بدءًا من نظام الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة، وحتى-أجهزة الدفع ذات الطاقة العالية في الأتمتة الصناعية، ووحدات الطاقة الفعالة في مراكز البيانات، وراء التشغيل المستقر لهذه الأجهزة، تلعب لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي دورًا داعمًا رئيسيًا. أدناه، سوف نتعمق في المحتوى ذي الصلة بألواح الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي.
خصائص لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي
إن الاختلاف الأكثر أهمية بين لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي ولوحات الدوائر المطبوعة العادية هو قدرتها القوية على حمل التيار. سمك رقائق النحاس على لوحات الدوائر المطبوعة العامة عادة ما يكون 1 أونصة، في حين أن سمك رقائق النحاس على لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي يبدأ عادة من 2 أوقية ويمكن أن يصل حتى إلى 20 أوقية. بأخذ رقائق النحاس الشائعة التي يبلغ وزنها 2-أونصة كمثال، فإن مساحة مقطعها العرضي-زادت بشكل ملحوظ، مما يسمح بمرور تيار أكبر عبر كل وحدة مساحة. وفقًا لمعيار IPC-2152، في ظل ظروف ارتفاع درجة الحرارة المحددة، ترتبط القدرة الاستيعابية الحالية لرقائق النحاس ارتباطًا وثيقًا بمساحة مقطعها العرضي. يمكن لرقائق النحاس السميكة أن تقلل كثافة التيار بشكل فعال، وتقلل من تسخين الدائرة، وتضمن تشغيل الدائرة بشكل مستقر.
يعد الأداء العالي لتبديد الحرارة أيضًا سمة مهمة للوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي. عندما يمر تيار عالي، تولد الدائرة حرارة لا محالة. إذا لم يكن من الممكن تبديدها في الوقت المناسب، فسوف يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة المكونات، وانخفاض الأداء، وحتى الضرر. غالبًا ما تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي مواد موصلية حرارية عالية، مثل إضافة حشوات خزفية إلى الركيزة لتحسين التوصيل الحراري، أو استخدام مواد ذات مزايا طبيعية لتبديد الحرارة مثل ركائز الألومنيوم. في نفس الوقت، من خلال تصميم هيكل تبديد الحرارة بشكل معقول، مثل إضافة فتحات تبديد الحرارة ووضع النحاس على مساحة كبيرة، يمكن إنشاء قنوات فعالة لتبديد الحرارة لتبديد الحرارة بسرعة والحفاظ على درجة حرارة تشغيل مستقرة للمعدات.
النقاط الرئيسية في التصميم
تخطيط تخطيط الطريق
يجب أن يتبع تخطيط خطوط التيار العالي مبدأ القصير والمستقيم، مما يقلل من انحناء مسارات نقل التيار، ويقلل من مقاومة الخطوط وتحريضها. على سبيل المثال، في وحدة الطاقة، يجب أن يتجنب مسار التيار الرئيسي من الإدخال إلى الإخراج التقلبات والانعطافات قدر الإمكان لضمان التدفق السلس للتيار. يجب فصل مستويات التيار المختلفة للدوائر بشكل معقول لمنع التداخل من دوائر التيار العالي إلى دوائر الإشارة الصغيرة وضمان سلامة الإشارة.
حساب سمك رقائق النحاس وعرض الخط
يعد الحساب الدقيق لسمك رقائق النحاس وعرض الخط أمرًا بالغ الأهمية. وفقا لمتطلبات الحمل الحالية وارتفاع درجة الحرارة المسموح به لتصميم الدائرة، يمكن حساب المعلمات المناسبة باستخدام الصيغ ذات الصلة. إذا كان التصميم يتطلب ارتفاعًا في درجة الحرارة بما لا يزيد عن 20 درجة وقدرة حمل تيار تبلغ 10 أمبير، فيمكن الحصول على سمك رقائق النحاس المطلوبة وعرض الخط من خلال دمج الصيغة مع البيانات القياسية IPC-2152. في دوائر تشغيل المحركات عالية الطاقة، غالبًا ما تستخدم أسلاك الدائرة الرئيسية رقائق نحاسية بسمك يزيد عن 2 أونصة، وسيتم توسيع عرض الخط بشكل مماثل لتقليل المقاومة وتوليد الحرارة.
من خلال تصميم الثقب
تعتبر القنوات، باعتبارها قنوات تربط طبقات مختلفة من الدوائر، ذات أهمية خاصة في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي. من الضروري زيادة عدد الفتحات عبر الثقوب وتوزيعها بشكل معقول لتشكيل مصفوفة كثيفة وتحسين قدرة نقل التيار العمودي. في الوقت نفسه، تأكد من أن سمك الطلاء النحاسي للممر كافٍ، ويتطلب عمومًا سمك نحاس أكبر من أو يساوي 25 ميكرومتر لمنع جدار الثقب من الاحتراق تحت التيار العالي. على سبيل المثال، في لوحات الدوائر المطبوعة متعددة-الطبقات ذات التيار العالي، يتم ترتيب عدد كبير من النحاس المطلي من خلال الثقوب بشكل كثيف أسفل مكونات الطاقة مع توليد حرارة مركزة لتوصيل الحرارة بسرعة إلى الطبقات الأخرى وتعزيز تبديد الحرارة.
عملية التصنيع
تصفيح رقائق النحاس السميكة
يواجه تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي أولاً التحدي المتمثل في تصفيح رقائق النحاس السميكة. نظرًا لسمك رقائق النحاس، يلزم التحكم الدقيق في درجة الحرارة والضغط ومعلمات الوقت عند الضغط عليها على الركيزة لضمان رابطة محكمة بين رقائق النحاس والركيزة، دون عيوب مثل الفقاعات أو التصفيح. يمكن لتقنية الربط الفراغي المتقدمة استخراج الهواء أثناء عملية الربط لضمان جودة الربط، والتحكم في توحيد السمك المتوسط ضمن نطاق تسامح صغير جدًا، وتحسين الأداء العام للوحة الدائرة.
الطلاء الكهربائي بفتحة عميقة
تعتبر عملية الطلاء الكهربائي للفتحة العميقة أمرًا بالغ الأهمية لضمان التوصيل الجيد للمنافذ. من الصعب التأكد من تجانس وسمك طلاء النحاس في الثقوب العميقة لألواح دوائر رقائق النحاس السميكة من خلال عملية الطلاء الكهربائي التقليدية. تحقق تقنية الطلاء الكهربائي للثقب العميق طلاءًا نحاسيًا موحدًا على جدار الثقب من خلال تحسين صيغة محلول الطلاء وطريقة توزيع التيار وما إلى ذلك، مما يضمن أن سمك النحاس للثقب يلبي متطلبات القدرة الاستيعابية العالية للتيار وتجنب أن تصبح الثقوب اختناقات لنقل التيار.
مجال التطبيق
مركبة الطاقة الجديدة
في مجال مركبات الطاقة الجديدة، تُستخدم لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي على نطاق واسع في المكونات الرئيسية مثل شواحن السيارات ومحولات التيار المستمر-. OBC مسؤول عن تحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر لشحن البطارية. أثناء التشغيل، يكون التيار مرتفعًا، ويضمن الأداء العالي لحمل التيار وتبديد الحرارة للوحة الدوائر المطبوعة كفاءة الشحن والسلامة؛ تحقق محولات التيار المستمر - تحويل الطاقة لمستويات جهد مختلفة، وتعتمد أيضًا على لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي لنقل التيار بشكل ثابت، مما يضمن التشغيل المستقر للأنظمة الكهربائية للسيارات.
الأتمتة الصناعية
تتطلب محركات الأقراص المؤازرة عالية الطاقة ومحولات التردد وغيرها من المعدات في الأتمتة الصناعية تحكمًا دقيقًا في تشغيل المحرك، حيث توفر لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي نقلًا مستقرًا للطاقة. في محركات الأقراص المؤازرة، تقوم لوحة الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي بتوصيل وحدة الطاقة ودائرة التحكم، وتنقل التيار العالي بكفاءة، مما يضمن الاستجابة السريعة للمحرك للأوامر، وتحقيق التحكم الدقيق، وتلبية -متطلبات الدقة العالية والموثوقية العالية للإنتاج الصناعي.
معدات الطاقة الإلكترونية
تشتمل أجهزة الطاقة الإلكترونية، مثل محولات الطاقة الكهروضوئية وإمدادات الطاقة غير المنقطعة UPS وما إلى ذلك، على تحويل ونقل طاقة عالية-. تقوم العاكسات الكهروضوئية بتحويل التيار المباشر الناتج عن الألواح الشمسية إلى تيار متناوب ودمجه في شبكة الكهرباء. تساعد لوحات الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي على التعامل بكفاءة مع التيارات العالية وتحسين كفاءة تحويل الطاقة؛ توفر UPS طاقة الطوارئ للمعدات أثناء انقطاع التيار الكهربائي، وتضمن لوحة الدوائر المطبوعة ذات التيار العالي إمدادًا مستقرًا بالطاقة تحت الأحمال العالية، مما يضمن التشغيل المستمر للمعدات المهمة.