Acerca de PCB de alta corriente, Siempre hay un momento en el que necesita una placa de circuito impreso para transportar corrientes más altas de lo habitual. Mover grandes corrientes en la PCB requiere algunas modificaciones y reglas de diseño.
Este artículo cubrirá todo lo que se necesita saber al diseñar una PCB de alta corriente.
1. Fa Factores básicos que involucran PCB de alta corriente
Como regla general, los siguientes son factores fundamentales esenciales para diseñar una placa de alta corriente.
Ancho de seguimiento
Uno de los factores principales que determinan cuánta corriente puede transportar una traza será su ancho.
Las trazas con mayor ancho transportarán más corriente. Generalmente, es una regla general asumir un ancho de traza de 1 mm por amperio de corriente tomado para una placa con un espesor de cobre estándar.
Como puede notar, pronto se vuelve irrazonablemente ancho cuando un rastro tiene que transportar decenas de amperios, y tal ruta ocuparía mucho espacio.
Espesor de cobre
El espesor de cobre es el espesor real de las trazas que se encuentran en una placa de circuito impreso. El espesor de cobre predeterminado suele ser de 17,5 micrones. Los espesores de cobre más altos pueden ser de 35 y 50 micrones. Cuanto mayor sea el espesor del cobre, menos ancha debe ser su traza para transportar la misma corriente. Un mayor espesor de cobre tiene un costo adicional, pero puede ayudar a ahorrar espacio en sus tableros ya que, con mayor viscosidad, el ancho de traza requerido es mucho menor.
Capacidades tecnológicas del fabricante
Como siempre, solo puede diseñar una tabla que el fabricante de su tabla pueda fabricar.
En las placas de alta corriente, las dos cosas siguientes son esenciales y deben consultarse en la página de capacidades técnicas de su fabricante.
- El espesor de cobre para las capas externas: esto significaría las dos capas más externas de su tablero, la superior y la inferior. El fabricante proporcionará información sobre el grosor (generalmente medido en micrones u oz) que pueden hacer el cobre en las capas externas.
- Espesor de cobre de las capas internas: esto indica los límites de espesor de cobre en las capas internas y, a menudo, las capas internas tienen que transportar grandes corrientes, especialmente para paquetes como BGA.
Además de estos dos factores, también se debe considerar qué tipo de material de tablero de temperatura puede ofrecer el fabricante. Los más comunes son TG150, TG138, etc.
Calor producido
Finalmente, el único factor que contribuirá a la longevidad de la placa y los componentes es el calor que produce una pista de alta corriente en una PCB.
La pérdida de potencia en vatios se puede calcular como la resistencia de la traza multiplicada por el cuadrado de la corriente que fluye a través de ella.
En otras palabras, P = I2R.
Idealmente, esta cifra debería ser lo más baja posible, pero incluso los trazos gruesos tienen una resistencia específica, y cuando se transportan grandes corrientes, la pérdida de potencia aumenta significativamente y el camino se calienta.
Los puntos calientes en la PCB pueden provocar deformaciones en la placa, desprendimiento de capas y formación de grietas.
Imagen 1: Un paquete QFN con una almohadilla de disipador de calor grande
2 Guidelines Pautas de diseño de alta corriente
Deben seguirse pautas específicas al disponer placas de alta corriente. Estos se indican y explican a continuación.
Mantener cortas las pistas de alta corriente
Un rastro largo tendrá un valor de resistencia más considerable. Cuando se combina con el hecho de que lleva una gran corriente conduce a una cantidad significativa de pérdida de energía.
Entonces, la pérdida de energía puede causar mucho calor y la vida útil de la placa se reduce.
Por lo tanto, es esencial mantener lo más corto posible los extensos caminos actuales.
Cálculo de anchos de traza con el aumento de temperatura adecuado
El ancho de una traza es función de parámetros como la corriente que la atraviesa, la resistencia y el aumento de temperatura permitido.
Un valor estricto del aumento de temperatura permitido es de aproximadamente 10 ° C. Sin embargo, esto conduce a un ancho de traza alto. Si su diseño y el material de la placa pueden soportar temperaturas más altas, entonces es posible tener un aumento de temperatura de 20 ° C, lo que lleva a un valor menor del ancho de traza requerido para la misma corriente.
Se pueden usar valores más altos de aumento de temperatura permitido cuando se supone que el producto debe usarse en un entorno donde las temperaturas ambientales no son demasiado altas.
Está aislando térmicamente los componentes sensibles del calor.
Muchos componentes electrónicos, como convertidores analógicos a digitales, referencias de voltaje y amplificadores operacionales, son sensibles a los cambios de temperatura. Su señal puede cambiar si el elemento se calienta o se enfría.
Dado que las placas de alta corriente producirán inevitablemente calor, estos componentes deben aislarse térmicamente hasta cierto punto para que no se vean afectados por el calor producido por la placa.
Un método para hacer esto es no tener un polígono vertido debajo de ese componente y proporcionar conexiones de alivio térmico.
Otro método es tener recortes en la placa que separen los componentes sensibles de las partes que producen calor.
Imagen 2: Una placa base de PC que transporta grandes corrientes a la CPU
3. Consejos de diseño para PCB de alta corriente
A continuación se muestran algunos consejos de diseño para placas de alta corriente.
Quitar la máscara de soldadura
Es un método económico o más bien gratuito para aumentar la capacidad actual de una traza, y se puede quitar la máscara de soldadura de una ruta, que luego expone el cobre debajo. Luego, se puede agregar soldadura adicional al camino, lo que aumentará su grosor y volumen y reducirá la resistencia.
Entonces permitirá que esa traza lleve más corriente sin aumentar el ancho de la traza o pagar extra por un espesor de cobre adicional.
Imagen 3: PCB con una sección de máscara de soldadura en un rastro eliminado y soldadura adicional agregada
El uso de polígono se vierte bajo componentes de alta corriente.
Los componentes individuales, como grandes FPGA y procesadores, tienen amplios requisitos de corriente y muchos pines de alimentación. También suelen venir en paquetes BGA y LGA.
Un truco para llevarles suficiente corriente rápidamente es hacer que los polígonos cuadrados se viertan justo debajo del chip y luego hacer que Vias se despliegue y se conecte a ellos. A continuación, puede hacer clic en el polígono verter a trazos de potencia gruesa.
Imagen 4: Polígono grande vertido debajo de un chip BGA para capacidad de alta corriente
Uso de capas internas para trayectos de alta corriente
Si se queda sin espacio para trazos gruesos en las capas externas, a menudo es un enfoque excelente tener un relleno sólido en una capa interna y luego usar vías para conectarse a dispositivos de alta corriente en capas externas.
Adición de barras de cobre para corrientes muy altas.
En aplicaciones específicas, como inversores de alta potencia y automóviles eléctricos, la corriente a menudo puede ser de 100 A o más. En tales casos, no tiene sentido utilizar trazas.
Una práctica común aquí es usar barras colectoras de cobre soldables que se sueldan en las almohadillas de una PCB y luego transportan la mayor parte de la alta corriente. Dado que las barras son mucho más gruesas que las trazas en una placa de circuito impreso, pueden tomar fácilmente un orden de magnitud más grande que las pistas regulares mientras tienen aproximadamente el mismo ancho.
Adición de puntos de vía para múltiples trazas que transportan grandes corrientes
Si una traza no puede transportar la corriente requerida a través de una sola capa, entonces la misma ruta se puede enrutar en una capa adicional, y luego se puede hacer una costura entre las dos capas. Efectivamente, duplica la capacidad de carga actual asumiendo que ambas trazas en diferentes capas tienen el mismo ancho.
Un video que explica el proceso se puede ver aquí:
4. Lo que nuestro PCB puede ofrecer para tableros de alta corriente
Servicio rápido de prototipos:
Los tableros de alta corriente a menudo requieren múltiples revisiones antes de realizar un gran pedido final.
WELLPCB ofrece un servicio de creación rápida de prototipos, y puede realizar pedidos en línea enviando sus diseños a bajo costo y obtener su PCB fabricado en poco tiempo.
Podemos producir giros rápidos para cumplir con la entrega de 24 horas para PCB de doble cara y 48 horas para placas de 4 a 8 capas.
Incluso una tabla de 10 capas puede completarse en 120 horas.
Sistema de cotización rápida en línea
Los clientes a menudo tienen que esperar una cotización y no tienen una idea del precio exacto. OurPCB ofrece un sistema de cotización en línea, y usted puede ver el costo exacto de su PCB. Puede elegir opciones para diferentes espesores de cobre y el precio se actualizará en tiempo real.
Materiales superiores
OurPCB ofrece una selección de materiales de PCB que pueden soportar temperaturas más altas y son perfectos para el diseño de alta corriente.
5. Conclusión
Los PCB de alta corriente se basan en un proceso de diseño cuidadoso y en el uso de todas las funciones y el espacio a bordo de manera eficiente.
Este tipo de tableros se ha vuelto más común en los últimos tiempos y seguirá siéndolo.
Para obtener más información, puede contactarnos de inmediato y estaremos encantados de atenderle.
