlich, um ein Durchbrennen der Lochwand bei hohem Strom zu verhindern. Beispielsweise sind bei mehrschichtigen Hochstrom-Leiterplatten eine große Anzahl verkupferter Durchgangslöcher dicht unter den Leistungskomponenten angeordnet und sorgen für eine konzentrierte Wärmeerzeugung, um die Wärme schnell zu anderen Schichten zu leiten und die Wärmeableitung zu verbessern.
Herstellungsprozess
Dicke Kupferfolienkaschierung
Bei der Herstellung von Hochstrom-Leiterplatten steht zunächst die Herausforderung einer dicken Kupferfolienkaschierung an. Aufgrund der Dicke der Kupferfolie ist beim Anpressen auf das Substrat eine genaue Kontrolle der Temperatur-, Druck- und Zeitparameter erforderlich, um eine feste Verbindung zwischen der Kupferfolie und dem Substrat ohne Defekte wie Blasen oder Delaminierung sicherzustellen. Die fortschrittliche Vakuum-Bonding-Technologie kann während des Bonding-Prozesses Luft absaugen, um die Bonding-Qualität sicherzustellen, die Gleichmäßigkeit der mittleren Dicke innerhalb eines sehr kleinen Toleranzbereichs zu kontrollieren und die Gesamtleistung der Leiterplatte zu verbessern.
Tieflochgalvanisierung
Der Tieflochgalvanisierungsprozess ist entscheidend für die Gewährleistung einer guten Leitfähigkeit der Durchkontaktierungen. Mit dem herkömmlichen Galvanikverfahren ist es schwierig, die Gleichmäßigkeit und Dicke der Kupferbeschichtung in tiefen Löchern dicker Kupferfolienplatinen sicherzustellen. Durch die Tiefloch-Galvaniktechnik wird eine gleichmäßige Verkupferung der Lochwand erreicht, indem die Formel der Galvanisierungslösung, die Stromverteilungsmethode usw. optimiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kupferdicke des Lochs den Anforderungen einer hohen Stromtragfähigkeit entspricht, und es wird vermieden, dass Durchgangslöcher zu Engpässen bei der Stromübertragung werden.
Anwendungsbereich
neues Energiefahrzeug
Im Bereich neuer Energiefahrzeuge werden Hochstrom-Leiterplatten häufig in Schlüsselkomponenten wie Autoladegeräten und DC{0}}DC-Wandlern verwendet. OBC ist für die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom zum Laden der Batterie verantwortlich. Während des Betriebs ist der Strom hoch und die hohe Stromführung und Wärmeableitungsleistung der Leiterplatte gewährleistet Ladeeffizienz und Sicherheit; DC-DC-Wandler ermöglichen die Leistungsumwandlung unterschiedlicher Spannungsniveaus und sind außerdem auf Hochstrom-Leiterplatten angewiesen, um den Strom stabil zu übertragen und so den stabilen Betrieb der elektrischen Systeme von Kraftfahrzeugen sicherzustellen.
Industrielle Automatisierung
Hochleistungsservoantriebe, Frequenzumrichter und andere Geräte in der industriellen Automatisierung erfordern eine präzise Steuerung des Motorbetriebs, wobei Hochstrom-Leiterplatten für eine stabile Kraftübertragung sorgen. Bei Servoantrieben verbindet die Hochstrom-Leiterplatte das Leistungsmodul und den Steuerkreis, überträgt Hochströme effizient, sorgt für eine schnelle Reaktion des Motors auf Befehle, sorgt für eine präzise Steuerung und erfüllt die hohen Präzisions- und Zuverlässigkeitsanforderungen der industriellen Produktion.
Leistungselektronische Geräte
Leistungselektronische Geräte wie Photovoltaik-Wechselrichter, unterbrechungsfreie USV-Stromversorgungen usw. erfordern die Umwandlung und Übertragung von Hochleistungsenergie. Photovoltaik-Wechselrichter wandeln den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und binden ihn in das Stromnetz ein. Hochstrom-Leiterplatten helfen ihnen dabei, hohe Ströme effizient zu bewältigen und die Energieumwandlungseffizienz zu verbessern. Die USV versorgt Geräte bei Stromausfällen mit Notstrom, und die Hochstrom-Leiterplatte sorgt für eine stabile Stromversorgung unter hoher Last und gewährleistet so den kontinuierlichen Betrieb kritischer Geräte.