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Hochleistungsplatine 4

Hochleistungs-PCB-Design (1 kW, Eingangsspannung: 12–40 V, maximaler Eingangsstrom: 50 A)

Die wichtigste Regel für das Design von Hochleistungs-Leiterplatten ist, Ihren Leistungspfad zu kennen. Der Ort und die Anzahl der durch einen Schaltkreis fließenden Leistung sind ein Schlüsselfaktor bei der Entscheidung über die IC-Position und die Art und Menge der Wärmeableitung. Viele andere Faktoren beeinflussen das Layout für ein bestimmtes Design. Zu diesen Faktoren gehören:

  • Die Strommenge, die durch die Leiterbahn fließt
  • Die Umgebungstemperatur um das Gerät und die Platine herum
  • Das Brettmaterial
  • IC-Dichte

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  • Hochleistungs-PCB-Design für IGBT-Steuerplatine
  • Hochleistungs-PCB-Design für E-Zigaretten-Steuerplatine
  • Hochleistungs-PCB-Design für Verstärkerplatine

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Hochleistungs-PCB-Design: Der ultimative Leitfaden

high-power-pcb-design

In diesem Leitfaden werden wir uns mit dem Design von Hochleistungs-Leiterplatten befassen. Ein einleitender Abschnitt mit grundlegenden Definitionen und Merkmalen beginnt.

Darauf folgt die Identifizierung einiger Arten von Hochleistungs-PCB-Designs. Anschließend diskutieren wir die Vor- und Nachteile der Leiterplatte.

Wir untersuchen weiter das Layout dieses Designs und einige der Sicherheitsanforderungen.

Wir prüfen dann die Prototyping-, Fertigungs- und Montageprozesse, bevor wir mit der Herstelleridentifikation abschließen

Lass uns anfangen:

Grundlagen des Hochleistungs-PCB-Designs

Das Design von Hochleistungs-Leiterplatten hat in der jüngeren Vergangenheit an Popularität gewonnen. Zuvor war das Design auf militärische Ausrüstung beschränkt.

Schauen wir uns in diesem Abschnitt die Definition der PCB an.

Wir werden uns auch einige seiner Funktionen, Vor- und Nachteile sowie die Anwendung ansehen.

Was ist High Power PCB

High Power PCBs sind Leiterplatten aus schwerem Kupfer. Dadurch können sie im Vergleich zu anderen Boards höhere Stromstärken verarbeiten.

Hochleistungs-Leiterplatte

Hochleistungs-Leiterplatte

Sie sind auch in der Lage, hohen Temperaturen über einen längeren Zeitraum standzuhalten. Als solche bieten sie starke Verbindungspunkte.

Hochleistungs-PCB-Funktionen

Hochleistungs-PCB-Designs werden für bestimmte Geräte hergestellt.

Diese Geräte erfordern höhere Stromflüsse und sind oft unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt.

Damit sie effektiv und effizient funktionieren, umfasst das Design von Hochleistungs-PCB die folgenden Merkmale:

Die Kupferschicht im Hochleistungs-Leiterplattendesign ist dicker und schwerer als bei anderen Leiterplatten. Dies verleiht ihm die Fähigkeit, höhere Ströme zu leiten.

Thermische Wärmeübertragung in Leiterplatten

Thermische Wärmeübertragung in Leiterplatten – Foto mit freundlicher Genehmigung: Taiyo

Diese Fähigkeit, höhere Ströme zu leiten, ist mit der Fähigkeit gekoppelt, Wärme abzuleiten. Dies trägt dazu bei sicherzustellen, dass während des Betriebs von Geräten, die aus der Platine hergestellt sind, keine Kurzschlüsse auftreten.

Aus diesen Gründen ist eine Hochleistungs-Leiterplatte in der Lage, schwankenden Temperaturen, in denen das Gerät verwendet wird, zu widerstehen und sich an sie anzupassen.

Wo man High Power PCB verwendet

Aufgrund ihrer Fähigkeit, hohe Ströme zu leiten und schwankende Temperaturen aufzunehmen, haben Hochleistungs-Leiterplatten viele Anwendungen. Lassen Sie uns einige dieser Anwendungen durchgehen.

Leiterplatte für die Solarstromverteilung

Leiterplatte für Solarstromverteilung

1. Solarstromverteilung

Solarstromverteiler sind für die Effizienz stark auf Hochleistungs-Leiterplatten angewiesen.

Da Solarstromverteiler sowohl höhere Ströme als auch höhere Spannungen übertragen, sind sie auf High-Power-Boards angewiesen. Dadurch können sie Ströme effektiv übertragen.

2. Militärische Anwendungen

Im Militärbereich benötigen die meisten Anwendungen hohe Ströme und sind zudem schwankenden Temperaturen ausgesetzt. Daher ist es unerlässlich, sie mit PCBs herzustellen, die diese Funktionen bewältigen können. Diese Qualitäten findet man nur in Hochleistungsleiterplatten.

Militärische Anwendungen wie Kommunikationsgeräte, Satelliten und Radar verlassen sich daher für die Effizienz auf Hochleistungs-PCBs.

Sie werden auch in gepanzerten Militärfahrzeugen und Kampfjets verwendet, die bei militärischen Operationen eingesetzt werden.

3.Industrielle Anwendungen

In der jüngeren Vergangenheit hat sich die Industrie stark auf Hochleistungs-Leiterplatten verlassen. Denn innerhalb der Sektoren ist man stark auf hohe Ströme und Spannungen angewiesen.

Die Leistungsverteilungstransformatoren in der Industrie verwenden ebenfalls Hochleistungs-Leiterplatten. Dadurch können sie Ströme effektiv für die Leistung der Industriemaschinen übertragen.

4. Luft- und Raumfahrtindustrie

Flugzeuge und Raumfahrzeuge sind schwankenden Temperaturen ausgesetzt und sind auf hohe Ströme und Spannungen angewiesen, um effektiv und sicher zu funktionieren. Wenn Sie bei der Auswahl des am besten geeigneten Boards keine Überlegungen anstellen, kann dies zu Todesfällen führen.

Nehmen wir zum Beispiel den Stromfluss beim Start eines Raumfahrzeugs. Dies ist aufgrund der hohen Ströme mit keiner anderen Leiterplatte zu bewältigen.

Auch Kommunikationsgeräte in der Industrie sind auf Hochleistungs-Leiterplatten angewiesen, da sie unterschiedlichen Umgebungen ausgesetzt sind. Dies ist der gleiche Fall bei dem vom Kontrollturm verwendeten Radar.

5. Satelliten

Satelliten sind schwankenden Temperaturen ausgesetzt. Um ihre Funktionen effektiv auszuführen, benötigen sie außerdem hohe Stromflüsse.

Andere PCBs können diesen Faktoren nicht standhalten. In der Industrie werden daher Hochleistungsleiterplatten eingesetzt.

Arten von Hochleistungs-PCB-Design

Es gibt eine ganze Reihe von High-Power Leiterplatten heute auf dem Markt erhältlich. Sehen wir uns einige der häufigsten Klassifizierungskriterien an.

· Doppelseitige Hochleistungs-Leiterplatte

Dies sind Hochleistungsleiterplatten, die eine beidseitige Bestückung mit Bauteilen ermöglichen. Sie sind der Einstieg in komplexere Anwendungen, die unter Verwendung von Hochleistungs-Leiterplatten hergestellt werden.

Doppelseitige Leiterplatte

Doppelseitige Leiterplatte

Die Vias, wechseln sie zwischen den oberen und den unteren Schichten. Dadurch sind sie im Vergleich zu einseitigen Hochleistungs-Leiterplatten effizienter und zuverlässiger.

·Starrflexibles Hochleistungs-PCB-Design

Starr-Flex Hochleistungs-Leiterplatten bestehen sowohl aus starren als auch aus flexiblen Schaltungssubstraten.

In den meisten Fällen bestehen Starrflex-Hochleistungsplatinen aus mehreren Schichten flexibler Substrate. Diese flexiblen Substrate werden dann entweder an einer oder mehreren starren Platten befestigt.

Starr-Flex-PCB-Design

Starr-Flex-PCB-Design

Diese Befestigung erfolgt entweder intern oder extern. Die beabsichtigte Anwendung für Hochleistungs-Starrflexplatten ist entscheidend dafür, wie die Befestigung erfolgt.

Außerdem sind die flexiblen Komponenten so ausgelegt, dass sie immer flexibel sind.

Diese Flexibilität ist in Ecken und Bereichen nützlich, die zusätzlichen Platz benötigen. Starre Substrate sind in Bereichen hilfreich, die zusätzliche Unterstützung erfordern.

Mit diesen Fähigkeiten besteht die Gewissheit, dass diese Hochleistungs-Starrflex-Boards während des Herstellungs- und Installationsprozesses gebogen werden können.

Die Rigid-Flex-Technologie verleiht Hochleistungs-Leiterplatten die Möglichkeit, in kleinere Anwendungen zu passen. Dies führt zu verbesserter Leistung und Komfort.

·Mehrschichtiges Hochleistungs-PCB-Design

Mehrschichtige Hochleistungsleiterplatten haben mindestens drei leitende Schichten. Durchkontaktierte Querleiterplatten sind die am häufigsten verwendete elektrische Verbindungsstrategie in diesen Platinen.

Je nach Verwendungszweck der Platine können bis zu zwölf leitfähige Schichten vorhanden sein. Es gibt jedoch einige Unternehmen, die inzwischen Leiterplatten mit bis zu 100 Lagen herstellen.

Mehrschichtige Leiterplatte

Mehrschichtige Leiterplatte

Dies gibt Raum für die Herstellung einiger der komplexesten Hochleistungs-PCB-Anwendungen.

Vorteile des Hochleistungs-PCB-Designs

Vorteile von Hochleistungs-Leiterplatten

Vorteile von Hochleistungs-Leiterplatten

1) Erhöhte Beständigkeit gegenüber thermischen Belastungen

Das in der Hochleistungsleiterplatte enthaltene schwere Kupfer verleiht ihr die Fähigkeit, thermischen Belastungen standzuhalten, denen sie ausgesetzt ist.

Geräte aus Hochleistungs-Leiterplatten sind daher in der Lage, thermischen Schwankungen zu widerstehen und sind zuverlässig.

Dies erklärt ihre Vorliebe bei der Herstellung militärischer Anwendungen.

2) Erhöhte Strombelastbarkeit

Schweres Kupfer verleiht Hochleistungsleiterplatten auch die Fähigkeit, hohe Ströme ohne große Belastung zu leiten. Hohe Ströme auf Leiterplatten mit leichterem Kupfer sind anfällig für Ausfälle und Fehlfunktionen.

Geräte wie Leistungstransformatoren sind sehr hohen Strömen ausgesetzt. Ohne Hochleistungs-Leiterplatten werden sie wahrscheinlich ausfallen oder Katastrophen verursachen.

3) Erhöhte mechanische Festigkeit an den Verbindungsstellen und in den PTH-Löchern

Schweres Kupfer, das bei der Herstellung von Hochleistungs-Leiterplatten verwendet wird, verleiht ihm mechanische Festigkeit. Dies ist sehr wichtig, um die auf der Platine montierten Komponenten zu unterstützen.

Die Verbindungsstellen sind bei Hochleistungs-Leiterplatten verstärkt. Dies erstreckt sich auch auf die Durchgangslöcher, die ebenfalls durch das Kupfer stärker gemacht werden.

4) Reduzierte Produktgröße

Das Hochleistungs-PCB-Design hilft auch bei der Reduzierung der Produktgröße. Dies wird durch den Einbau mehrerer Kupfergewichte auf derselben Schicht der Schaltung erreicht.

Dies erklärt seine Vorliebe für militärische Anwendungen, da die meisten Produkte tragbar sein müssen.

5) Wärmeübertragung auf externe Kühlkörper

Mit stark verkupferten Vias wird eine hohe Stromübertragung durch die Platine ermöglicht. Dies hilft bei der Übertragung von Wärme zu den externen Kühlkörpern.

Es macht Hochleistungs-Leiterplatten zur effektivsten Platine für Anwendungen, die hohe Ströme erfordern, um effektiv zu funktionieren.

Die Kühlkörper im High-Power-PCB-Design können auch direkt auf die Platine plattiert werden. Dies erklärt die Abhängigkeit vom Hochleistungs-PCB-Design in industriellen Anwendungen.

Nachteile des Hochleistungs-PCB-Designs

Hochleistungs-PCB-Design ist teuer in der Herstellung. Dies liegt daran, dass sie schwereres und dickeres Kupfer verlangen, was sehr teuer ist, um effektiv arbeiten zu können.

Die mit dem Design von Hochleistungs-PCBs verbundenen Prozesse können zeitaufwändig sein. Die zusätzlichen Funktionen, die für das effektive Funktionieren der Leiterplatte zwingend erforderlich sind, verbrauchen Zeit. Dies ist anders als bei anderen einfacheren Leiterplatten.

Designprozess für Hochleistungs-Leiterplatten

In diesem Abschnitt befassen wir uns zunächst mit Überlegungen zum Leiterplattenlayout, bevor wir mit den Designtipps fortfahren. Anschließend besprechen wir die Schritte beim Design von Hochleistungs-Leiterplatten.

Überlegungen zum Layout von Hochleistungs-Leiterplatten

Die erste Überlegung, die während des Designprozesses angestellt werden sollte, ist das Platinenlayout.

Machtüberlegungen für den Vorstand

Die Festlegung des Leistungspfades ist die wichtigste Regel für die Hochleistungsschaltungen.

Dies ist von entscheidender Bedeutung, um den Ort und die Menge der Leistung zu ermitteln, die durch den Stromkreis fließen soll. Es informiert außerdem über die Position des IC und die Menge an Wärmeableitung, die für die Platine erforderlich ist.

Es gibt viele Faktoren, die das Layout für ein bestimmtes Design beeinflussen. Diese sind:

  • Die erste Überlegung sollte die Menge an Leistung sein, die durch die Schaltung fließen soll
  • Wichtig ist auch die Umgebungstemperatur, für die das Gerät und die Platine ausgelegt sind
  • Sie sollten auch den zu erwartenden Luftstrom um das Gerät und sogar um die Platine herum berücksichtigen
  • Ihre andere Überlegung wird das Board-Material sein, das Sie verwenden werden
  • Der letzte ebenso wichtige Faktor ist die IC-Dichte der Platine, die Sie verwenden möchten

Komponentenplatzierung

In der Vergangenheit wurden analoge und Mixed-Signal-Leiterplatten verwendet. Dazu gehörten Hochleistungs- und Analogblöcke.

Bauteilplatzierung auf PCB

Komponentenplatzierung – Foto mit freundlicher Genehmigung: Stack Exchange

In anderen Fällen enthielten sie empfindliche Digital-Analog-Blöcke mit geringer Leistung.

Im ersten Schritt für das Layout sollten Sie Stromblöcke entwerfen und platzieren.

Achten Sie darauf, die Anschlüsse innerhalb der einzelnen Powerblöcke zu belassen. Dies gilt sowohl für kurze als auch für breite Blöcke.

Stellen Sie dabei sicher, dass Sie unerwünschte Masseschleifen und die Erzeugung von Rauschen verhindern. Machen Sie im Allgemeinen die folgenden Überlegungen:

  • Identifizieren Sie die Stromschleifen im Layout. Es ist wichtiger, schärfer mit den Hochstrompfaden umzugehen. Reduzieren Sie diese Schleifen.
  • Zweitens ist es ratsam, die Möglichkeit einer Widerstandsspannung zu begrenzen.
  • Stellen Sie sicher, dass Sie die Hochleistungsschaltkreise entfernt von anderen empfindlichen Schaltkreisen anordnen
  • Stellen Sie vor allem sicher, dass die verwendeten Erdungstechniken beeindruckend sind.

Abgesehen von den erwähnten Layout-Überlegungen wäre es auch wichtig zu vermeiden, verschiedene Leistungskomponenten an Bord in einen Topf zu werfen.

Damit die Platine ein thermisches Gleichgewicht erreicht, stellen Sie sicher, dass Sie diese Wärmekomponenten gleichmäßig über die Platine verteilen.

Dadurch wird die Platine auch effektiv vor Verziehen geschützt. So können Sie sicher sein, dass die Hitze auf der Platine reduziert und empfindliche Schaltkreise geschützt werden.

Auch im Betrieb sind die Signale gleichermaßen geschützt.

IC- und Komponentenmontage

Wenn innerhalb eines Stromkreises Strom fließt, ist es offensichtlich, dass alle Komponenten Wärme erzeugen.

Wenn Wärme in den passiven Komponenten und den ICs erzeugt wird, wird die Wärme höchstwahrscheinlich abgeführt. Diese Wärme wird an die kühlere Umgebungsluft abgegeben, die das Gerät umgibt.

Montage von IC-Komponenten

Montage von IC-Komponenten

Diese Ableitung wird durch den Leiterrahmen des Geräts oder durch das Gehäuse ermöglicht. Die meisten IC-Gehäuse sind daher so ausgelegt, dass sie nicht viel Platz lassen, durch den externe Wärmesenken auftreten können.

Dies erfordert auch ein Verfahren, durch das Wärme aus dem Gerät entzogen werden kann. Exposed Pad ist ein solches Verfahren. Verwenden Sie für eine optimale Wärmeleistung einen Chip im Inneren des Gehäuses.

Dieser Chip sollte direkt mit einem EP verbunden sein. Diese ICs können dann korrekt auf der Platine montiert werden. Dadurch wird der Wärmeübergang vom Gehäuse auf die Platine optimiert.

·Temperatur fällt

In den meisten Fällen erzeugen Komponenten im Strompfad immer enorme Wärmemengen. Daher ist es wichtig, Strategien zu finden, mit denen die erzeugte Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann.

Um dies zu erreichen, haben Sie die Möglichkeit, eine externe hinzuzufügen Wärmeableiter auf das Brett. Dadurch kann Ihr Board die Wärme aus dem Gerät abführen und an die Umgebungsluft abgeben.

Diese Kühlkörper sollten aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen. Zu solchen Materialien gehören Metalle wie Aluminium und Kupfer.

Temperatur fälltKühlkörper – Foto mit freundlicher Genehmigung: Wikimedia

Es ist ratsam, diese Wärmeableiter entlang des Luftstromwegs zu platzieren. Dies führt zu einer schnelleren Dissipationsrate.

Die Positionierung des ICs sollte so erfolgen, dass die Kühlkörper an einer gewünschten Stelle befestigt sind. Sie können dann die Wärmeübertragung vom IC zum Kühlkörper optimieren, indem Sie thermisches Epoxid verwenden.

Dies ist wichtig, um die Wärmeübertragung zwischen Ihren Geräten zu erleichtern. Achten Sie darauf, genügend Platz auf der Platine zu schaffen.

Dies ist jedoch niemals für kleinere Geräte oder sogar kompakte Anwendungen geeignet.

Board Layout

Seien Sie vorsichtig beim Verlegen von Hochleistungspfaden, die zwischen den ICs und sogar den Komponenten bestehen. Im Falle eines Widerstands von Kupferspuren besteht die Wahrscheinlichkeit, dass Strom verloren geht. Alternativ kann viel Wärme erzeugt werden.

Achten Sie darauf, dass die Leiterbahnen zwischen den Leistungskomponenten kurz und breit gehalten werden. Für Pfade, die hohe Ströme führen, ist es ratsam, dickeres Kupfer zu verwenden.

PCB-LayoutPCB-Layout – Foto mit freundlicher Genehmigung: Autodesk

Stellen Sie immer sicher, dass Sie große Kupferleiterbahnen verwenden, da diese für Stromleiterbahnen am meisten bevorzugt werden. Wenn Sie kleine Spuren für den Strom verwenden, wird die allgemeine Leistung untergraben.

Große Kupferflächen können auch zusammen mit den Durchkontaktierungen verwendet werden, um überschüssige Wärme von der Vorrichtung abzuführen.

Bei großen Flugzeugen können Sie sicher sein, dass die geschaffene Fläche für die Wärmeableitung von einem Gerät ausreicht. Diese Ebenen sollen entweder oben oder unten mit den Lagen der Platine verbunden werden.

Dies führt zu einer maximalen Wärmeübertragung an die Umgebung. Es können aber auch innere Ebenen zur Wärmeabfuhr genutzt werden.

Sie können auch Durchkontaktierungen verwenden, um Strom effektiv über die Schichten der Platine zu übertragen. Sie können Energie vom Paket entweder auf eine andere Ebene oder sogar auf eine Schicht übertragen. Bei mehreren Durchkontaktierungen reduziert sich daher der Wärmewiderstand erheblich.

Spurdicke

Die Dicke der Verbindungen zwischen Komponenten markiert einen weiteren Aspekt beim Design von Hochleistungsplatinen. Die Spurdicke ist ein wichtiger Gesichtspunkt, da die Kupferspuren wahrscheinlich einen Widerstand aufweisen.

LeiterplattenspurenPCB-Spuren – Foto mit freundlicher Genehmigung: SCINCING

Die Leiterbahndicke wird daher darüber informieren, wie Hochleistungsdesigns funktionieren können.

Hochleistungs-PCB-Designs verwenden häufig eine Dicke von etwa 2 Unzen. Dies hilft den Boards, die volle Ausgangsleistung zu liefern und überschüssige Wärme abzuleiten, die während der Stromversorgung erzeugt wird.

Design-Tipps für Hochleistungs-Leiterplatten

·Sicherheitsaspekte

Wie bei jeder anderen Leiterplatte sind Sicherheitsvorkehrungen die erste Überlegung, die für einen effektiven Betrieb getroffen werden sollte. Dies ist entscheidend bei der Handhabung von Hochleistungs-Leiterplatten.

Es gibt jedoch einige einzigartige Faktoren, die beim Design von Hochleistungs-Leiterplatten berücksichtigt werden sollten.

Das Hauptproblem, das möglicherweise zu Fehlfunktionen führen kann, ist Hitze. Diese Platinen erzeugen im Vergleich zu anderen Standardplatinen viel Wärme, unabhängig davon, wie Sie ihr Layout gestalten.

Während des Herstellungsprozesses ist es zwingend erforderlich, mehr externe Belüftungsöffnungen und Lüfter im Gehäuse zu schaffen.

Es muss auch ein Temperatursensor auf der Platine installiert werden. Dies ist eine wesentliche ausfallsichere Firmware für die Leiterplatte.

Wenn es einen ungewöhnlichen Temperaturanstieg feststellt, können Sie auf Überhitzung reagieren. Es empfiehlt sich, Komponenten mit geringem Widerstand zu wählen.

Auch Kurzschlüsse stellen ein Sicherheitsrisiko dar. Da die Platine Geräte mit hoher Leistung ansteuern soll, führt ein Kurzschluss zu unerwünschten Effekten. Sie müssen eine solche Eventualität in der Designphase der Hochleistungs-Leiterplatten berücksichtigen.

Um Kurzschlüssen vorzubeugen, sichern Sie alle Ausgänge, die die Platine verlassen. Sie müssen auch die Eingänge absichern.

Sie müssen dann die Sicherungen bewerten. Dies hilft sicherzustellen, dass die verwendeten Drähte weniger Ströme verarbeiten, als sie sollten.

Die Strommenge auf den Leiterbahnen der Platine sollte auch so ausgelegt sein, dass sie weniger oder gleich viel Strom führt. Es ist notwendig, Laufwerke mit eingebauten Funktionen zur Verhinderung von Kurzschlüssen zu verwenden.

· Holen Sie sich einen Plan

Machen Sie sich mit dem Layout vertraut, bevor Sie mit der Planung einer Hochleistungsschaltung beginnen und bevor Sie die erste Leiterbahn ausführen. Dies ist wichtig für andere Platinen, aber entscheidender für Hochleistungs-Leiterplatten.

Sie können die Platine zunächst in Abschnitte mit hoher und niedriger Leistung aufteilen. Dadurch können Sie alle Hochleistungsleiterbahnen näher an die Stromquelle heranführen.

·Trace-Breiten-Rechner

Stellen Sie beim Design von Leiterplatten sicher, dass Sie die erforderliche Mindestleiterbahnbreite kennen. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie mit Hochleistungs-PCBs arbeiten.

Absolute Mindestbreiten sollten mit der Formel IOC-2221 ermittelt werden. Die erforderliche Mindestbreite sollte etwa 142 mil betragen.

·Denken Sie daran, Kupfergüsse zu verwenden

Unabhängig von der Art der Platine ist es ratsam, beim Entwerfen all Ihrer Stromnetze Kupfergüsse zu verwenden. Stellen Sie beim Entwerfen von Hochleistungs-Leiterplatten sicher, dass jedes Hochleistungs-Tragnetz aus einem Guss besteht.

Die Kupfergüsse werden von großer Bedeutung sein, da sie eine Vergrößerung der Kupferbreite ermöglichen, wodurch sie auf die Platine passen.

· Verdoppeln Sie die Schichten

Das Zusammennähen von doppellagigen Gussstücken unter Verwendung von Durchkontaktierungen ist eine häufig verwendete Technik. Diese Doppelschicht erzeugt effektiv die doppelte Kupferfläche auf derselben Fläche.

Die Verwendung dieser Technik führt zu einer erhöhten Möglichkeit, Stromschleifen zu bilden. Ermöglicht wird dies durch den Abschnitt, der die Rückführung des Stromflusses sperrt.

·Thermische Erleichterungen

Dies hilft hauptsächlich dem umgebenden Kupfer beim Löten zu fließen.

Um dies zu erreichen, sollten Sie weniger Kupfer haben, damit Ströme fließen können. Beim Design von Standard-Leiterplatten spielt dies eine untergeordnete Rolle.

Die Vorteile der Thermik überschatten jedoch immer noch die Mängel. Verwenden Sie für die Stromnetze in den Hochleistungsleiterplatten Thermik. Kombinieren Sie dies mit soliden Verbindungen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Entwerfen von Hochleistungs-Leiterplatten

PCB-Design-Software-SchnittstellePCB-Design-Software-Schnittstelle

Schritt 1: Vorbereitung des Basismaterials.

Vor Beginn des Verarbeitungsprozesses muss das Laminat gründlich gereinigt werden.

Diese Vorreinigung ist unerlässlich, da die Kupferspulen, die im Hochleistungs-PCB-Design verwendet werden, normalerweise Anlaufschutzeigenschaften haben. Diese werden normalerweise von den Anbietern durchgeführt, um Schutz vor Oxidation zu bieten.

Schritt 2: Erzeugung des Schaltungsmusters

Es gibt zwei Haupttechniken, die Sie verwenden werden, um dies beim Entwerfen von Hochleistungs-Leiterplatten zu erreichen. Zu diesen Techniken gehören:

Siebdruck – Dies ist die am meisten bevorzugte Methode, da sie die gewünschten Schaltungsmuster erzeugen kann. Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden, dass es in der Lage ist, sich genau auf der Oberfläche des Laminats abzuscheiden.

Photo Imaging – dies ist die älteste Technik, die jemals zum Entwerfen von Hochleistungs-Leiterplatten verwendet wurde. Es ist jedoch immer noch eine häufig verwendete Methode zur Darstellung von Leiterbahnen auf Laminat.

Diese Technik hilft sicherzustellen, dass ein trockener Photoresistfilm, der aus der vorgesehenen Schaltung besteht, auf dem Laminat ruht.

Das resultierende Material wird UV-Licht ausgesetzt. Folglich wird das Muster auf der Fotomaske auf das Laminat übertragen.

Der Film wird chemisch vom Laminat entfernt. Dies hinterlässt das Laminat mit den beabsichtigten Schaltungsmustern.

Schritt 3: Ätzen des Schaltungsmusters

Beim Entwerfen von Hochleistungs-Leiterplatten wird dies normalerweise durch Eintauchen des Laminats in ein Ätzbad erreicht.

Alternativ können sie mit einer geeigneten Ätzlösung besprüht werden. Um die erforderlichen Ergebnisse zu erzielen, wird gleichzeitig auf beiden Seiten geätzt.

Schritt 4: Bohrprozesse

Nach dem Ätzen ist das Bohren der nächste Schritt. In diesem Schritt werden Löcher, Pads und Vias gebohrt.

Um präzise Löcher zu erhalten, müssen Sie sicherstellen, dass die Bohrwerkzeuge mit hoher Geschwindigkeit arbeiten. Verwenden Sie Laserbohrmethoden, wenn Sie ultrakleine Löcher erzeugen.

Schritt 5: Durchkontaktierung

Beim Design von Hochleistungs-Leiterplatten ist dies ein Schritt, der mit viel Sorgfalt und Präzision durchgeführt werden muss. Nachdem die gewünschten Löcher gebohrt wurden, wird Kupfer darin abgeschieden.

Anders als bei anderen Leiterplatten erfolgt dies in großen Mengen und dicker gemacht. Anschließend werden sie chemisch plattiert. Das Ergebnis ist die Bildung von elektrischen Verbindungen über die Schichten hinweg.

Schritt 6: Auftragen von Coverlay oder Covercoat

Der Schutz beider Seiten der Platine im Hochleistungsdesign ist unerlässlich. Dies kann durch Aufbringen einer Deckschicht erreicht werden.

Die Bedeutung davon ist die Bereitstellung von Schutz vor feindlichen Umgebungen. Dies ist für Hochleistungsleiterplatten unerlässlich, da sie schwankenden Temperaturen ausgesetzt sind. Diese Deckschicht schützt auch vor aggressiven Chemikalien und Lösungsmitteln.

Mit einem Klebstoff verstärkte Polyimidfolie ist das am häufigsten verwendete Material als Deckschicht. Siebdruck ermöglicht es, die Decklage auf die Oberfläche zu bedrucken.

Durch UV-Belichtung wird eine Aushärtung erreicht. Wenden Sie während der Laminierung von Deckschichten kontrollierte Hitze und Druck an.

Es gibt einen auffälligen Unterschied zwischen Deckschichtmaterialien und Deckschichten. Coverlay ist eine laminierte Folie, während sich Covercoat auf Materialien bezieht, die direkt auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen werden können.

Es gibt viele Faktoren, die die Art der Abdeckung bestimmen. Dazu gehören das im Herstellungsprozess verwendete Verfahren, die verwendeten Materialien und der Anwendungsbereich.

Beide Schichten sind wesentlich, um die elektrische Integrität der gesamten Baugruppe zu verbessern.

Schritt 7: Elektrische Prüfung und Verifizierung

Es gibt eine Reihe von elektrischen Tests, die das Board durchläuft. Untersuchen Sie Faktoren wie Leistung. Sie müssen auch die Qualität anhand der Designspezifikationen als Schwellenwert bewerten.

Herstellung von Hochleistungs-PCB-Prozess

Die richtige Herstellung von Hochleistungs-Leiterplattendesigns ist entscheidend, da sie die Leistung des Geräts bestimmt, in dem die Leiterplatte verwendet wird.

Es ist notwendig, dass Sie zuerst einen Prototyp des Designs erstellen, bevor Sie die Produktion einführen.

Sie müssen auch bei der Herstellung von Hochleistungs-Leiterplatten die richtigen Materialien verwenden. Außerdem gibt es einige ernsthafte Vorsichtsmaßnahmen, die während der Herstellung zu treffen sind.

Prototyping von Hochleistungs-Leiterplatten

Sehr empfindliche Anwendungen erfordern ein Hochleistungs-PCB-Design. Diese Geräte werden in verschiedenen Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Militär eingesetzt.

Betriebsfehler im Hochleistungs-PCB-Design führen daher wahrscheinlich zu Todesfällen.

Dies macht das Prototyping zu einem wesentlichen Aspekt der Produktion, der dem Scheitern wirksam vorbeugen kann. Lassen Sie uns kurz den Prototyping-Prozess untersuchen.

Der erste Schritt beim Prototyping besteht darin, das Design der beabsichtigten Hochleistungs-Leiterplatte zu entwickeln.

Es gibt verschiedene PCB-Design-Software Möglichkeiten, dies zu erreichen. Diese schließen ein ORCAD, ENGLE CAD und KICAD, Unter anderem.

PCB-Design-Software

PCB-Design-Software

Anschließend führen Sie eine Vorkontrolle durch, um zu beurteilen, ob Mängel an der Baugruppe vorliegen.

Dies wird anhand des schematischen Aufbaus festgestellt. Das schematische Design gibt auch die beabsichtigte Größe der Platte und des Gitters an.

Sie sollten den schematischen Entwurf in eine Netzliste umwandeln. Dies ist wichtig, da es für die Durchführung von Kontrollen während des gesamten Prozesses unerlässlich ist.

Der nächste Schritt ist die Erstellung einer Stückliste.

Normalerweise listet und beschreibt die Stückliste die Materialien und Komponenten, die Sie während der Produktion der Hochleistungsleiterplatte verwenden werden. Sie dient Ihnen als Orientierungshilfe, da in dieser Liste umfangreiche Details zu den Komponenten enthalten sind.

GUT

GUT

Das Routing wird dann durch die Leiterbahnen entworfen. Dies funktioniert effektiv, um alle Elemente im Hochleistungs-PCB-Design zu verbinden.

Für ein effektives Funktionieren des Boards ist es wichtig, das Design kontinuierlich zu bewerten, bevor Sie sich auf die Herstellungsphase konzentrieren.

Eines der wichtigsten Probleme, die es zu lösen gilt, insbesondere beim Design von Hochleistungs-Leiterplatten, sind thermische Inkonsistenzen. Wenn dies nicht effektiv angegangen wird, besteht die Wahrscheinlichkeit unvorhersehbarer Temperaturen.

Anschließend können Sie mit der Erstellung des Fotofilms fortfahren. Verwenden Sie einen Plotter für jeden Layer und den Lötstopplack der Platine.

Danach drucken Sie die inneren Schichten.

In diesem Schritt können Sie Substratmaterial mit Kupfer auftragen.

Bei Hochleistungsleiterplatten sollte die Dicke der Kupferschicht mindestens 2 Unzen betragen. Dies wird erreicht, indem Kupfer vorab auf das Substrat gebondet wird. Folglich wird eine Fotolackschicht aufgebracht.

Sie sollten dann präzise Registrierungslöcher ausrichten und stanzen. Dies ist wichtig, da es unmöglich ist, innere Schichten nach dem Zusammenfügen der Schichten zu korrigieren. Als nächstes verschmelzen Sie die Schichten.

Sie können nun mit dem Bohren der Löcher fortfahren.

Diese Bohrer werden bei der Montage der vorgesehenen Komponenten verwendet. Dies sollte mit Präzision geschehen. Sie können ein Röntgensuchgerät verwenden, um die Lochpositionen richtig zu bestimmen.

Anschließend eine Kupferschicht auf der Plattenoberfläche abscheiden. Dieser Prozess wird von Computern gesteuert.

Die Bebilderung der Außenlage ist der nächste Schritt im Prototyping-Prozess. Sie fügen eine Schicht Fotolack hinzu. Der Photoresist arbeitet effektiv, um sicherzustellen, dass die anvisierten Teile der Platine mit Kupferablagerungen bedeckt sind.

Anschließend erfolgt eine Verzinnung zum Schutz des Kupfers. Im letzten Ätzschritt können Sie überschüssiges Kupfer mit chemischen Lösungen wegspülen.

Sie können dann die Lötstoppmaske mit Epoxid-Lötstopplacktinte auftragen und dann UV-Licht aussetzen, um den Film zu härten. Anschließend werden die ungehärteten Teile entfernt.

Fahren Sie nun damit fort, ein Oberflächenfinish aufzutragen. In diesem wird mehr Flechtung abgelegt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Pads einheitlich sind.

Fahren Sie mit dem Auftragen von Siebdruck auf die Oberfläche des Hochleistungs-PCB-Designs fort. Tun Sie dies mit Tintenstrahlschreiben. Besorgen Sie sich eine Hochleistungsplatine vom Panel.

Befestigen Sie alle Komponenten auf der Platine. Lötpaste auf die Platine auftragen. Dies vermischt sich mit dem Flussmittel. Lot schmilzt weg und wird dann mit der Leiterplattenoberfläche verbunden.

Pick-and-Place-Komponenten für die Oberflächenmontage. Sie können entweder auf einen Bestückungsautomaten zurückgreifen oder SMD durchführen.

Der nächste Schritt besteht darin, das Löten aufzuschmelzen. Dies wird erreicht, indem die Hochleistungsleiterplatte durch einen Reflow-Ofen geführt wird. Heizungen schmelzen das in der Lötpaste enthaltene Lot weg.

Nach dem Abkühlen erstarrt geschmolzenes Lot. SMDs werden dann dauerhaft auf der Platine befestigt.

Anschließend können Sie die Platine als Qualitätskontrollmaßnahme inspizieren. Dies liegt daran, dass dieses Löten die Verbindungsqualität beeinträchtigen kann. Es besteht die Wahrscheinlichkeit von elektrischen Kurzschlüssen, wenn dies nicht überprüft wird.

Sie können dann mit dem Einfügen von Durchgangslochkomponenten fortfahren. Es gibt eine Reihe von Hochleistungsgeräten, die neben SMDs andere Komponenten benötigen.

Führen Sie abschließend einen Funktionstest des Prototyps durch.

Nach dem Starrflex-Leiterplatten-Prototyping: Testen des Prototyps

Nach dem Prototyping Ihres Hochleistungs-PCB-Designs besteht die nächste Phase darin, es zu testen, bevor die vollständige Produktion eingeführt wird.

Der Test wird in Übereinstimmung mit dem Grund durchgeführt, warum es hergestellt wurde. Sie sollten sicherstellen, dass es keine Designfehler gibt, und Bereiche identifizieren, die verbessert werden müssen.

Wenn Sie unterschiedliche Designs haben, führen Sie jedes davon aus und vergleichen Sie ihre Leistung.

Wenn Sie während der Tests Probleme feststellen, müssen Sie entweder den Fehler beheben oder einen neuen Prototyp erstellen.

Wenn sich die Leistung des Prototyps als effektiv erweist, können Sie mit der vollständigen Produktion des Boards fortfahren.

Hochleistungs-Leiterplattenmaterial

Bei der Herstellung von Hochspannungs-PCB-Designs sollte Ihre erste Sorge die effektive Leistung in jeder Umgebung sein.

Sie sollten auch die Fähigkeit des Designs berücksichtigen, Überspannungen während seiner gesamten Lebensdauer zu bewältigen. Das erreichen Sie nur mit den richtigen Materialien. Sie benötigen die folgenden Materialien.

Hochleistungs-PCB-Material

 Hochleistungs-PCB-Material – Foto mit freundlicher Genehmigung: Stack Exchange

·Plattenmaterial für Hochleistungs-Leiterplatten

Die Platine stellt eine Basis bereit, auf der alle Funktionen der Leiterplatte beruhen. Sie müssen zuerst alle Faktoren im Design berücksichtigen, bevor Sie eine Bestellung für die Materialien aufgeben.

Höhere dielektrische Durchschlagseigenschaften sind für Ihr Board unerlässlich. Dies ist normalerweise in FR4-Laminat zu finden.

Allround-Widerstand kann dann von BT Epoxy erhalten werden. Beurteilen Sie, ob es für die beabsichtigte Anwendung geeignet ist, da es normalerweise starke Seitenwände hat. Diese Laminate können kostspielig sein, aber Sie erhalten mit Sicherheit eine hohe Leistung.

·Kupfer

Beim Design von Hochleistungs-Leiterplatten sollte die erste Überlegung das Gewicht und die Fähigkeit sein, hohen Strömen und den daraus resultierenden mechanischen Belastungen standzuhalten. Dies sind die Eigenschaften, die Kupfer bevorzugt machen.

Die verwendeten Kupfermaterialien sollten schwer sein. Sie sollten mindestens 4-10 oz betragen.

In Extremsituationen sollte es zwischen 10-50 oz liegen. Dies gilt für alle Kupferschaltungen und -materialien.

·Harz und Glas

Dies ist keine Hauptkomponente des Hochleistungs-PCB-Designs. Sowohl Harz als auch Glas geben jedoch Auskunft über die Haltbarkeit von Hochspannungssituationen.

Um die besten dielektrischen Ergebnisse zu erzielen, stellen Sie sicher, dass der Harzgehalt auf Ihrer Platine hoch ist. Dies sollte mit einem relativ kleinen Glasstil gekoppelt werden.

Finden Sie die Option von Materialien, die Hochspannungsumgebungen und anderen Umweltfaktoren standhalten können. Hohe Isolationsstandards müssen mit Materialien gekoppelt werden, die Hochvakuum- und Druckanwendungen standhalten können.

Vorsichtsmaßnahmen beim Herstellungsprozess von Hochleistungs-Leiterplatten

Die erste Vorsichtsmaßnahme, die Sie beachten sollten, ist, dass Lötdämpfe einen hohen Bleigehalt haben, also sollten Sie sich ihm nicht aussetzen.

Führen Sie das Löten innerhalb eines geschlossenen Bereichs durch. Dies ist wichtig, damit die Dämpfe nicht ins Freie gelangen.

Zweitens sollten Sie während des Herstellungsprozesses sicherstellen, dass der geschlossene Bereich, in dem Sie arbeiten, gut beleuchtet ist.

Bauteile müssen exakt auf der Platine platziert werden. Geringste Änderungen können zu Fehlern auf der gesamten Platine führen.

Wenn die Beleuchtung unzureichend ist, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass Verletzungen auftreten, einschließlich Verbrennungen durch Lötkolben.

Maschine zur Herstellung von Leiterplatten

PCB-Fertigungsmaschine

Es ist auch wichtig, bei der Herstellung Sicherheitshandschuhe zu tragen. Die beteiligten gefährlichen Chemikalien sollten vorsichtig gehandhabt werden, um zu verhindern, dass Chemikalien die Haut verbrennen.

Stellen Sie sicher, dass Sie den Lötkolben verwenden, der mindestens hundert Grad erreicht. Ohne Berücksichtigung dieser Vorsichtsmaßnahmen wird die Sicherheit des Arbeiters gefährdet.

Eine der letzten Phasen bei der Herstellung und Montage von Hochleistungs-Leiterplatten ist die Inspektion und Prüfung. Sie sollten einen Spezialisten beauftragen, der Ihnen dabei hilft, dies erfolgreich zu tun, wenn Sie selbst herstellen.

Außerdem dürfen Sie beim Testen tragbare Geräte verwenden.

Stellen Sie außerdem beim Testen des Hochleistungs-PCB-Designs sicher, dass Leistung und Spannung ordnungsgemäß funktionieren. Stellen Sie sicher, dass Sie die Verbindungen überprüfen, bevor Sie die Platine an die Stromversorgung anschließen.

Wenn diese Faktoren nicht berücksichtigt werden, besteht die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses.

Stellen Sie sicher, dass Sie im Montageprozess die richtigen Engineering-Tools verwenden. Ein solches Werkzeug ist die Dunstabzugshaube. Es ist unbedingt erforderlich, die Haube monatlich zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sie voll funktionsfähig ist.

Die Hersteller sollten darauf achten, ihre Mitarbeiter regelmäßig zu schulen. Diese Schulung sollte potenzielle Gefahren deutlich machen.

Die Arbeitnehmer sollten wissen, wie sie arbeitsbedingt umgehen müssen. Sie sollten auch ermutigt werden, alle auftretenden Krankheiten im Zusammenhang mit ihrer Arbeit zu melden.

Lassen Sie die Arbeiter während der Arbeitszeit Schutzbrillen tragen. Dadurch werden Augenverletzungen wirksam verhindert, die häufig durch beteiligte Metalle und während des Ätzvorgangs freigesetzte Dämpfe verursacht werden.

Diese Arbeiter werden bei der Herstellung des Hochleistungs-PCB-Designs in der Tat mehreren Chemikalien ausgesetzt sein. Wenn solche Krankheiten gemeldet werden, können sie leicht behandelt werden, da die Ursache identifiziert wird.

Denken Sie daran, dass Sie Hochleistungs-Leiterplatten herstellen. Sie müssen daher darauf achten, dass das verwendete Kupfer dick genug ist. Wird diese Überlegung nicht berücksichtigt, wird das Design von Hochleistungs-Leiterplatten obsolet.

Wie man Hochleistungs-Leiterplatten herstellt

Die Herstellung von Hochleistungs-PCBs erfolgt ähnlich wie bei anderen PCBs. Ich habe nur die Schritte unten aufgelistet, da die meisten davon bereits als Teil des Prototyping-Prozesses erklärt werden.

Am Ende der Liste werden wir jedoch einige spezielle Überlegungen erörtern, die für die Herstellung von Hochleistungs-Leiterplatten gelten.

Das sind also die Schritte

  • Drucken von inneren Schichten
  • Ebenen ausrichten
  • Bohrlöcher
  • Kupferbeschichtung
  • Abbildung der äußeren Schicht
  • Kupfer- und Zinnplattierung
  • Abschließende Radierung
  • Lötstopplack auftragen
  • Oberflächenfinish auftragen
  • Anwenden von Siebdruck
  • Schneidbrett

Betrachten wir dann einige wesentliche und besondere Überlegungen bei der Herstellung von Hochleistungs-Leiterplatten.

1. Schwere Kupferschaltungskonstruktion

Beim Design von Hochleistungs-Leiterplatten werden schwere Kupferschaltungen verwendet. Dies erfordert in der Regel spezielle Ätztechniken.

Schlüsselfertiges Hochleistungs-PCB-Design

Schlüsselfertiges Hochleistungs-PCB-Design

Auch die Flechttechniken sind hier ganz anders als bei anderen Leiterplatten. Verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsplattierung und differentielles Ätzen.

In der Vergangenheit konnten schwere Kupferqualitäten keine geraden Linien bilden. In jüngster Vergangenheit wurde dies jedoch durch die Kombination von Flechten und Ätzen angegangen.

Wenn Sie einen schweren Kupferschaltkreis plattieren, können Sie fortfahren, die Dicke der Platine zu erhöhen. Sie können auch schweres Kupfer mit den Standardfunktionen mischen, die auf der Einzelplatine zu finden sind.

Dies wird auch als Powerlink bezeichnet. Dies führt zu einer Reihe von Vorteilen, einschließlich einer reduzierten Anzahl von Schichten. Auch die Energie wird effizient verteilt.

Dies ermöglicht es Ihnen auch, sowohl Hochstromschaltungen als auch Steuerschaltungen auf der Platine zu integrieren. Außerdem erhalten Sie dadurch eine einfache Platinenstruktur.

Ein weiterer Vorteil, den Sie feststellen werden, besteht darin, dass Sie Kupferfunktionen problemlos an die Standardschaltungen anschließen können.

2.Strombelastbarkeit und Temperaturanstieg

Schätzen Sie die maximalen Ströme ab, die problemlos von einer Leiterbahn geführt werden können. Dies kann festgestellt werden, indem Sie einen Weg finden, mit dem Sie den Wärmeanstieg abschätzen können. Dies hängt mit den Strömen zusammen, die Sie anwenden.

Die wünschenswerteste Situation ist die, in der eine stabile Betriebstemperatur erreicht wird. Dabei ist die Aufheizrate gleich der Abkühlrate. Sie sind startklar, wenn Ihre Schaltung Temperaturen von bis zu 100 °C aushält.

3.Stärke und Überlebensfähigkeit der Leiterplatte

Sie können aus einer Reihe von dielektrischen Materialien wählen. Dazu gehört FR4, das eine Betriebstemperatur von bis zu 130 °C hat. Ein weiteres dielektrisches Material ist Hochtemperatur-Polyimid, das bei Temperaturen von bis zu 250 °C betrieben werden kann.

Höhere Temperaturen erfordern den Einsatz exotischer Materialien, damit sie die extremen Bedingungen überstehen.

Mehrere Methoden können verwendet werden, um die thermische Integrität der Endprodukte zu testen und zu bestimmen. Eines dieser Verfahren ist die Verwendung von Wärmezyklustests.

Dies hilft bei der Überprüfung des Widerstands von Schaltkreisen beim Durchlaufen von Luft-Luft-Temperaturwechseln. Dieser Zyklus wird von 25°C bis 260°C überprüft.

Ein erhöhter Widerstand kann zu einem Zusammenbruch der elektrischen Integrität durch die in der Kupferschaltung gefundenen Risse führen. Stellen Sie für diesen Test sicher, dass Sie eine Kette mit 32 durchkontaktierten Löchern verwenden.

Denn sie gelten als die schwächste Stelle innerhalb der Schaltung, besonders wenn sie thermischer Belastung ausgesetzt sind.

Schaltungen aus schwerem Kupfer verringern oder eliminieren normalerweise die Fehler, die diesen Platinen innewohnen. Denn die Kupferleiterbahnen können in der Phase mechanischer Belastungen, die durch Temperaturwechsel auftreten, dicht werden.

4. Thermisches Management

Während des Betriebs der Elektronik wird normalerweise Wärme erzeugt. Diese muss von der Quelle abgeleitet werden und wird an die äußere Umgebung abgestrahlt. Geschieht dies nicht, können die Bauteile überhitzen und zum Ausfall führen.

Schweres Kupfer kann helfen, Hitze zu reduzieren. Es leitet Wärme von den Komponenten weg, was die Ausfallraten drastisch reduziert.

Verwenden Sie Kühlkörper, um eine angemessene Wärmeableitung von den Wärmequellen zu erreichen. Kühlkörper leiten die Wärme gleichermaßen von der Quelle ab, von der sie erzeugt wird. Dies geschieht durch Ableitung und Abgabe von Wärme an die Umgebung.

Die Verbindung erfolgt über Kupfer-Vias mit dem Bereich mit blankem Kupfer auf einer Seite der Platine.

Auf die Grundfläche aus Kupfer können klassische Kühlkörper aufgeklebt werden. Dies wird durch Wärmeleitkleber erreicht. In anderen Fällen sind sie genietet oder geschraubt.

Diese Kühlkörper bestehen in der Regel aus Kupfer oder Aluminium. Eingebaute Kühlkörper entstehen bei der Herstellung von Hochleistungs-PCBs. Dies erfordert keine zusätzliche Montage.

Die Kupferschaltkreistechnologie ermöglicht das Hinzufügen von dicken Kupferkühlkörpern auf jedem Teil der Platinenoberfläche.

Montageprozess für Hochleistungs-Leiterplatten

Die Bestückung von Hochleistungsleiterplatten führt uns zum Endprodukt. Dies beinhaltet die Beschaffung verschiedener Komponenten, die in der Leiterplatte verwendet werden sollen.

Dies gelingt mit einer aufwändigen Leiterplattenbestückungstechnik.

Hochleistungs-PCB-Montage

 Hochleistungs-PCB-Montage

Beschaffung von Komponenten für Hochleistungs-Leiterplatten

Hochleistungs-PCB-Designkomponenten sind die wesentlichen Teile, die Sie für die ordnungsgemäße Funktion Ihrer Leiterplatte benötigen.

Möglicherweise können Sie nicht alle erforderlichen Komponenten selbst herstellen. Damit bleibt Ihnen die Möglichkeit des Outsourcings.

Damit Sie die Hochleistungs-PCB-Designkomponenten effektiv beschaffen können, erstellen Sie zunächst die Stückliste.

Dadurch erhalten Sie eine umfassende Liste aller Komponenten, die Sie beschaffen sollen. Dies ist auch ein wichtiges Instrument, um die Wahrscheinlichkeit von Auslassungen zu verringern.

Fahren Sie nun mit der Quelle für die Komponenten fort. Mehrere autorisierte Händler stellen diese Komponenten her.

Sie können eine Marktstudie durchführen, indem Sie sich die Umsatzmöglichkeiten der jeweiligen Unternehmen ansehen.

Auch unter Berücksichtigung anderer Aspekte, wie z. B. der Versandfähigkeit der Komponenten, entscheiden Sie sich für den besten Hersteller oder Lieferanten.

Wenn Sie all diese Faktoren berücksichtigt haben, erhalten Sie mit Sicherheit Komponenten, die Ihren Anforderungen entsprechen.

Hochleistungs-PCB-Montagetechniken

Es gibt zwei Haupttechniken, die bei der Leiterplattenmontage verwendet werden:

  • Automatisierte Leiterplattenbestückung
  • Manuelle Leiterplattenbestückung
  • Die dritte Option ist eine Kombination der beiden Techniken, die als gemischte Leiterplattenbestückung bezeichnet wird.

Automatisierte Leiterplattenbestückung

In der automatisierten Leiterplattenbestückung werden hochmoderne Maschinen verwendet, um Leistungs-PCB-Komponenten in die Platine zu montieren und einzulöten. Eine solche Maschine ist die Bestückungsmaschine.

Dazu gehören auch anspruchsvolle Prozesse wie Reflow-Löten und das Aufbringen automatisierter Lötschablonen.

Am Ende des Montageprozesses sind auch die Inspektionsmethoden sehr hochtechnologisch. Dazu gehören die automatische optische Inspektion (AOI) und der Einsatz von Röntgeninspektionsmaschinen.

Aufgrund der hohen Gesamtmechanisierung des Prozesses ist er normalerweise hocheffizient und mit sehr begrenzten Fehlern und Inkonsistenzen.

Diese Methode allein ist jedoch nicht perfekt, da Hochleistungs-Leiterplatten normalerweise einige Komponenten aufweisen, die manuell gelötet werden müssen. Platinen mit Durchgangslochkomponenten auf beiden Seiten müssen beispielsweise manuell gelötet werden, insbesondere auf der zweiten Seite der Platine.

Manuelle Leiterplattenbestückung

Wie der Name schon sagt, beinhaltet dieses Verfahren das manuelle Einführen der Anschlüsse der Durchgangslochkomponenten in die Durchgangslöcher. Die Komponenten werden dann entweder manuell oder durch Wellenlöten gelötet.

In diesem Prozess baut eine Person eine oder einige Komponenten zusammen und übergibt die Platine dann an eine andere Person, die ebenfalls einige Komponenten zusammenbaut. Das menschliche Förderband läuft weiter, bis alle Komponenten zusammengebaut sind.

Die Inspektionsmethode ist hier rein manuell, hauptsächlich abhängig von der visuellen Prüfung der Platine.

Diese Methode ist normalerweise sehr langsam. Es führt auch zu relativ vielen Fehlern, da Menschen fehleranfällig sind. Die manuelle Inspektion ist nie perfekt und kann dazu führen, dass minderwertige Leiterplatten auf den Markt kommen.

Gemischte Leiterplattenbestückung

Aufgrund dieser Unzulänglichkeiten der beiden reinen Verfahren ist das gemischte Verfahren die am weitesten verbreitete Technik bei der Bestückung von Hochleistungs-Leiterplatten. Diese Methode kombiniert die Stärken der beiden reinen Techniken, um die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen.

Das Verfahren für die gemischte High-Power-PCB-Bestückung sieht wie folgt aus:

Hochleistungs-PCB-Montage

Hochleistungs-PCB-Montage

Schritt 1: Schablonieren der Lötpaste

Dies ist der erste Schritt bei der Montage von Hochleistungs-PCB-Designs. Dabei wird Lötpaste auf die Platine aufgetragen. Sie legen also zunächst eine dünne Edelstahlschicht über die Hochleistungsplatine.

Dies gibt Ihnen Platz, um Lötpaste auf die vorgesehenen Teile des Hochleistungs-PCB-Designs aufzutragen. Dies sind die Teile, an denen Sie die Komponenten montieren.

Die verwendete Lötpaste besteht aus einer gräulichen Substanz, die winzige Metallkugeln enthält, die als Lot bezeichnet werden. Mischen Sie die Lötpaste mit einem Flussmittel – dies unterstützt das Aufschmelzen des und führt anschließend zu einer flächigen Verklebung.

Achten Sie darauf, dass Sie die Lotpaste exakt an den vorgesehenen Stellen auftragen. Um dies zu erreichen, können Sie eine mechanische Vorrichtung verwenden. Dadurch können Sie das Hochleistungs-PCB-Design und die Lötschablone an Ort und Stelle halten.

Geben Sie mit Hilfe eines Applikators exakte Mengen der Lotpaste in die vorbestimmten Bereiche.

Die Maschine verteilt die Paste gleichmäßig auf der Schablone. Sie können dann mit dem Entfernen der Schablone fortfahren. Die vorbestimmten Stellen bleiben von der Lötpaste bedeckt.

Schritt 2: Pick-and-Place

Nach dem erfolgreichen Auftragen der Lötpaste auf das Hochleistungs-PCB-Design geht der Montageprozess zu einer Bestückungsmaschine weiter.

In diesem Schritt wird ein Robotergerät verwendet, um SMT-Komponenten auf der Hochleistungsleiterplatte zu montieren.

Als nächstes löten Sie die SMDs auf die Oberfläche der Platine.

Sie können dies durch manuelles Aufnehmen und Platzieren tun, was in der Vergangenheit sehr beliebt war. Besser ist jedoch der Einsatz einer Maschine, da diese eine schnellere Durchlaufzeit garantiert und nie ermüdet.

Mit einem Vakuumgreifer platziert die Maschine SMT-Komponenten auf der Oberfläche der Hochleistungsleiterplatte.

Anschließend legen Sie die Leiterplatte auf ein Förderband, das sie durch einen Ofen bewegt. Dadurch schmilzt das Lot, damit es die Komponenten mit der Platine verbinden kann.

Als nächstes führen Sie die Leiterplatte durch kühlere Heizungen, wo die Schmelze abkühlt und sich verfestigt. Dadurch entstehen dauerhafte Lötverbindungen zwischen der Platine und den Bauteilen.

Schritt 3: Inspektion und Qualitätskontrolle

Unterziehen Sie die Platine nach dem Löten der oberflächenmontierten Komponenten auf der Hochleistungsplatine einem Funktionstest.

Die Bewegungen auf der Leiterplatte während des Reflows können zu Verbindungsproblemen führen. Dies kann zu elektrischen Kurzschlüssen führen.

Die Inspektionsmethoden auf dieser Ebene umfassen die folgenden.

Manuelle Kontrollen – Sie können nach dem Reflow-Prozess eine Sichtkontrolle durchführen.

Diese Methode ist nur in Fällen praktikabel, in denen Sie eine kleine Anzahl dieser PCBs zu inspizieren haben. Das Verfahren ist jedoch unzuverlässig, wenn eine große Anzahl von Platinen gehandhabt wird.

Auch die zweite Methode ist die automatische optische Inspektion. Dies ist die am meisten bevorzugte Inspektionsmethode, wenn eine große Anzahl von Chargen von Hochleistungs-Leiterplatten verarbeitet werden.

Die Maschine verwendet Hochleistungskameras, um Ihre Hochleistungs-PCB zu bewerten.

Die Kameras sind strategisch platziert, um die Lötverbindungen zu sehen. Tatsächlich verwenden die Kameras unterschiedliche Lichtfarben, um die Qualität des Lots darzustellen. Dies geschieht mit relativ hoher Geschwindigkeit.

Normalerweise machen diese Funktionen es schneller und ermöglichen die Inspektion vieler Platinen innerhalb kurzer Zeit.

Zusätzlich ist das dritte Verfahren die Röntgeninspektion. Obwohl diese Methode nicht sehr verbreitet ist, ist sie die effektivste für komplexe mehrschichtige Hochleistungs-Leiterplatten.

Diese Methode gibt dem Betrachter die Möglichkeit, die unteren Schichten zu visualisieren. Als Ergebnis werden Sie in der Lage sein, mögliche Fehler zu erkennen.

Der nächste Schritt ist die Prüfung der Teile. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass alle Teile wie beabsichtigt funktionieren. Die High-Power-PCB-Anschlüsse werden auf Qualität geprüft.

Tun Sie dies regelmäßig nach dem Reflow-Prozess. Es wird Ihnen helfen, potenzielle Probleme zu identifizieren, die Sie angehen müssen. Dadurch sparen Sie Zeit und Arbeit.

Schritt 4: Einsetzen der Durchgangslochkomponente

In einigen Fällen weisen einige Hochleistungs-PCB-Designs Komponenten auf, die möglicherweise keine SMDs sind. Dies sind die durchkontaktierten (PTH) Komponenten.

PTHs sind Löcher, die durch die Platine plattiert sind. Dies hilft beim Weiterleiten von Signalen von einer Seite der Platine zur anderen.

Lötpaste kann nicht effektiv an den Löchern haften, sondern geht stattdessen durch das Loch. Aus diesem Grund sind Komponentenleitungen das beste Mittel, um Signale durch die Platine zu leiten.

Es gibt viele Techniken, die Sie verwenden werden, um diese Komponenten an das Hochleistungs-PCB-Design zu löten.

Die erste dieser Techniken ist das manuelle Löten. Dies ist ein unkomplizierter Vorgang. Sie können viele Leute haben, denen jeweils ein bestimmtes Bauteil zugewiesen wird, das er platziert und das Brett dann an eine andere Person weitergibt. Alternativ kann eine Person alle Komponenten platzieren.

Die zweite Methode ist das Wellenlöten. Dies stellt eine automatisierte Version der vorherigen Technik dar, die eine Reihe von Prozessen beinhaltet.

Nach dem Positionieren einer PTH-Komponente an Ort und Stelle bewegt sich die Platine zu einem anderen Förderband.

Dadurch wird die Platine durch einen Ofen geführt, in dem die Unterseite der Platine mit geschmolzenem Lot gewaschen wird, das auf alle Komponentenanschlüsse aufgetragen wird. Dies ist auf einseitige Leiterplatten beschränkt. Bei doppelseitigen Leiterplatten müssen die Komponenten auf der zweiten Seite manuell gelötet werden.

Schritt 5: Endkontrolle und Funktionstest

Dieser Schritt testet die Funktionalität des Boards. Die Hochleistungs-Leiterplatte durchläuft Simulationen, die der Funktion ähneln, die sie ausführen wird.

Strom und die simulierten Signale werden durch die Hochleistungsplatine geleitet. Die elektrischen Eigenschaften werden mit Testern geprüft. Jegliche Schwankungen im Spannungssignalausgang und andere Faktoren weisen auf einen Fehler hin.

Bei einem Misserfolg entscheiden Sie über den nächsten Schritt. Es hängt alles von Ihren festgelegten Standards und der Schwere des Fehlers ab. Die ausgefallenen Hochleistungsplatinen können entweder nachgebessert oder entsorgt werden.

Entsorgung bedeutet, dass Sie den Montagevorgang neu starten müssen. Deshalb werden verschiedene Tests empfohlen, bevor diese letzte Stufe erreicht wird.

Hersteller von Hochleistungs-Leiterplatten finden

Hersteller von Hochleistungs-LeiterplattenHersteller von Hochleistungs-Leiterplatten

Erfahrung und Fachwissen

Die Gesamtzahl der Jahre an Erfahrung, die ein Hersteller gesammelt hat, gibt Aufschluss über die Qualität der Hochleistungs-PCB, die er herstellen kann. Erfahrene Hersteller dürften aufgrund der Dienstjahre gut gerüstet sein.

Dies informiert auch über die Qualität, die der Experte produzieren wird. Mit Know-how und Erfahrung erhalten Sie mit Sicherheit hochwertige Hochleistungs-Leiterplatten.

Herstellungsfähigkeit

Da es sich um eine spezielle Art von Leiterplatte handelt, stellen nicht alle Leiterplattenhersteller Hochleistungs-Leiterplatten her. Viele Unternehmen verfügen nicht über die erforderlichen Produktionsanlagen. Manchmal fehlt es ihnen auch an ausreichender Arbeitskraft.

Sie sollten ein Unternehmen finden, das sowohl das Prototyping als auch die Produktion übernehmen kann. Daher ist es zwingend erforderlich, dass Sie einen Hersteller finden, der auf diese Art von Leiterplatten spezialisiert ist.

Technischer Support

Technisches Know-how und Spezialisierung des Personals in der Herstellung von Hochleistungs-PCB-Designs sind eine wünschenswerte Eigenschaft. Es ist wichtig, einen Hersteller mit qualifiziertem Personal zu finden, das akkreditiert und erfahren ist.

Nach der Produktion sollte der Hersteller in der Lage sein, nachzuverfolgen, ob die Leiterplatte wie vorgesehen funktioniert.

Wenn sie in solchen Fällen kommen, helfen sie Ihnen mit erfahrenen Pannen und Mängeln.

PCB-Kosten

Marktpreise für die Herstellung von Hochleistungs-PCB-Designs sind auf den Websites verschiedener Hersteller erhältlich. Sie können die Preise vergleichen, um die Kostenspanne für diese Produkte zu bestimmen.

Mit diesem Wissen können Sie Preise mit den Herstellern abschätzen und verhandeln.

Extrem hohe Preise wären ein Hinweis auf Erpressung. Extrem niedrigere Preise am anderen Ende könnten ein Hinweis auf Unfähigkeit sein und zu einer unvollständigen Stückliste führen.

Hochleistungs-PCB-Verpackung

In einigen Fällen verkaufen Hersteller Hochleistungsdesignkomponenten in sehr großen Paketen, als Sie benötigen. Jeder Kunde möchte ein Paket erhalten, das er benötigt. Wenn Sie dies nicht berücksichtigen, zahlen Sie am Ende für das, was Sie nicht benötigen.

Der Versand von Hochleistungs-Leiterplatten kann schwierig sein. Dies liegt daran, dass sie empfindlich und sehr empfindlich sind.

Die Verpackung sollte daher mit großer Sorgfalt erfolgen, bevor die Leiterplatten an Sie versendet werden. Suchen Sie nach einem Hersteller, der Versanddienste für Kunden wie Sie anbietet. Es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass solche Hersteller ihre Produkte in der richtigen Reihenfolge verpacken können.

Schnelleres PCB-Angebot

Mit Erfahrung und Fachwissen kann es nie schwierig sein, Kosten schneller zu zitieren. Hersteller mit diesen Qualitäten können die Stückliste ziemlich schnell und präzise erstellen. Damit können sie das Angebot schnell genug erstellen.

Fazit

In der jüngeren Vergangenheit haben Hochleistungs-PCB-Designs an Popularität gewonnen. Wir haben diese Leiterplatten besprochen und die Prozesse detailliert beschrieben, die an ihrer Herstellung beteiligt sind.

Wir haben uns weiter mit ihren Designphasen befasst und die Bedeutung des Prototypings der PCBs identifiziert.

Mit diesem umfassenden Überblick sind Sie jetzt in der Lage, fundierte Entscheidungen zu treffen, wenn es um Themen wie Sourcing geht.

Sie können auch die beste Art von Hochleistungs-PCB-Design auswählen, das Ihnen die optimale erforderliche Leistung bietet.

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