Hochstrom-Leiterplatte

Dieser Leitfaden beantwortet alle Ihre Fragen zu Hochstrom-Leiterplatten.

Ob Sie sich über Eigenschaften, Spezifikationen, Materialart oder Design informieren möchten – hier finden Sie alle Informationen.

Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.

Was ist Hochstrom-Leiterplatte?

Dies ist eine Art von PCB, die in Anwendungen verwendet wird, die die Übertragung von Hochleistungslasten beinhalten.

Die Hochstrom-Leiterplatte besteht aus einem schweren Kupfersubstrat und bietet zusätzlichen Widerstand gegen thermische Schwankungen, die mit hohen Strömen einhergehen können.

Es gibt verschiedene Anwendungen, die sich in Komplexität und Branche unterscheiden und Hochstrom-Leiterplatten benötigen.

 Hochstrom-Leiterplatte

Wie viele Ampere können Hochstrom-Leiterplatten verarbeiten?

Die Stromübertragungsfähigkeit der Leiterbahnen der Leiterplatte bestimmt die Amperezahl der Hochstromleiterplatte.

Jede Platine hat je nach Platinentyp und Leiterbahnbreite unterschiedliche Kapazitäten.

Warum ist Heavy Copper PCB die beste Art von Hochstrom-PCB?

Die Verwendung von Schwerkupfer-Leiterplatten für Ihre Hochstromanwendungen bietet viele Vorteile, was sie in der Elektroindustrie beliebt macht.

Im Folgenden sind einige der Vorteile von schweren Kupferleiterplatten aufgeführt:

• Sie werden sich trotz der relativ hohen Kosten für schwere Kupferleiterplatten über geringere Produktionskosten freuen.

Dies liegt an der geringeren Verwendung von Kupferverdrahtung auf der Hochstrom-Leiterplatte.

• Schwere Kupferleiterplatte ermöglicht eine hohe Wärmeleitfähigkeit.

Daher verhindert es, dass sich temperaturempfindliche Komponenten aufheizen, indem die Wärme von den Teilen abgeleitet wird.

• Die Struktur der schweren Kupferleiterplatte ist vergleichsweise stark, obwohl die Anzahl der Schichten begrenzt ist.

Folglich ist diese Art von Hochstrom-PCB außergewöhnlich einfach und unkompliziert.

Schwere Kupferplatine

• Es gibt keine komplizierten Kabelanordnungen.
• Die Leiterplatten verfügen über exotische Materialien, die bei der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften hilfreich sind.
• Schwere Kupferleiterplatten zeichnen sich durch verbesserte Wärmebeständigkeit und Langlebigkeit aus.
• Hohe Ströme leitet die Platine problemlos.
• Hergestellt durch Mischen unterschiedlicher Kupfergewichte in einer einzigen Leiterplatte, um eine handhabbare, solide Größe zu entwickeln.

Welches ist das beste Hochstrom-Leiterplattenmaterial?

Das Hochstrom-PCB-Design erfordert die Verwendung von Materialien mit spezifischen Eigenschaften.

Die Wärmeleitfähigkeit (TC) gehört zu den wichtigen zu berücksichtigenden Merkmalen, wobei herkömmliche PCB-Materialien wie FR-4 eine TC von etwa 0.20 W/m/K aufweisen.

Für Hochstromanwendungen, bei denen Sie Temperaturerhöhungen reduzieren müssen, ist es ideal, spezifische zu verwenden PCB-Materialien, wie Rogers RT Laminat.

Mit einem TC von etwa 1.44 W/m/K können diese PCB-Materialien von Rogers hohe Stromstärken mit vernachlässigbaren Temperaturanstiegen bewältigen.

Außerdem muss die Herstellung von Hochstrom-Leiterplatten unter Verwendung von thermischen und leitfähigen Materialien mit gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten erfolgen.

Dadurch wird sichergestellt, dass jede Kontraktion oder Ausdehnung mit ähnlicher Geschwindigkeit erfolgt, wodurch mechanische Spannungen innerhalb des PCB-Materials reduziert werden.

Was sind die wichtigsten Überlegungen beim Design von Hochstrom-Leiterplatten?

Sie sollten Hochstrom-Leiterplatten so konstruieren, dass sie sauberen Strom mit möglichst geringem Rauschen liefern.

Aus diesem Grund sind hier die Hauptfaktoren, die Sie beim Entwerfen von Hochstrom-Leiterplatten berücksichtigen sollten:

• Aktuelle Version: Da die Leiterplatte mit hohen Strompegeln umgehen wird, stellen Sie sicher, dass Sie ein ausreichendes Kupfergewicht und Leiterbahnbreiten verwenden, um den Strom zu verwalten.
• Noise: Um die Möglichkeit der Rauscherzeugung durch EMI in der Hochstrom-Leiterplatte zu minimieren, müssen Sie Folgendes verwenden:

1. Kompakteste Pakete praktikabel
2. Engste und hochoptimierte Bauteilplatzierung

• Kürzeste Wegführung

1. Beste Erdungsstrategie

• Hitze: Die Hochstrom-Leiterplatte wird heiß, stellen Sie daher sicher, dass sie so konstruiert ist, dass sie so viel Wärme wie möglich ableitet.

Leiterbahnbreiten sind eine der wichtigsten Überlegungen, die beim Design berücksichtigt werden müssen

Welches sind die Hauptkomponenten von Hochstrom-Leiterplatten?

Im Folgenden sind die wichtigsten Teile aufgeführt, die Sie in einer Standard-Hochstrom-Leiterplatte finden:

• Kondensator
• Induktor
• Spannungsregler
• Spannungswandler
• Spannungsreferenzen
• Verstärker
• Leistungstransistoren

Hochstrom-PCB-Montage

Halten Sie die Komponenten während der Platzierung von PCB-Komponenten dicht beieinander, um die Länge ihrer Leiterbahnen und in der Nähe von Elementen zu reduzieren, die die Last erhalten.

Außerdem sollten Sie die Teile so montieren, dass es einen kurzen Kraftweg und direkt über die Teile gibt.

Welche Rolle spielt der Entkopplungskondensator in Hochleistungs-Leiterplatten?

Es besteht die Möglichkeit, dass die aktiven Komponenten von Hochstrom-Leiterplatten gefährliche Phänomene wie Klingeln und Masseprellen verursachen.

Dies tritt auf, wenn eine Stromschiene verteilt und von mehreren Teilen der Leiterplatte geteilt wird.

Folglich kann es in der Nähe der Stromversorgungsanschlüsse des zu Spannungsabfällen kommen PCB-Komponenten.

Um dieses Problem zu lösen, verwendet man Entkopplungskondensatoren.

Einer der Kondensatoranschlüsse muss sich so nah wie möglich an dem Komponentenstift befinden, der die Stromversorgung erhält.

Andererseits müssen Sie die andere Klemme direkt mit einer niederohmigen Erdungsebene verbinden.

Ziel ist es, die Impedanz zwischen Masse und Versorgungsschiene zu minimieren.

Entkopplungskondensatoren dienen als zusätzliche Stromquelle und versorgen die Teile mit dem Strom, der während jeder Transiente (Spannungsrauschen oder Welligkeit) erforderlich ist.

Bei der Auswahl eines Entkopplungskondensators sind eine Reihe von Parametern zu berücksichtigen.

Die Faktoren bestehen aus der Auswahl des richtigen Kondensatorwerts, der richtigen Geometrie, des dielektrischen Materials und der Position relativ zu den PCB-Komponenten.

Der übliche Entkopplungskondensatorwert beträgt 0.1 μF Keramik.

Was ist die bevorzugte Kupferdicke in Hochstrom-Leiterplatten?

Die Kupferdicke bezieht sich auf die tatsächliche Dicke des Hochstroms Leiterplattenspuren. Typischerweise beträgt die Standardkupferdicke 17.5 Mikrometer.

Bei einer höheren Kupferdicke benötigen Sie eine weniger breite Leiterbahn, um den gleichen Strom zu leiten.

Häufig verwenden Hochstrom-Leiterplatten dickeres Kupfer, um die Leiterbahnbreite für eine ähnliche Stromstärke zu verringern.

Als Ergebnis verringert dies den Platz, der von den PCB-Leitern eingenommen wird. Dickere Kupferdicken reichen von 35 – 105 µm und werden normalerweise für Ströme von mehr als 10 A verwendet.

Erhöhte Kupferdicken verursachen jedoch zusätzliche Kosten, können jedoch dazu beitragen, Platz auf der Hochstrom-Leiterplatte zu sparen.

Dies liegt daran, dass Sie aufgrund der höheren Viskosität eine kleinere Spurbreite benötigen.

Was sind die wichtigen Designrichtlinien für Hochstrom-Leiterplatten?

Die Anwendung von Hochstrom-PCB-Designs wird von Tag zu Tag beliebter.

Daher ist es wichtig, Probleme im Zusammenhang mit diesem PCB-Typ und Gefahren, die mit einem schlechten Wärmemanagement und einer schlechten Überwachung dieser Platinen einhergehen, anzugehen.

Indem Sie die folgenden Richtlinien anwenden, können Sie eine Hochstrom-Leiterplatte auf effiziente und erfolgreiche Weise entwerfen und herstellen.

Im Folgenden finden Sie einige der wichtigsten Tipps für das Design von Hochstrom-Leiterplatten:

Verwendung von schwerem Kupfer

Hochstrom-Leiterplatten verwenden oft schwereres Kupfer, um die Leiterbahnbreite zu minimieren und es dennoch zu ermöglichen, eine ähnliche Strommenge zu leiten.

Reduzierte Leiterbahnbreiten verbrauchen wenig Platz, wodurch eine Überfüllung der Leiterplatte vermieden wird.

Wie bereits früher angedeutet, variiert eine höhere Kupferdicke von 35 bis 105 Mikron, wenn bei über 10 Ampere gearbeitet wird.

Eine Alternative zur Verwendung von dickem Kupfer ist das Löten von Kupfer-Sammelschienen auf die Platinenpads für hohen Strom und Leistung.

Obwohl ihre Breite gleich der von Standard-PCB-Leitern sein kann, können sie höhere Ströme aufnehmen, da sie dicker sind.

Komponentenplatzierung

Zunächst ist es entscheidend, die Position von Hochleistungsteilen auf der Leiterplatte zu bestimmen.

Diese Komponenten, wie Leistungstransistoren oder Spannungswandler, sind für die Erzeugung großer Wärmemengen verantwortlich.

Leistungsstarke Bauelemente sollten Sie nicht in der Nähe der Leiterplattenkanten montieren, da dies zu einem Wärmestau und einem starken Temperaturanstieg führt.

Hochintegrierte digitale Elemente wie FPGAs, Prozessoren und Mikrocontroller müssen in der Mitte der Hochstrom-PCB untergebracht werden.

Dies ermöglicht eine gleichmäßige Wärmeverteilung durch die Leiterplatte, was zu einer Temperaturabnahme führt.

In jedem Fall sollten Sie die Leistungskomponenten niemals an einer bestimmten Stelle konzentrieren, um die Entstehung von Hotspots zu vermeiden.

Stattdessen wird empfohlen, eine Konfiguration vom linearen Typ anzunehmen.

Die Platzierung muss bei den Leistungsmodulen beginnen. Es ist wichtig, ihre Leiterbahnen so kurz wie möglich zu halten, um unnötige Masseschleifen und Rauschen zu vermeiden.

Generell sollten Sie die folgenden Richtlinien zur Bestückung von Leiterplatten beachten:

• Identifizieren und minimieren Sie Stromschleifen, insbesondere Hochstrompfade.
• Reduzieren Sie ohmsche Spannungsabfälle und zusätzliche parasitäre Phänomene zwischen Hochstrom-PCB-Komponenten.
• Positionieren Sie Hochleistungsschaltkreise weit entfernt von empfindlichen Schaltkreisen.
• Sorgen Sie für gute Erdungsmaßnahmen.

In einigen Szenarien kann es ebenso ratsam sein, Komponenten auf verschiedenen Platinen zu montieren. Sie können dies tun, sofern der Formfaktor des Geräts dies zulässt.

 Komponentenplatzierung in Hochstrom-Leiterplatten

Thermische Isolierung

Ein Teil der elektrischen Energie aus der Stromquelle wird in andere Formen wie Wärmeenergie umgewandelt.

Folglich leitet die Leiterplatte diese Energie an den umgebenden Raum ab.

Dabei erzeugen Hochstrom-Leiterplatten zwangsläufig auch große Mengen an thermischer Energie.

Die meisten Leiterplattenkomponenten reagieren außerordentlich empfindlich auf Temperaturschwankungen in ihrer unmittelbaren Umgebung.

Dies impliziert, dass alle wesentlichen thermischen Änderungen das von diesen Komponenten erzeugte Signal modifizieren können.

Dies wiederum kann die Hochstrom-Leiterplatte für Fehler öffnen und die Zuverlässigkeit des Geräts verringern.

Daher ist es wichtig, diese empfindlichen PCB-Teile thermisch abzuschirmen, um sie vor den wahrscheinlich gefährlichen Auswirkungen übermäßiger Wärmeenergie zu schützen.

Kürzere Spuren

Es ist wichtig zu beachten, dass längere PCB-Leiterbahnen zu einem höheren Widerstand führen.

Daher sollte Ihr Ziel sein, die Verlustleistung zu reduzieren und so viel Leistung wie möglich in den Spuren zu halten.

Dadurch erhalten Sie die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Hochstrom-Leiterplatte.

Um dies zu gewährleisten, müssen Sie die Leiterbahnen sehr kurz halten, wenn sie hohe Ströme führen.

 Thermische Landungen/Vias

Via Stitching bezieht sich auf eine Methode, bei der Sie verwenden Vias zum Verbinden mehrerer PCB-Lagen.

Dadurch erstreckt sich die gleiche Spur mit ähnlicher Breite über die verschiedenen Schichten.

Darüber hinaus können Sie thermische Durchkontaktierungen verwenden, um den Wärmeenergiefluss in einem Gehäuse von den empfindlichen Teilen zu lenken. Folglich bewahren Sie ihre Leistungsfähigkeit und Integrität.

Die Durchkontaktierungen sind in der Lage, die Wärme zu absorbieren, die durch den hohen Strom erzeugt wird, der über die Leiterplatte durch Grundleitung fließt.

Nach der Wärmeübertragung auf thermische Vias kann die PCB dazu gebracht werden, zu einer thermischen Landung zu übertragen.

Grundsätzlich ist die thermische Landung eine Metallplatte, die sich an der Basis der Hochstrom-Leiterplatte befindet, wo keine Fehlerstellen vorhanden sind.

Dabei werden auch die entscheidenden Gehäusekomponenten vor der Beeinträchtigung durch hohe Ströme abgeschirmt.

Polygon gießt

Die Verwendung von Polygonguss gewährleistet die thermische Isolierung empfindlicher Komponenten von Hochstrom-Leiterplatten, verbunden mit einer Erhöhung des Strombelastbarkeitspotentials eines bestimmten Gehäuses.

Diese den Stromleiterbahnen zugeordneten Polygonzüge können unter dem Chip platziert und mit Hilfe von Durchkontaktierungen mit der Platine verbunden werden.

Lötstopplack entfernen

Das Eliminieren der Hochstrom-PCB-Lötmaske ist eine Möglichkeit, den Leiterbahnen zu ermöglichen, größere Strommengen zu übertragen.

Durch das Entfernen der Lötmaske wird das darunter liegende Kupfermaterial freigelegt, das Sie mit zusätzlichen Loten ergänzen können.

Das Hinzufügen der Lote erhöht die Dicke des Kupfers und verringert den allgemeinen Widerstand innerhalb der stromführenden Teile der Leiterplatte.

Aus diesem Grund ist die Hochstrom-Leiterplatte in der Lage, ein höheres energietragendes Potenzial aufzunehmen, ohne dass die Leiterbahnbreite vergrößert werden muss.

Dicke Bretter

Sie können breitere Leiterbahnen unterbringen, indem Sie Platz innerhalb der Dicke der Hochstrom-Leiterplatte bilden.

Dies ist wichtig, wenn es notwendig ist, die Leiterbahnbreiten durch Verwendung höherer Kupfermengen zu erweitern.

Anstatt die horizontale Fläche zu dehnen, können Sie dickere Leiterplatten verwenden.

Somit ist es möglich, die Leiterbahnen innerhalb der Plattendicke zu platzieren und es zu ermöglichen, auch die Wärmeableitung der Leiterbahnen zu verwalten.

Warum sollten Sie eine Strom- oder Masseebene zwischen der inneren und äußeren Schicht einer mehrschichtigen Hochstrom-Leiterplatte haben?

Bei mehrschichtigen Hochstrom-Leiterplatten sollte zwischen der inneren und der äußeren Schicht eine Strom- oder Erdungsebene vorhanden sein.

Sie sollten die Ebene zwischen der inneren Schicht mit empfindlichen Signalen und der äußeren Schicht mit Stromversorgungsteilen und Routing platzieren.

Die Ebene dient als Abschirmung, um die empfindlichen Signalspuren vor verrauschten Leistungselementen und dem Outer-Layer-Routing zu schützen.

Was sind die Anwendungen von Hochstrom-Leiterplatten?

Die Verwendung von Hochstrom-Leiterplatten umfasst ihre Anwendung in den folgenden Geräten und Branchen:

• Stromrichter
• Netzteile
• Transformer
• Schweißen
• Solaranlagen
• Schwere Maschinerie
• Luftfahrt
• Automobilindustrie

Beeinflusst die Lochgröße die Leistung von Hochstrom-Leiterplatten?

Ja, es wird empfohlen, größere Löcher in der Hochstrom-Leiterplatte zu verwenden, da diese die Wärme gleichermaßen besser leiten.

Darüber hinaus wird die Verwendung mehrerer Löcher anstelle eines Lochs auch für Hochstrom-Leiterplatten bevorzugt.

Je breiter die Platte ist, desto größer muss der Kranz der Bohrlöcher sein.

Dies bietet mehr Platz für den Bohrer zum Bohren durch das dickere Hochstrom-PCB-Material.

Warum ist die Angabe einer bestimmten Leiterbahnbreite bei Hochstrom-Leiterplatten so wichtig?

Der Zweck von Leiterbahnen besteht darin, jede Form von elektrischem Signal von einer bestimmten Verbindungsstelle mit der anderen zu verbinden.

Die PCB-Leiterbahnbreite wird normalerweise in Mil gemessen und die herkömmliche Leiterbahnbreite für normale Signale kann zwischen 7 und 12 Mil liegen.

Die Spurlänge kann einige Zentimeter betragen.

Es gibt jedoch einige Parameter, die Sie berücksichtigen sollten, wenn Sie die Länge und Breite von Leiterbahnen bestimmen.

Die Verwendung diktiert normalerweise die Art und Breite einer Leiterbahn in einem Hochstrom-PCB-Design.

In bestimmten Fällen gibt es oft ein Gleichgewicht in Bezug auf Platinengröße/Dichte, Herstellungskosten und PCB-Leistung.

Wenn eine Leiterplatte bestimmte Designspezifikationen hat, können Leiterbahnbreiten und -vielfalt wichtiger sein als die Optimierung PCB-Herstellung Kosten.

Hochstrom-PCB mit unterschiedlichen Leiterbahnbreiten und -arten

Typischerweise beeinflussen die folgenden leiterbahnbezogenen Spezifikationen die Kosten der Hochstrom-PCB-Fertigung.

Die Kosten werden aufgrund eingeschränkter PCB-Toleranzen und mehr Endwerkzeugen, die sowohl für die Herstellung als auch für das Testen/Inspizieren der Platinen erforderlich sind, erheblich höher:

• Spurbreiten kleiner als 5 mil
• Spurabstand enger als 5 mil
• Via-Löcher mit einem Durchmesser von weniger als 8 Mil
• Spurdicke dicker oder dünner als 1.4 Mil (1 Unze)
• Kontrollierte Leiterbahnimpedanz oder Längen und differenzielle Paare.

HDI-Hochstrom-PCBs mit BGAs mit außergewöhnlich feinem Rastermaß können Leiterbahnbreiten von nur 2.5 mil erfordern.

Sie könnten auch eine spezielle Vielfalt von Durchkontaktierungen erfordern, wie lasergebohrte Mikro-Durchkontaktierungen mit Durchmessern von 6 Milli-Inch und darunter.

Im Gegensatz dazu können bestimmte Hochstrom-Leiterplatten sehr breite Ebenen oder Leiterbahnen benötigen, die eine ganze Schicht einnehmen.

Diese haben im Vergleich zu Standard-PCB-Typen dickere Unzen-Güsse.

Welche Faktoren sind beim Hochstrom-PCB-Layoutdesign zu berücksichtigen?

Sie sollten das Platinenlayout bereits in der Anfangsphase des Hochstrom-PCB-Designs berücksichtigen.

Eine wesentliche Praxis, die auf jede Hochstrom-Leiterplatte anwendbar ist, besteht darin, den Pfad festzulegen, den die Leistung nimmt.

Der Ort und die Menge des Stroms, der über eine Leiterplatte geleitet wird, sind entscheidende Parameter bei der Bestimmung der Wärmemenge, die die Leiterplatte abführen sollte.

Die Hauptparameter, die das Hochstrom-PCB-Layout beeinflussen, umfassen:

• Leistungspegel, der durch die Leiterplatte fließt;
• Betriebsumgebungstemperatur der Platine;
• Luftstrommenge, die die Leiterplatte beeinflusst;
• Das Substratmaterial, das bei der Herstellung von Hochstrom-Leiterplatten verwendet wird;
• Dichte der auf der Leiterplatte montierten Komponenten.

Wenn Sie die Richtung der Spuren ändern, sollten Sie rechte Winkel vermeiden und stattdessen gekrümmte Linien oder 45-Grad-Winkel verwenden.

In modernen Hochstrom-Leiterplattenanwendungen ist dies jedoch weniger wichtig.

Wie können Sie die Layouteffizienz beim Hochstrom-PCB-Design verbessern?

Die Layout-Effizienz ist eines der Hauptanliegen bei Hochstrom PCB-Designs.

Hier sind einige der Möglichkeiten, wie Sie das Layout von Hochstrom-Leiterplatten verbessern können:

Wenden Sie die DIY-Technik für den Schaltplan an

Sie können die DIY-Methode im Hochstrom-PCB-Layout-Design anwenden. Wenn Sie bei der Entwicklung Ihres Schaltplans den DIY-Ansatz anwenden, können Sie das Layout verbessern.

Es stehen mehrere Tools zur Verfügung, die bei der Entwicklung eines außergewöhnlichen Schaltplans hilfreich sind.

Platzieren Sie die Komponenten ausreichend

Es ist wichtig, die Hochstrom-Leiterplattenkomponenten in ausreichendem Abstand voneinander zu platzieren. Sie sollten die Teile nicht an einem Ort durcheinander bringen.

Außerdem sollten Sie die Teile der Leiterplatte auf keinen Fall ohne ausreichenden Abstand montieren.

Wenden Sie verschiedene Verdrahtungspositionen zwischen PCB-Lagen an

Ebenso wichtig ist es, unterschiedliche Verdrahtungspositionen zwischen den Schichten der Hochstrom-PCB zu verwenden. Die abwechselnden Schichten erfordern normalerweise unterschiedliche Richtungen.

Platzieren Sie Spuren nicht im rechten Winkel

Das Platzieren der PCB-Leiterbahnen in einem Winkel von 90 Grad macht es schwierig, gleichförmige Leiterbahnen zu bilden.

Aus diesem Grund wird empfohlen, die Leiterbahnen in einem Winkel von 45 Grad zu verlegen, was Platz garantiert und eine Überfüllung im PCB-Design verhindert.

Wählen Sie die Spurbreite sorgfältig aus

Auch die Leiterbahnbreite zählt, weshalb Sie diese mit Bedacht wählen sollten, um einen reibungslosen Stromfluss zu ermöglichen.

Die Auswahl der richtigen Linienbreite garantiert eine effektive Leistung der Hochstrom-Leiterplatte.

Was sind die Vorteile von extremem oder schwerem Kupfer-Routing in Hochstrom-Leiterplatten?

Zu den Vorteilen des extremen/schweren Kupfer-Routings in Hochleistungs-Leiterplatten gehören:

• Hohe Zuverlässigkeit
• Höhere Strombelastbarkeit der Leiterbahnen
• Höhere Strombelastbarkeit der Vias
• Handhabung unterschiedlicher Schaltungsstromstärken auf einer einzigen Schicht
• Benötigt keine erhöhten Leiterbahnbreiten
• Gute mechanische Festigkeit der Steckverbinder
• Verwendung von Hochtemperatur-Leiterplattenkomponenten ohne Gefahr

Extreme Copper Routing bietet eine höhere Stromkapazität

Warum ist die Spurabmessung beim Entwerfen von Hochstrom-Leiterplatten wichtig?

Die Spurabmessung ist bei Hochstrom-Leiterplatten sehr wichtig.

Sie wissen, dass sich Leistungsverlust in einer Leiterbahn in Wärme umwandelt, daher vermeiden Sie dies, indem Sie dickere Leiterbahnen verwenden.

Darüber hinaus können Leiterbahnen auf der Leiterplatte, die den Nennstrom nicht bewältigen können, zu Hitzeflecken und physischer Zerstörung des Kupfers führen.

Um die Mindestdicke der Leiterbahn für den angegebenen Strom festzulegen, können Sie sich auf die IPC-2221-Tabelle beziehen oder den PCB-Leiterbahnrechner verwenden.

Abhängig davon können Sie zur Vergrößerung der Leiterbahndicke entweder dickeres Kupfer verwenden oder die Leiterbahnbreite erweitern.

Darüber hinaus ist es wichtig, die Leiterbahnen von Hochstrom-Leiterplatten so kurz wie möglich zu halten, um den Widerstand zu verringern.

Wie sollten Sie das Trace-Routing in Hochstrom-Leiterplatten durchführen?

Einige Hersteller von Hochstrom-Leiterplatten führen Trace-Routing durch, während sie Komponenten montieren, während andere nach Abschluss des Komponentenplatzierungsprozesses routen.

Unabhängig von der gewählten Technik muss das Routing die Komponentenmontage mit kurzen direkten Leiterbahnen ergänzen.

Stellen Sie sicher, dass Sie Leiterbahnen verwenden, die breit genug für den Strom sind, und platzieren Sie abgerundete Ecken oder 45-Grad-Ecken anstelle von rechten Winkeln.

Vermeiden Sie außerdem die Verwendung von Durchkontaktierungen für Leistungsspuren, da sie eine Induktivität hinzufügen.

Da sich die primären Leistungskomponenten jedoch häufig auf derselben PCB-Seite befinden, ist dies kein Problem.

Außerdem sollten Sie davon absehen, zusätzliche Signalleiterbahnen unter den Leistungsbauelementen der Hochstromleiterplatte zu verlegen.

Welches sind die häufigsten Probleme bei Hochstrom-Leiterplatten?

Hochstrom-Leiterplatten, die für die Strommenge, die sie handhaben, falsch ausgelegt sind, sind anfällig für Ausfälle.

Häufig werden diese Fehler klassifiziert nach:

Überhitzung

Die Leiterplatte hat Wärmeflecken, wenn ihre Ebenen und Leiterbahnen nicht breit genug für den durch sie fließenden Strom sind.

Dies kann die gleichmäßige Stromverteilung über die Hochstrom-Leiterplatte beeinträchtigen.

Das Phänomen wiederum könnte andere PCB-Teile dazu zwingen, über ihre festgelegten Temperaturbereiche hinaus zu funktionieren.

Folglich besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit eines Leiterplattenausfalls, da mehr Komponenten bei höheren als den angegebenen Temperaturen funktionieren.

Funktionalität und Zuverlässigkeit

Erhöhte Betriebstemperaturen beeinträchtigen nicht nur die korrekte Funktion von Hochstrom-Leiterplatten, sondern können auch andere mechanische Probleme hervorrufen.

In einigen Fällen können die hohen Ströme zu einer Verschlechterung der Platine führen, wenn sie nicht für die zu leitenden Strompegel ausgelegt ist.

Zum Beispiel könnten die Hochstrom-PCB-Materialien schließlich schmelzen oder Spuren wie eine durchgebrannte Sicherung durchbrennen.

Daher muss das Hochstrom-PCB-Design den Nennstrom berücksichtigen. Darüber hinaus müssen Sie auch den Leistungspfad des Designs während des PCB-Layouts verstehen.

Was sind die Techniken zur Gewährleistung eines effektiven Wärmemanagements in Hochstrom-Leiterplatten?

Der erste Schritt zur Lösung des Wärmeproblems beim Hochstrom-PCB-Design besteht darin, breitere Leiterbahnen mit höherem Kupfergewicht einzusetzen.

Dennoch gibt es andere Mittel, um für ein effizientes Wärmemanagement in der Leiterplatte zu sorgen.

Außerdem sollten Sie Leistungskomponenten, die heiß werden, von empfindlichen Schaltkreisen isolieren.

Diese Teile müssen auch zur Leiterplattenmitte hin montiert werden, um die Wärme besser abzuleiten und von anderen heißen Leiterplattenelementen abzuschirmen.

Sie können heißlaufende Komponenten montieren, um den natürlichen Luftstrom über die Hochstrom-Leiterplatte zu nutzen.

Darüber hinaus können Sie auch Wärmeentlastungsdurchkontakte, Kühlkörper und Lüfter in Betracht ziehen.

Es könnte ebenso angebracht sein, eine dickere Leiterplattenbreite oder andere Leiterplattenmaterialien zu verwenden, die höhere Wärmemengen aushalten und abführen können.

Warum sollten Sie die empfindlichen Komponenten von Hochstrom-Leiterplatten thermisch isolieren?

Wie Sie bereits wissen, reagieren die meisten Komponenten von Hochstrom-Leiterplatten auf Schwankungen der Umgebungstemperatur.

Wenn sie erhebliche Schwankungen der thermischen Bedingungen feststellen, können sie das erzeugte Signal verändern, was zu Fehlern und einer abnehmenden Zuverlässigkeit der Leiterplatte führen kann.

Aus diesem Grund ist es unerlässlich, die empfindlichen Teile thermisch zu isolieren.

Dadurch wird sichergestellt, dass die auf der Hochstromplatine entstehende Wärme die isolierten Bauteile nicht beeinträchtigt.

Welche Sicherheitsmerkmale können Sie dem Hochstrom-PCB-Design hinzufügen?

Das Problem der Überhitzung bei Hochstrom-Leiterplatten ist real.

Dies gilt zusätzlich zu dem möglichen Kurzschließen der Last und dem eventuellen Ziehen von überschüssigem Strom aus dem Regler oder MOSFET.

Um diese Vorkommnisse zu erkennen, können Sie geeignete Sicherheitselemente in das Hochstrom-Leiterplattendesign integrieren.

Ein Temperatursensor kann eine entscheidende Rolle spielen, wenn er zwischen den wärmeerzeugenden Komponenten der Hochstrom-Leiterplatte installiert wird.

Der Sensor aktiviert Warnungen, wenn die Temperatur der Leiterplatte einen akzeptablen Grenzwert überschreitet.

Um Kurzschlussschutz zu gewährleisten, Sicherungen am Ausgang der Hochstromplatine einbauen.

Die Sicherungen unterbrechen die Verbindungen sofort, wenn der Strom über eine sichere Schwelle hinaus ansteigt.

Temperatursensoren und Sicherungen sind einige der Sicherheitsmerkmale, die man in Hochstrom-Leiterplatten einsetzen kann

Welches ist der wesentliche IPC-Standard für Hochstrom-Leiterplatten?

Raten Sie nie, wenn es darum geht, eine Hochstrom-Leiterplatte zu entwerfen. Zusätzlich zu Industriestandards stehen Ihnen mehrere Online-Stromrechner zur Verfügung.

Der IPC-2152-Standard dient als allgemeine Richtlinie zum Zusammenhang zwischen der Temperatur des Leiterquerschnitts und dem Strom.

Sie können es anwenden, um die richtige Leiterbahngröße für das Design von Hochstrom-Leiterplatten festzulegen.