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大功率印刷电路板PCB设计

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我们知道,如果使用不当,铜迹线中的电阻会导致电路板上出现明显的功率损耗和发热。我们使功率元件之间的走线短而宽,我们使用较厚的铜走线作为大电流路径,我们还在板上使用大型铜平面和通孔来去除设备的热量,我们设计通孔将功率从电路板上的一层传输到另一层。


我们的高功率 PCB 设计已成功用于以下应用,例如:


  • 用于LED 照明的大功率 PCB 设计

  • IGBT控制板大功率PCB设计

  • 电子烟控制板大功率PCB设计

  • 功放板大功率PCB设计


快发智造大功率印刷电路板设计团队拥有行业领先的设计工程师和20年的大功率PCB设计经验。从材料开发和生产、电路制造到最终组件组装,快发智造高功率 PCB 设计团队在加工各种印刷电路板材料方面拥有丰富的经验。无论您是电气工程师、产品设计师、系统集成商还是寻求高功率 PCB 设计的制造商,快发智造高功率设计团队都将在这里为您提供帮助。


大功率 PCB 设计:终极指南


在本指南中,我们将深入讨论高功率 PCB 设计。带有基本定义和功能的介绍部分设置为关闭。这将通过识别某些类型的高功率 PCB 设计来获得成功。然后我们将讨论PCB的优点和缺点。我们进一步研究了这种设计的布局和一些安全要求。然后,我们仔细检查原型设计、制造和组装过程,最后确定制造商


  • 大功率PCB设计基础

  • 大功率PCB设计的类型

  • 大功率PCB设计的优势

  • 大功率PCB设计的缺点

  • 大功率PCB设计流程

  • 大功率 PCB 设计技巧

  • 逐步设计高功率 PCB

  • 制造高功率PCB工艺

  • 大功率印刷电路板材料

  • 大功率PCB制作过程中的注意事项

  • 如何制造大功率PCB

  • 大功率印刷电路板组装工艺

  • 寻找大功率PCB制造商

  • 结论


什么是大功率PCB


大功率PCB是由重铜制成的印刷电路板。与其他电路板相比,这使它们能够处理更高的电流速率。它们还能够长时间抵抗高温。因此,它们提供了强大的连接点。


大功率PCB特性


为特定设备制造高功率 PCB 设计。这些设备需要更高量的电流,并且经常受到变化的温度影响。为了使它们有效地执行,大功率 PCB 设计包含以下特性:与其他 PCB 中的铜层相比,高功率 PCB 设计中的铜层更厚更重。这使其能够传导更高的电流。


这种传导更高电流的能力与散热能力相结合。这有助于确保在由电路板制成的设备操作期间不会发生短路。由于这些原因,高功率 PCB 能够抵抗并适应设备使用的波动温度。


在哪里使用大功率 PCB


由于它们能够传导高电流并适应波动的温度,大功率 PCB 具有许多应用。让我们来看看其中的一些应用程序。


1.太阳能配电


太阳能配电板严重依赖高功率 PCB 来提高效率。由于太阳能配电板同时传输更高的电流和电压,因此它们依赖于大功率板。这使它们能够有效地传输电流。


2.工业应用


最近,各行业严重依赖高功率 PCB。这是因为在这些行业中,严重依赖高电流和电压。行业内的配电变压器也使用大功率PCB。这使它们能够有效地传输电流以提高工业机器的性能。


3.航天工业


飞机和航天器会受到温度波动的影响,并依靠高电流和电压来有效和安全地运行。在确定最合适的板时未能考虑可能会导致死亡。以航天器发射过程中的电流为例。由于涉及的高电流,这无法用任何其他 PCB 处理。行业中的通信设备也依赖于高功率 PCB,因为它们暴露在不同的环境中。控制塔使用的雷达也是如此。


4.卫星


卫星暴露在波动的温度下。为了有效地执行它们的功能,它们还需要高电流。其他 PCB 无法承受这些因素。因此在工业中使用高功率PCB。


大功率PCB设计的类型


当今市场上有相当多的大功率印刷电路板可供选择。让我们看一些最常见的分类标准。


双面大功率PCB


这些是大功率印刷电路板,允许在两侧安装组件。它们是使用高功率 PCB 制作的更复杂应用的入门级产品。使用过孔,它们在顶层和底层之间交替布线。与单面大功率印刷电路相比,这使它们更加高效和可靠。


刚柔结合大功率PCB设计


刚柔结合PCB设计大功率印刷电路由刚性和柔性电路基板组成。通常情况下,刚柔结合的高功率板由多层柔性基板组成。然后将这些柔性基板连接到一个或多个刚性板上。这种附件是在内部或外部完成的。高功率刚挠结合板的预期应用对于确定如何完成连接至关重要。此外,灵活的组件设计为始终灵活。这种灵活性在需要额外空间的角落和区域很有用。刚性基板在需要额外支持的领域很有帮助。凭借这些功能,可以确保这些高功率刚挠结合板在制造和安装过程中可以弯曲。刚柔结合技术使高功率 PCB 能够适应更小的应用。这导致增强的性能和便利性。


·多层大功率PCB设计


多层大功率电路板具有至少三个导电层。交叉电路板电镀通孔是这些板中最常用的电气连接策略。根据制造电路板的目的,导电层可以多达十二层。但是,有些公司现在正在制造多达 100 层的 PCB。这为制造一些最复杂的高功率 PCB 应用提供了空间。



大功率PCB的优势


1) 增加对热应变的耐受性


高功率 PCB 中的厚铜使其能够承受所承受的热应力。因此,由高功率 PCB 制成的设备能够抵抗热波动,使其可靠。这解释了他们在制造军事应用方面的偏好。


2)增加电流承载能力


重铜还使高功率 PCB 能够在没有太大压力的情况下传导大电流。具有较轻铜的 PCB 上的高电流容易发生故障和故障。诸如电源变压器之类的设备会暴露在非常高的电流下。如果没有大功率 PCB,它们很可能会发生故障或引发灾难。


3) 增加连接器部位和 PTH 孔的机械强度


用于制造高功率 PCB 的重铜赋予其机械强度。这对于支持安装在板上的组件非常重要。连接器部位在高功率 PCB 中得到加强。这延伸到通孔,这些通孔也由铜制成。


4) 缩小产品尺寸


大功率PCB设计也有助于减小产品尺寸。这是通过将多个铜重量结合到电路的同一层上来实现的。这解释了它在军事应用中的偏好,因为大多数产品必须是便携式的。


5)热传递到外部散热器


使用厚重的镀铜通孔,可以实现通过电路板的高电流传输。这有助于将热量传递到外部散热器。它使高功率 PCB 成为需要高电流才能有效运行的应用中最有效的电路板。大功率PCB设计中的散热片也可以直接镀在板上。这解释了工业应用中对高功率 PCB 设计的依赖。


大功率PCB设计的缺点


大功率 PCB 设计的制造成本很高。这是因为他们需要更重、更厚的铜才能有效运作,而铜非常昂贵。大功率 PCB 设计中涉及的过程可能非常耗时。PCB 有效运行所必需的附加功能会消耗时间。这与其他更简单的 PCB 不同。


大功率PCB设计流程在本节中,我们首先研究电路板布局注意事项,然后再讨论设计技巧。然后,我们讨论设计高功率 PCB 所涉及的步骤。大功率印刷电路板布局注意事项,在设计过程中首先要考虑的是电路板布局。电路板的电源注意事项


电源路径的建立是大功率电路最重要的规则。这对于确定应该流经电路的功率的位置和数量至关重要。它进一步告知 IC 的位置和电路板所需的散热量。有许多因素会影响指定设计的布局。这些是:首先要考虑的应该是流经电路的电量,同样重要的是设备和电路板设计的环境温度,您还应该考虑设备甚至电路板周围的预期气流量,您的另一个考虑因素是您将使用的电路板材料,最后一个同样重要的因素是您打算使用的电路板的 IC 密度


元件放置


过去,使用模拟和混合信号电路板。它们包括高功率和模拟模块。在其他情况下,它们包括低功耗的敏感数字模拟模块。在布局的第一步,您应该设计和放置电源块。确保将连接保持在各个电源块内。这适用于短块和宽块。执行此操作时,请确保阻止不必要的接地回路和噪声的产生。通常,请考虑以下几点:

识别布局中的当前循环。更重要的是对高电流路径更加敏感。减少这些循环,其次,谨慎地限制电阻电压的可能性,确保将高功率电路放置在远离任何其他敏感电路的位置,最重要的是,确保使用的接地技术令人印象深刻。

除了上述布局考虑之外,还必须避免将板上不同的电源组件混为一谈。为使电路板实现热平衡,请确保将这些热量元件均匀分布在整个电路板上。这也将有效地保护电路板不翘曲。因此,您可以确保减少电路板上的热量并保护敏感电路。信号在运行过程中也将受到同等保护。


大功率PCB


IC和元件安装


每当电路中有功率流时,很明显所有组件都会产生热量。当无源元件和 IC 产生热量时,热量很可能会消散。这些热量散发到设备周围较冷的环境空气中。这种耗散是通过器件的引线框架或通过封装实现的。因此,大多数 IC 封装的设计都不会为外部散热片留出太多空间。此外,这需要一种可以从设备中提取热量的方法。外露焊盘就是这样一种方法。为了使热性能达到最佳,请在封装内使用裸片。这个模具应该有一个直接连接到它的EP。然后可以将这些 IC 正确安装在板上。这样一来,从封装到电路板的热传递将得到优化。


散热片


在大多数情况下,电源路径中的组件总是会产生大量热量。因此,重要的是想出将产生的热量散发到周围环境的策略。为此,您可以选择在板上添加一个外部散热器。这将使您的电路板能够从设备中排出热量并将其消散到环境空气中。这些散热器应由具有高导热能力的材料制成。这种材料包括金属,例如铝和铜。建议将这些散热器沿气流路径放置。这将导致更快的耗散率。IC 的定位方式应使散热器固定在所需的位置。然后,您可以使用热环氧树脂优化从 IC 到散热器的热传递。这对于缓解设备之间的热传递至关重要。确保在板上留出足够的空间。但是,这永远不适用于较小的设备甚至紧凑的应用程序。


电路板布局


布线 IC 甚至组件之间存在的高功率路径时要小心。在铜迹线电阻的情况下,可能会丢失电源。或者,可能会产生大量热量。确保电源组件之间的走线保持短而宽。对于将承载高电流的路径,建议使用较厚的铜。


始终确保使用大铜迹线,因为它们是电源迹线的首选。如果对电流使用小走线,则一般性能会受到影响。大型铜平面也可以与通孔一起使用,以消除器件中的多余热量。对于大型平面,您可以确保创建的区域足以从设备散热。这些平面应该连接在板层的顶部或底部。这导致向周围环境的最大热传递。然而,内部平面也可用于散热。您还可以使用通孔在电路板的各层之间有效地传输功率。它们可以将功率从封装传输到另一个平面甚至层。因此,使用多个通孔将显着降低热阻。


迹线厚度


组件之间连接的厚度标志着大功率板设计的另一个方面。走线厚度是一个重要的考虑因素,因为铜走线可能有电阻。大功率 PCB 设计通常使用约 2 盎司的厚度。这有助于电路板提供全输出功率并消散供电期间产生的多余热量。


大功率 PCB 设计技巧


安全注意事项


与任何其他电路板一样,安全预防措施是有效操作的首要考虑因素。这在处理高功率 PCB 时至关重要。然而,在高功率 PCB 设计的情况下,应该考虑一些独特的因素。可能导致故障的主要问题是热量。与其他标准板相比,无论您如何设计它们的布局,这些板都会产生大量热量。在制造过程中,必须在外壳中创建更多的外部通风口和风扇。还需要在 PCB 上安装温度传感器。这是 PCB 必不可少的故障保护固件。当它检测到温度异常升高时,您将能够对过热做出反应。建议您选择电阻低的元件。短路也会带来安全隐患。由于电路板应该驱动大功率设备,因此短路会导致不良影响。您将不得不在大功率 PCB 的设计阶段考虑这种可能性。要解决短路问题,请将离开电路板的所有输出熔断。您还必须融合输入。然后,您必须对保险丝进行评级。这将有助于确保使用的电线处理的电流少于应有的电流。电路板走线上的电流量也应额定为承载更少或等量的电流。必须使用具有内置短路预防功能的驱动器。


获取计划


在开始规划大功率电路之前,在运行第一条线路之前,先了解布局。这对其他电路板很重要,但对高功率 PCB 更重要。您可以首先将电路板分为高功率和低功率部分。这样做,您可以将所有高功率走线移近电源。


PCB走线


走线宽度计算器


在设计电路板时,请确保您了解所需的最小走线宽度。这是必不可少的,尤其是在处理高功率 PCB 时。绝对最小宽度应使用 IOC-2221 公式得出。所需的最小宽度应约为 142 密耳。


记得用铜浇注


无论电路板的类型如何,在设计所有电源网络时都建议使用覆铜。在设计大功率PCB时,要保证每一个大功率载网都是由浇注而成。覆铜将具有重要意义,因为它们可以增加铜的宽度,使其适合电路板。


将图层加倍


使用通孔将双层浇注缝合在一起是一种常用的技术。这种双层有效地在同一区域内产生两倍的铜面积。使用这种技术会增加构建电流环路的机会。这是通过阻止电流返回的部分实现的。


热浮雕


这主要有助于在焊接过程中将周围的铜倒出。为了实现这一点,您应该使用更少的铜来使电流流动。在设计标准 PCB 时,这是一个不太重要的问题。然而,热量的好处仍然掩盖了缺点。对于高功率 PCB 中的电源网络,请使用散热装置。将此与牢固的连接相结合。


逐步设计高功率 PCB


PCB设计


步骤1:准备基材。


在制造过程开始之前,必须彻底清洁层压板。由于大功率 PCB 设计中使用的铜线圈通常具有抗锈蚀特性,因此这种预清洁是必不可少的。这些通常由供应商完成以提供抗氧化保护。


第 2 步:电路模式的生成


在设计高功率 PCB 时,您将使用两种主要技术来实现这一目标。这些技术包括:丝网印刷——这是最优选的方法,因为它能够产生所需的电路图案。这可以归因于它能够准确地沉积在层压板的表面上。照片成像——这是设计高功率 PCB 中使用的最古老的技术。但是,它仍然是在层压板上描绘电路迹线的常用方法。这种技术有助于确保由预期电路组成的干光刻胶膜放置在层压板上。所得材料暴露于紫外线下。因此,光掩模上的图案被转移到层压板上。薄膜以化学方式从层压材料中去除。这使层压板具有预期的电路图案。


第 3 步:蚀刻电路图案


在设计高功率 PCB 时,这通常是通过将层压板浸入蚀刻槽中来实现的。或者,它们可以使用适当的蚀刻剂溶液进行喷涂。为了获得所需的结果,同时对两侧进行蚀刻。


第 4 步:钻孔过程


蚀刻后,下一步是钻孔。在这一步中,钻孔、焊盘和通孔被钻孔。要钻出精确的孔,您必须确保钻孔工具是高速的。在创建超小孔时使用激光钻孔方法。


第 5 步:通孔电镀


在设计大功率 PCB 时,这是一个必须非常小心和精确地处理的步骤。在钻出所需的孔后,将铜沉积在其中。与其他电路板不同,这是大量完成并做得更厚。然后对它们进行化学镀层。结果是跨层形成电互连。


步骤 6:覆盖层或覆盖涂层的应用


在大功率设计中保护电路板的两面是必不可少的。这可以通过应用覆盖层来实现。这一点的重要性在于提供对恶劣环境的保护。这对于高功率 PCB 至关重要,因为它们会受到温度波动的影响。这种覆盖层还可以防止刺激性化学品和溶剂。用粘合剂支撑的聚酰亚胺薄膜是最常用的覆盖层材料。丝网印刷可以将覆盖层压印在表面上。使用紫外线照射,实现固化。在覆盖层的层压过程中施加受控的热量和压力。覆盖层材料和覆盖层之间存在显着差异。覆盖层是一种层压薄膜,而覆盖层是指可以直接应用于基材表面的材料。有许多因素决定了覆盖物的类型。它们包括制造过程中使用的方法、使用的材料和应用领域。这两种涂层对于增强整个组件的电气完整性都是必不可少的。


第 7 步:电气测试和验证


电路板经过了一系列电气测试。仔细检查性能等因素。您还需要使用设计规范作为阈值来评估质量。


制造高功率PCB工艺


正确制造高功率 PCB 设计至关重要,因为它决定了 PCB 将用于的设备的性能。在推出生产之前,您必须首先提出设计原型。您还必须在制造高功率 PCB 时使用正确的材料。此外,在制造过程中需要采取一些严重的预防措施。


原型高功率PCB


非常敏感的应用采用高功率 PCB 设计。这些设备用于航空航天和军事等不同行业。因此,大功率 PCB 设计中的操作缺陷可能会导致人员伤亡。这使得原型设计成为生产的一个重要方面,可以有效地阻止失败。让我们简要探讨一下原型制作过程。原型设计的第一步是设计出预期的高功率 PCB。有多种PCB 设计软件选项可用于实现此目的。其中包括ORCAD、ENGLE CAD和KICAD等。然后您进行初步检查以评估电路板是否存在缺陷。这是通过参考原理图设计建立的。原理图设计还详细说明了面板和网格的预期尺寸。您应该将原理图设计转换为网表。这很重要,因为这对于在整个过程中进行检查至关重要。


然后通过迹线设计路由。这可以有效地连接高功率 PCB 设计中的所有元素。为了使电路板有效运行,在将注意力转移到制造阶段之前,必须不断评估设计。要解决的主要问题之一是热不一致性,尤其是在高功率 PCB 设计中。如果这个问题没有得到有效解决,那么就有可能出现不可预测的温度。然后,您可以继续创建照片胶片。为每一层和电路板的阻焊层使用绘图仪。在此之后,打印内层。在此步骤中,您可以将基板材料与铜一起应用。在大功率 PCB 中,铜层的厚度至少应为 2oz。这是通过将铜预键合到基板上来实现的。因此,施加光刻胶层。然后,您应该对齐并打出精确的配准孔。这是必不可少的,因为在合并层之后不可能更正内层。接下来,融合图层。您现在可以继续钻孔。这些钻头将用于安装预期组件。这应该精确地完成。您可以使用 X 射线定位器来确定正确的孔位置。之后,在面板表面沉积一层铜层。这个过程是由计算机控制的。


外层成像是原型制作过程的下一步。添加一层光刻胶。光刻胶有效地工作以确保电路板的目标部分被铜沉积物覆盖。然后进行镀锡以保护铜。在最后的蚀刻步骤中,您可以使用化学溶液洗去多余的铜。然后,您可以使用环氧树脂阻焊油墨涂抹阻焊膜,然后暴露在紫外线下以硬化薄膜。然后移除未硬化的部分。现在继续应用表面光洁度。在这种情况下,沉积了更多的编织物。这确保了焊盘是均匀的。继续在大功率PCB设计的表面上进行丝印。使用喷墨书写来做到这一点。从面板中获取高功率 PCB。将所有组件连接到板上。在板上涂抹焊膏。这将与助焊剂混合。焊料融化掉,然后粘合到 PCB 表面。拾取和放置表面贴装元件。您可以使用拾放机或进行 SMD。下一步是回流焊接。这是通过将高功率 PCB 板通过回流炉来实现的。加热器会融化焊膏中的焊料。


冷却后,熔化的焊料凝固。然后将 SMD 永久连接到电路板上。然后,您可以继续检查电路板作为质量控制措施。这是因为这种焊接会破坏连接质量。如果不检查,则可能会发生电短路。然后,您可以继续插入通孔组件。有许多高功率设备需要除 SMD 之外的其他组件。最后,对原型进行功能测试。


刚性柔性 PCB 原型制作之后:测试原型


在对大功率 PCB 设计进行原型设计后,下一阶段是在全面生产之前对其进行测试。根据制造原因进行测试。您应该确保没有设计缺陷并确定需要改进的领域。如果您有不同的设计,请运行它们中的每一个,并比较它们的性能。如果您在测试期间碰巧发现问题,则需要纠正缺陷或创建新原。如果原型的性能证明是有效的,您可以继续推出该板的全面生产。


大功率印刷电路板材料


在制造高压 PCB 设计时,您首先关心的应该是在任何环境下的有效性能。您还应该考虑设计在其整个生命周期内处理过电压的能力。您只能通过使用正确的材料来实现这一点。您将需要以下材料。


大功率PCB板材料


该板将提供 PCB 的所有功能所依赖的基础。在订购材料之前,您必须首先考虑设计中的所有因素。更高的介电击穿质量对您的电路板至关重要。这通常出现在 FR4 层压板中。然后可以从 BT 环氧树脂获得全方位的电阻。评估它是否适合预期的应用,因为它通常具有坚固的侧壁。这些层压板可能很昂贵,但您一定会获得高性能。



在大功率 PCB 设计中,首先要考虑的是重量和承受大电流和由此产生的机械应力的能力。这些是使铜更受欢迎的品质。使用的铜材料应该很重。至少,它们应该是 4-10 盎司。在极端情况下,它应该在 10-50 盎司之间。这适用于所有铜电路和材料。


树脂与玻璃


这不是高功率 PCB 设计的主要组成部分。然而,树脂和玻璃都说明了高压情况的耐久性。为获得最佳介电效果,请确保电路板上的树脂含量较高。这应该与相对较小的玻璃样式相结合。找到可以承受高压环境和其他环境因素的材料选项。高标准的绝缘材料必须与能够承受高真空和压力应用的材料相结合。


大功率PCB制作过程中的注意事项


您应该注意的第一个预防措施是焊锡烟雾中的铅含量很高,因此您不应将自己暴露在其中。在封闭的区域内进行焊接。这对于避免将烟雾释放到露天很重要。其次,在制造过程中,您应该确保您工作的封闭区域光线充足。元件必须精确地放置在板上。最轻微的变化都有可能导致整个电路板出现缺陷。当照明不足时,可能会发生伤害,包括烙铁烧伤。


进行制造时戴上安全手套也很重要。涉及的危险化学品应小心处理,以防止化学品灼伤皮肤。确保您使用的烙铁至少达到一百度。如果不考虑这些预防措施,工人的安全就会受到损害。大功率 PCB 制造和组装的最后阶段之一是检查和测试。如果您自己制造,您应该聘请专家来帮助您成功地做到这一点。此外,您可以使用便携式设备进行测试。此外,在测试大功率 PCB 设计时,请确保电源和电压正常工作。确保在将 PCB 插入电源之前检查连接。如果不考虑这些因素,则存在短路的可能性。确保在装配过程中使用正确的工程工具。一种这样的工具是排气罩。必须每月检查引擎盖以确保它们功能齐全。制造商应确保定期培训员工。


PCB布局


如何制造大功率PCB


高功率的制造过程与其他 PCB 的制造过程非常相似。我刚刚列出了以下步骤,因为它们中的大多数已经作为原型制作过程的一部分进行了解释。然而,在列表的最后,我们将讨论一些适用于大功率 PCB 制造的特殊注意事项。所以这些是涉及的步骤

打印内层

对齐图层

钻孔

镀铜

外层成像

镀铜和镀锡

最终蚀刻

应用阻焊层

应用表面光洁度

应用丝印

砧板


然后让我们看看制造高功率 PCB 时的一些基本和特殊考虑因素。


1.重铜电路结构


在大功率PCB设计中,使用了厚铜电路。这通常需要特殊的蚀刻技术。这里用于编织的技术也与用于其他 PCB 的技术完全不同。使用高速电镀和差分蚀刻。过去,重铜质量无法形成直线。然而,在最近的过去,这已经通过结合编织和蚀刻来解决。当您电镀厚铜电路时,您可以继续增加电路板的厚度。您还可以将厚铜与单板上的标准功能混合使用。这也称为电源链路。这将转化为许多优势,包括减少的层数。电力也将得到有效分配。这也将允许您在板上合并高电流电路和控制电路。此外,这为您提供了一个简单的电路板结构。您将意识到的另一个优势是,对于标准电路,您可以轻松地连接铜功能。


2.载流量和温升


估计走线可以轻松承载的最大电流。这可以通过找出一种可以估计热量上升的方法来确定。这与您应用的电流有关。最理想的情况是达到稳定的工作温度。在这种情况下,加热速率等于冷却速率。当您的电路可以承受高达 100°C 的温度时,您就可以开始使用了。


3.电路板强度和生存能力


您可以从多种介电材料中进行选择。其中包括工作温度高达 130°C 的 FR4。另一种介电材料是高温聚酰亚胺,它可以在高达 250°C 的温度下工作。更高的温度需要使用特殊材料,以使它们能够在极端条件下生存。有几种方法可用于测试和确定成品的热完整性。其中一种方法是使用热循环测试。这有助于在进行空对空热循环时检查电路的电阻。从 25°C 到 260°C 检查此循环。增加的电阻会通过铜电路中的裂缝导致电气完整性的破坏。对于此测试,请确保使用由 32 个电镀通孔组成的链。这是因为它们被认为是电路中最薄弱的点,尤其是当它们受到热应力时。厚铜电路通常会减少或消除这些电路板固有的故障。这是因为铜电路在由于热循环而产生的机械应力阶段会变得不可渗透。


4.热管理


热量通常在电子设备运行期间产生。这必须从源头消散并辐射到外部环境。如果不这样做,则组件可能会过热,从而导致故障。重铜有助于减少热量。它将热量从组件中传导出去,从而大大降低了故障率。使用散热器以实现热源的适当散热。散热器将同样地将热量从产生热量的来源散发出去。这是通过向环境传导和散发热量来完成的。使用铜通孔与电路板一侧的裸铜区域进行连接。经典的散热器可以粘合到铜的基面上。这是通过导热粘合剂实现的。在其他情况下,它们是铆接或螺栓连接的。这些散热器通常由铜或铝制成。制造高功率 PCB 时会创建内置散热器。这不需要额外的组装。铜电路技术允许在电路板表面的任何部分添加厚铜散热器。


大功率印刷电路板组装工艺


大功率 PCB 的组装将我们引向最终产品。这需要采购用于 PCB 的各种组件。这是通过精心设计的 PCB 组装技术成功实现的。


为大功率 PCB 采购元件


高功率 PCB 设计组件是 PCB 正常运行所需的基本部件。您可能无法自己生产所有必需的组件。这使您可以选择外包。为您有效地采购大功率 PCB 设计元件,首先要拿出材料清单。这将为您提供您应该采购的所有组件的完整列表。这也是减少遗漏机会的重要工具。现在继续寻找组件的来源。几家授权经销商生产这些组件。


您可以通过调查各个公司的营业额能力来进行市场调查。考虑到其他因素,例如运送组件的能力,您将选择最好的制造商或供应商。考虑到所有这些因素后,您一定会得到满足您需求的组件。


大功率PCB组装技术

PCB组装中使用了两种主要技术:


自动化PCB组装

手动PCB组装


第三种选择是两种技术的组合,称为混合 PCB 组装


自动化 PCB 组装


在自动化 PCB 组装中,最先进的机器用于将电源 PCB 组件安装和焊接到板上。一种这样的机器是拾取和放置机器。它还涉及复杂的工艺,如回流焊接和自动焊接模板的应用。在组装过程的最后,所涉及的检查方法也非常高科技。它们包括自动光学检测 (AOI) 和 X 射线检测机的使用。由于该过程完全高度机械化,它通常是高效的,并且具有非常有限的缺陷和不一致。然而,这种方法本身并不完全有效,因为大功率 PCB 通常有一些需要手动焊接的组件。例如,两面都有通孔元件的电路板需要手工焊接,尤其是在电路板的第二面。


手动PCB组装


顾名思义,这种方法涉及手动将通孔元件的引线插入通孔。然后手动或通过波峰焊焊接组件。在这个过程中,一个人组装一个或几个组件,然后将电路板交给另一个人,另一个人也组装一些组件。人力传送带继续运行,直到所有组件都组装好。这里的检查方法是纯手工的,主要依靠对板子的目视检查。这种方法通常很慢。由于人类容易出错,因此也会导致相对较多的错误。人工检查从来都不是完美的,并且可能导致劣质 PCB 进入市场。


混合PCB组装


由于两种纯方法的这些不足,大功率PCB组装中应用最广泛的技术是混合方法。这种方法结合了两种纯技术的优势,以得出最佳结果。


混合大功率PCB组装程序如下:


第 1 步:焊膏模板


这是大功率PCB设计组装的第一步。它涉及将焊膏应用到板上。因此,您首先在高功率 PCB 上放置一层薄薄的不锈钢层。这为您提供了将焊膏涂抹到高功率 PCB 设计的预期部件上的空间。这些是您将安装组件的部件。使用的焊膏是由一种灰色物质制成,其中含有微小的金属球,称为焊料。将焊膏与助焊剂混合 - 这有助于熔化并随后导致表面粘合。您应该确保将焊膏精确地涂抹在预期的位置。为此,您可以使用机械夹具。这将使您能够将高功率 PCB 设计和焊接模板固定到位。借助涂抹器,将精确数量的焊膏放置在预定区域。机器将浆料均匀地涂抹在模板上。然后,您可以继续移除模板。预定位置将被焊膏覆盖。



第 2 步:拾取和放置


在大功率 PCB 设计上成功应用焊膏后,组装过程进入拾取和放置机器。在此步骤中,使用机器人设备将 SMT 组件安装到高功率 PCB 板上。接下来,您将 SMD 焊接到电路板表面。


您可以通过手工挑选和放置来做到这一点,这在过去非常流行。但是,最好使用机器,因为它可以保证更快的周转时间,并且永远不会感到疲劳。借助真空夹具,机器将 SMT 组件放置到大功率 PCB 的表面。然后,您将 PCB 放在传送带上,传送带将其通过烤箱。这会熔化焊料以使其将组件与电路板连接起来。接下来,将 PCB 通过冷却器加热器,熔化的地方冷却并固化。这会在电路板和组件之间形成永久性焊点。


第 3 步:检验和质量控制


将表面贴装元件焊接到高功率 PCB 后,对电路板进行功能测试。回流期间 PCB 上的移动可能会导致连接问题。这会导致电气短路。该级别的检查方法包括以下几种。


手动检查-您可以在回流过程后进行目视检查。此方法仅在您有少量这些 PCB 需要检查的情况下才可行。然而,当处理大量电路板时,该方法不可靠。此外,第二种方法是自动光学检查。在处理大量高功率 PCB 批次时,这是最优选的检查方法。该机器使用高功率相机来评估您的高功率 PCB。


摄像机位于战略位置以查看焊接连接。事实上,相机使用不同的光色来描绘焊料的质量。这以相对较高的速度发生。通常,这些功能使其速度更快,可以在短时间内检查许多板。此外,第三种方法是 X 射线检查。这种方法虽然不是很常见,但对于复杂的多层大功率PCB板最为有效。这种方法使观看者有机会可视化较低的层。因此,您将能够检测到潜在的缺陷。后续步骤是零件的测试。这样做是为了确保所有部件都按预期运行。测试高功率 PCB 连接以确定质量。在进行回流过程后定期执行此操作。它将帮助您识别您必须解决的潜在问题。这将节省您的时间和劳力。


第 4 步:通孔元件插入


在某些情况下,一些高功率 PCB 设计的组件可能不是 SMD。这些是电镀通孔 (PTH) 组件。PTH 是通过电路板电镀的孔。这有助于将信号从电路板的一侧传递到另一侧。焊膏不能有效地粘在孔上,而是穿过孔。这就是为什么元件引线是帮助通过电路板传递信号的最佳方式。您将使用许多技术将这些组件焊接到高功率 PCB 设计中。这些技术中的第一个是手动焊接。这是一个简单的过程。你可以有很多人,每个人分配一个特定的组件,他放置这些组件,然后将板传递给不同的人。或者,一个人可以放置所有组件。


第二种方法是波峰焊。这提供了涉及许多过程的先前技术的自动化版本。在将 PTH 元件定位到位后,电路板移动到另一条传送带。这使电路板通过烤箱,在烤箱中用熔化的焊料清洗电路板的底部,将其应用于所有元件引线。这仅限于单面 PCB。对于双面 PCB,第二面组件将需要手动焊接。


PCB制造


第 5 步:最终检查和功能测试


此步骤测试板的功能。高功率 PCB 进行与其将要执行的功能类似的模拟。电源和模拟信号通过大功率 PCB。使用测试仪测试电气特性。电压信号输出和其他因素的任何波动都是故障的迹象。当出现故障时,您将决定下一步采取的措施。这一切都取决于您设定的标准和故障的严重程度。故障的高功率 PCB 可以改进或处理掉。处置意味着您将不得不重新开始组装过程。这就是为什么在到达最后阶段之前建议进行各种测试的原因。


寻找大功率PCB制造商


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经验和专长


制造商工作的总年数决定了他们可以生产的高功率 PCB 的质量。由于服务多年,经验丰富的制造商可能装备精良。这也将告知专家将产生的质量。凭借专业知识和经验,您一定会获得高质量的大功率 PCB。


制造能力

作为一种特殊类型的 PCB,并非所有 PCB 制造商都制造高功率 PCB。许多公司没有必要的生产设施。他们有时也缺乏足够的人力。


您应该找到一家可以同时进行原型设计和生产的公司。因此,您必须确定专门从事此类 PCB 的制造商。


技术支援


高功率 PCB 设计制造方面的技术专长和员工的专业化是一种理想的品质。让制造商拥有经过认证和经验丰富的合格员工至关重要。生产后,制造商应该能够对PCB是否按预期工作进行跟进。当他们遇到这种情况时,他们会帮助您解决遇到的困难和不足。


PCB成本


大功率 PCB 设计制造的市场价格可从不同制造商的网站获得。您可以比较价格以确定这些产品的成本范围。有了这些知识,您就可以衡量并与制造商协商价格。极高的价格将是敲诈勒索的迹象。另一端的极低价格可能表明无能,导致 BOM 不完整。


大功率PCB封装


在某些情况下,制造商会以比您需要的非常大的封装出售高功率设计组件。每个客户都希望获得他们需要的包裹。如果你不考虑这一点,那么你最终会为你不需要的东西买单。大功率 PCB 的运输可能很棘手。这是因为它们很细腻而且非常敏感。因此,在将 PCB 发送给您之前,应该非常小心地进行包装。寻找为像您这样的客户提供运输服务的制造商。这些制造商有可能按顺序包装他们的产品。


更快地提供PCB报价


凭借经验和专业知识,更快地报价成本绝非易事。具有这些品质的制造商可以很快准确地提出 BOM。有了这个,他们可以足够快地提供报价。


结论


在最近的过去,高功率PCB设计已经流行起来。我们已经讨论了这些 PCB,详细介绍了它们的制造过程。我们进一步研究了他们的设计阶段,并确定了 PCB 原型设计的重要性。有了这个全面的概述,您现在可以在采购等问题上做出明智的决定。您还可以选择最佳类型的高功率 PCB 设计,为您提供所需的最佳性能。





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