Role PCB v elektrických vozidlech | JH PCBA

Těžké měděné PCB

Automobilový průmysl již nějakou dobu používá těžké měděné PCB, většinou v reléových a pojistkových skříních. S nárůstem elektrické energie v mnoha aplikacích zažívá tato technologie oživení. Použití těžkých měděných vrstev jako silových vedení má další výhodu ve snížení parazitní indukčnosti, protože je možné skládat vodiče nad sebou ve vícevrstvých deskách. Výrobci desek plošných spojů často realizují až čtyři vrstvy s 12 oz mědi ve vnitřních vrstvách, což vede k potenciální nosné kapacitě více než 1000 A. Zatímco vnitřní vrstvy mají tloušťku 400 µm, výrobci musí udržovat těžkou měď ve vnějších vrstvách pod 150 um. Pokud tak neučiníte, vyžaduje další úsilí, aby proces pájecí masky zajistil odpovídající elektrickou izolaci.

Power Combi-Board

Technologie těžké mědi má nevýhodu. Není možné leptat jemné struktury spolu s těžkou mědí. Ve většině systémů výkonové elektroniky je proto obvyklé mít oddělenou řídicí desku používající běžnou tloušťku mědi pro montáž technologií povrchové montáže a výkonový stupeň s designem z těžké mědi. To vyžaduje instalační prostor s dostatečnou plochou pro umístění obou desek, včetně všech konektorů, které je propojují.

Výrobci PCB vyvinuli výkonovou kombinovanou desku, aby splnili požadavky obou v jedné struktuře. Instalují těžkou měď do vnitřních vrstev vedle standardní měděné konstrukce. Společná vnější vrstva využívající tloušťku mědi kompatibilní s SMT slouží k zajištění elektrického spojení pro celou desku.

Izolační vrstva mezi vrstvami těžké mědi však působí jako bariéra pro optimální přenos tepla v ose z. Protože technologie PCB z těžké mědi je užitečná pro řízení vysokých proudů, správný odvod tepla vyžaduje jiné technologie, jako jsou izolované kovové substráty a technologie vkládání.

Izolovaný kovový podklad 

Izolovaný kovový substrát, sestávající převážně z kovového chladiče, má tenkou izolační vrstvu oddělující jedinou měděnou vrstvu na horní straně od kovového chladiče. Tato konstrukce je velmi užitečná pro jednoduché konstrukce hostující mnoho komponent generujících teplo. U složitějších návrhů však nemusí být jednovrstvé směrování adekvátní a může být zapotřebí více než jedna vrstva.

Většina konstrukcí s izolovaným kovovým substrátem používá jako chladič hliník. To snižuje hmotnost, ale zavádí vysoký CTE, čímž se snižuje spolehlivost konstrukce. Pro zlepšení spolehlivosti používají návrháři jako materiál chladiče měď. To také pomáhá zlepšit tepelnou kapacitu desky.

Technologie vkládání

Teplo musí putovat z horké součásti do chladiče co nejkratší cestou, protože to minimalizuje tepelný odpor. Ve většině případů se teplo šíří v ose z, počínaje horkým komponentem na sestavené horní straně desky plošných spojů, prochází deskou, než dosáhne chladiče ve spodní části desky.

Namísto upevnění chladiče nyní výrobci PCB laminují masivní měděnou vložku do PCB. Tím se podstatně sníží tepelný odpor. Kromě použití vložky jako jímky pro odvod tepla je možné vložku použít také pro vedení vysokých proudů, protože její ohmický odpor je nízký.

Technologie vkládání čipů

Konvenční technologie však narážejí na omezení při instalaci v omezených a stísněných prostorech, zvláště když je hustota výkonu vysoká. Kvůli úspoře místa výrobci plošných spojů požadují miniaturizaci a toho dosáhnou instalací některých součástek dovnitř desky, spíše než jejich montáží na její vnější povrch.

Pro zlepšení odvodu tepla z horké součásti uvnitř desky plošných spojů do chladiče musí výrobci použít výkonový polovodič s olověným rámečkem. Působí jako rozdělovač tepla a výrazně snižuje tepelný odpor. Silná měděná vrstva v horní části pomáhá propojit kontakty pomocí mikro průchodů vyplněných mědí namísto spojovacích vodičů, které používají konvenční napájecí moduly. Tato technologie nejen pomáhá s odvodem tepla, ale také zlepšuje mnoho elektrických parametrů, jako jsou:

Odolnost proti stavu:

Zapouzdření čipu prakticky eliminuje spojovací dráty a související odpor obalu. Přesná hodnota odporu v zapnutém stavu však závisí na generaci polovodičové technologie, její napěťové třídě a typu pouzdra.

Teplotní odolnost:

Olověný rám poskytuje vynikající šíření tepla, čímž výrazně zlepšuje tepelný odpor systému. Kromě toho tepelná kapacita olověného rámu také zlepšuje robustnost zařízení a jeho tepelnou impedanci.

Spínací výkon:

Vrchní část čipu má téměř ploché spojení s prokovem, čímž je dosaženo velmi nízké hodnoty parazitní indukčnosti. To také vede k velmi krátkým vzdálenostem mezi výkonovým polovodičem a kondenzátory stejnosměrného meziobvodu. Čistým efektem výše uvedeného je umožnění rychlejšího spínání s podstatně nižšími ztrátami. To platí zejména pro moderní technologie rychlého přepínání využívající polovodiče SiC a GaN.

Miniaturizace:

Současné a budoucí aplikace často vyžadují snížení tvarového faktoru a zároveň vyžadují dodatečnou funkčnost. Vložení čipu pomáhá dosáhnout úspory cenného místa na úrovni PCB.

Vyšší spolehlivost:

Výměna keramiky nebo spojovacích vodičů pomáhá podstatně zlepšit spolehlivost systému. Například testy cyklování napájení s teplotním rozdílem 120 K na deskách využívajících vestavěnou technologii ukázaly, že jsou schopny odolat více než 700 000 aktivních cyklů.

Snižování nákladů:

Díky technologii vestavěné do čipu lze ušetřit značné náklady. Důvodem jsou celkové úspory místa, vestavěná izolace, nižší problémy s elektromagnetickou kompatibilitou, menší pasivní součástky, napájecí součástky vyžadující menší povrch čipu, optimalizované chlazení a úspora kabelů a konektorů.

Užitečné pro širokopásmové a vysokonapěťové polovodiče

Technologie vkládání čipů pro desky plošných spojů zvyšují výkon aplikací výkonové elektroniky. Tato nová technologie má velmi nízkou parazitní indukčnost, čímž podporuje nízkoztrátové spínání při vysokých frekvencích. To je vysoce žádoucí při použití polovodičů s širokým pásmem a pro další generaci automobilových pohonů využívajících SiC a GaN zařízení.

Vestavěná izolace pomáhá při montáži komponent Smart Pack přímo na chladič. V závislosti na požadavku může být TIM nebo materiál tepelného rozhraní buď elektricky vodivý, nebo nevodivý.

Snímání proudu pomocí bočníků je běžnou praxí. Výrobci používají bočníky pro měření fázových proudů v elektrických motorech v EV. Shunty, které jsou relativně velkými součástmi, jsou dobrými kandidáty pro úsilí o miniaturizaci. Zabudováním bočníku jako součásti Smart Pack se dramaticky zlepšuje jeho odvod tepla. Tím se zvyšuje možnost použití bočníků pro měření proudů až do 300 A. Pro zlepšení spolehlivosti výrobci nahrazují pájené spoje bočníku a obvodu desky mikroprokovy.

Závěr

Podle PCB Trace Technologies Inc podporují nové technologie PCB elektrická vozidla mnoha způsoby. Nejen, že minimalizují tvarové faktory, ale zvyšují výkon a spolehlivost systému snížením nákladů na systémové úrovni. Zabudování výkonového elektronického zařízení do PCB pomáhá nahradit konvenční napájecí modul, výrazně zlepšit výkon systému a jeho spolehlivost. To je užitečné nejen pro nízkonapěťové aplikace, ale také pro vysokonapěťové aplikace, stejně jako pro vysokonapěťové aplikace se zařízeními s velkou mezerou v pásmu.

• Rok založení
  --
• Obchodní typ
  --
• Země / region
  --
• Hlavní průmysl
  --
• hlavní produkt
  --
• Podniková právnická osoba
  --
• Celkem zaměstnanců
  --
• Roční výstupní hodnota
  --
• Exportní trh
  --
• Spolupracovali zákazníci
  --