Електронски производи се стално крећу ка великој снази и високим перформансама. Од система за пуњење електричних возила до-модула за напајање велике снаге за индустријску опрему,-електронске апликације велике снаге постављају строге захтеве за тренутни капацитет струјних кола. Дебеле бакарне ПЦБ плоче постале су кључна техничка подршка за испуњавање ових захтева због својих одличних карактеристика струјног ношења.
Дефиниција и предностидебела бакарна штампана плоча
Дебела бакарна штампана плоча обично се односи на штампану плочу са дебљином бакарне фолије већом од конвенционалних 1 оз (око 35 μм). Уобичајене дебљине укључују 2оз (око 70 μм), 3оз (око 105 μм), 4оз (око 140 μм), итд. У поређењу са обичним ПЦБ плочама, дебеле бакарне ПЦБ плоче имају значајне предности у капацитету струје. Према Омовом закону, топлота која се ствара када струја пролази кроз проводник је пропорционална његовом отпору, док је отпор обрнуто пропорционалан-површини попречног пресека проводника. Дебеле бакарне ПЦБ плоче, због дебље бакарне фолије и веће површине попречног-попречног пресека проводника, имају значајно смањен отпор и могу да носе веће струје, ефикасно смањујући губитак снаге и феномене загревања у колу.
Кључни фактори који утичу на носивост струје
Дебљина бакарне фолије: Дебљина бакарне фолије је кључни фактор који одређује носивост струје. Стандард ИПЦ-2221 пружа емпиријску формулу за израчунавање капацитета струјног носивости штампаних трагова у стандардном окружењу (температура околине од 25 степени Ц, максимални пораст температуре од 10 степени Ц): И=к × (Вб × Тц), где је И максимална дозвољена струја, В је ширина жице, Т и к, константна дебљина бакра, дебљина бакра и ц то је унутрашњи или спољашњи слој). Из формуле се јасно види да, под другим константним условима, повећање дебљине бакарне фолије значајно побољшава носивост струје. На пример, дебљина бакра од 1 оз обично може да носи струју од око 1 А/мм, док дебљина бакра од 2 оз значајно повећава њен тренутни капацитет.
Ширина жице: Ширина жице такође има значајан утицај на носивост струје. Шира жица може обезбедити већу путању струје, смањити густину струје и минимизирати стварање топлоте. У практичном инжењерингу, како се ширина жице повећава, тренутна носивост штампане плоче се побољшава, али то није стриктно линеарно повећање, већ се повећање постепено смањује. На пример, под порастом температуре од 10 степени Ц, штампана плоча дебљине 1 оз бакра и ширине жице од 100 мил (2,5 мм) може да прође струју од 4,5 А. Како ширина жице даље расте, брзина побољшања капацитета струје се успорава.
Температура околине и услови одвођења топлоте: Утицај температуре околине и услова одвођења топлоте на тренутни капацитет носивости дебелих бакарних штампаних плоча не може се занемарити. Када температура околине расте, електрична отпорност бакра се повећава, отпор линије се повећава и више топлоте се генерише под истом струјом. Добри услови дисипације топлоте, као што је додавање хладњака, коришћење принудног ваздушног хлађења или течног хлађења, могу ефикасно смањити температуру штампане плоче и побољшати њен тренутни капацитет носивости. На пример, у-електронским уређајима велике снаге, инсталирање хладњака велике површине-на дебеле бакарне штампане плоче и коришћење вентилатора за принудно ваздушно хлађење може значајно да побољша њихов тренутни капацитет у окружењима са високим-температурама и обезбеди стабилан рад опреме.
Прорачун и процена тренутне носивости
Прорачун заснован на стандардним формулама: Као што је раније поменуто у стандардној формули ИПЦ-2221, са познатом дебљином бакарне фолије, ширином жице и одређивањем да ли је плоча унутрашњи или спољашњи слој, тренутна носивост се може прелиминарно проценити. Али ова формула је изведена у специфичним стандардним окружењима, а у практичним применама, резултати прорачуна се морају кориговати на основу фактора као што су температура околине и услови одвођења топлоте.
Анализа симулације: Професионални софтвер за аутоматизацију електронског дизајна може се користити за симулацију тренутне ситуације ношења дебелих бакарних плоча. Конструисањем тачног модела плоче и подешавањем параметара као што су струја, температура и расипање топлоте у стварним радним условима, софтвер може интуитивно да прикаже дистрибуцију струје на штампаној плочи, промене температуре у различитим деловима и потенцијалне жаришне тачке, пружајући прецизнију и детаљнију подршку података за процену капацитета струје.
Стварно тестирање и верификација: Током процеса развоја производа, прављење узорака и спровођење стварног тестирања су важни кораци у верификацији тренутне носивости. Применом различитих нивоа струје на узорак, праћење параметара као што су промене температуре и падови напона кола на штампаној плочи, упоређујући их са теоријским прорачунима и резултатима симулације, додатно оптимизујући дизајн како би се обезбедило да дебеле бакарне штампане плоче могу да испуне захтеве за ношење струје у практичним применама.
Перформансе ношења струје у сценаријима апликације
Електрична електронска опрема: Дебеле бакарне штампане плоче играју кључну улогу у{0}}електронској опреми велике снаге као што су претварачи снаге и станице за пуњење електричних возила. Узимајући за пример станице за пуњење електричних возила, њихова снага пуњења се континуирано повећава, од неколико киловата у раним данима до десетина киловата или чак и више данас. Да би се обезбедио стабилан и ефикасан пренос велике струје, струјни круг унутар станице за пуњење обично користи дебеле бакарне штампане плоче. Ако се користи бакарна штампана плоча дебљине 4 оз, у комбинацији са разумним дизајном ожичења, она лако може носити стотине ампера струје пуњења, осигуравајући да станица за пуњење може брзо и поуздано пунити електрична возила.
Индустријска контрола и аутоматизација: Погони мотора велике снаге, фреквентни претварачи и друга опрема у индустријским окружењима захтевају високу поузданост због великих радних струја. Дебеле бакарне ПЦБ плоче, са својим високим капацитетом струје и добром механичком чврстоћом, могу стабилно да раде у сложеним индустријским окружењима. У великим системима моторних погона, коришћење дебелих бакарних штампаних плоча као контролних кола и кола за пренос енергије може ефикасно смањити кварове на линији узроковане прекомерном струјом, побољшати стабилност опреме и ефикасност производње.
Систем напајања комуникационих базних станица: Са популаризацијом 5Г комуникационе технологије, потражња за енергијом комуникационих базних станица значајно се повећала. Систем напајања базне станице захтева штампану плочу способну да носи велике струје како би се обезбедило стабилно напајање. Примена дебелих бакарних штампаних плоча у енергетским модулима комуникационих базних станица може да испуни њихове захтеве за високим струјним ношењем, док добре перформансе одвођења топлоте помажу у смањењу температуре опреме, побољшању поузданости и радног века енергетских система и обезбеђивању 24-часовног непрекидног рада комуникационих базних станица.
Кључне тачке дизајна за ношење струје за дебелу бакарну штампану плочу
Разумно планирање ожичења: Приликом пројектовања дебелих бакарних штампаних плоча, дужину струјних кола треба скратити што је више могуће како би се смањио отпор кола и индуктивност. Истовремено, избегавајте оштра скретања или уска грла у линији како бисте обезбедили несметан пролаз струје. Када користите дизајн вишеслојне плоче, важно је разумно алоцирати слојеве напајања и земље, оптимизовати струјне путање и уравнотежити дистрибуцију струје.
Повећајте број пролазних рупа: У више-слојним бакарним штампаним плочама, пролазне рупе су кључни канали за повезивање различитих слојева бакарне фолије. Разумно повећање броја пролаза може ефикасно смањити отпор преноса струје између слојева, уравнотежити дистрибуцију струје и смањити проблем прекомерне локалне густине струје. На пример, у областима рутирања са високом струјом, постављање вишеструких прелаза у редовним интервалима за формирање низа пролаза може значајно побољшати капацитет ношења струје.