Rolle af PCB i elektriske køretøjer | JH PCBA

Tunge kobber PCB'er

Bilindustrien har brugt tunge kobber-PCB'er i nogen tid, mest i relæ- og sikringsbokse. Med stigningen i elektrisk strøm i mange applikationer oplever denne teknologi en genoplivning. Brug af tunge kobberlag som kraftledninger har den yderligere fordel, at det reducerer parasitinduktansen, da det er muligt at stable lederne over hinanden i flerlagstavler. PCB-producenter realiserer ofte op til fire lag med 12 oz kobber i de indre lag, hvilket fører til en potentiel bæreevne på mere end 1000 A. Mens de indre lag er 400 µm tykke, skal producenterne holde det tunge kobber i de ydre lag under 150 µm. Hvis dette ikke gøres, kræver det yderligere indsats for loddemaskeprocessen for at give en tilstrækkelig elektrisk isolering.

Power Combi-board

Tung kobberteknologi har en ulempe. Det er ikke muligt at ætse strukturer med finpitch sammen med tungt kobber. Derfor er det i de fleste effektelektroniksystemer sædvanligt at have et adskilt styrekort med almindelig kobbertykkelse til montering med overflademonteringsteknologi og et effekttrin med kraftig kobberdesign. Dette kræver et installationsrum med tilstrækkeligt areal til at være vært for begge boards, inklusive eventuelle stik, der forbinder dem.

PCB-producenter har udviklet power combi-boardet for at opfylde kravene til begge i én struktur. De installerer tungt kobber i de indre lag sammen med standard kobberkonstruktionen. Et fælles ydre lag, der bruger SMT-kompatibel kobbertykkelse, tjener til at give den elektriske forbindelse til hele brættet.

Det isolerende lag mellem de tunge kobberlag fungerer dog som en barriere for optimal varmeoverførsel i z-aksen. Da tung kobber PCB-teknologi er nyttig til at håndtere høje strømme, kræver korrekt varmeafledning andre teknologier såsom isolerede metalsubstrater og inlay-teknologi.

Isoleret metalunderlag 

Bestående hovedsageligt af en metalkøleplade, har et isoleret metalsubstrat et tyndt isoleringslag, der adskiller det enkelte kobberlag på toppen fra metalkølelegemet. Denne konstruktion er meget nyttig til simple designs, der er vært for mange varmegenererende komponenter. For mere komplekse designs er en enkeltlags routing muligvis ikke tilstrækkelig, og mere end ét lag kan være nødvendigt.

De fleste isolerede metalsubstratdesigns bruger aluminium som køleplade. Dette reducerer vægten, men introducerer høj CTE, hvilket mindsker pålideligheden af ​​designet. For at forbedre pålideligheden bruger designere kobber som køleplademateriale. Dette er også med til at forbedre brættets termiske kapacitet.

Indlægsteknologi

Varme skal gå fra en varm komponent til kølepladen på kortest mulig måde, da dette minimerer den termiske modstand. I de fleste tilfælde bevæger varmen sig i z-aksen, startende fra den varme komponent i den samlede overside af printkortet, der passerer gennem pladen, før den når kølepladen i bunden af ​​pladen.

I stedet for at fikse en køleplade, laminerer PCB-producenter nu et massivt kobberindlæg i printkortet. Dette reducerer den termiske modstand væsentligt. Udover at bruge indlægget som en vask til afledning af varme, er det også muligt at bruge indlægget til at føre høje strømme, da dets ohmske modstand er lav.

Chip-indlejringsteknologi

Konventionelle teknologier støder dog på begrænsninger, når de installeres i begrænsede og lukkede rum, især når strømtætheden er høj. For at spare plads kræver PCB-producenter miniaturisering, og de opnår dette ved at installere nogle komponenter inde i kortet i stedet for at montere dem på dets ydre overflade.

For at forbedre varmeafledningen fra en varm komponent inde i printkortet til kølepladen skal producenterne bruge en effekthalvleder med en blyramme. Dette fungerer som en varmespreder, hvilket reducerer den termiske modstand betydeligt. Et tungt kobberlag i toppen hjælper med at forbinde kontakterne ved hjælp af mikroviaer fyldt med kobber i stedet for bindingstråde, som de konventionelle strømmoduler bruger. Denne teknologi hjælper ikke kun med varmeafledning, men forbedrer også mange elektriske parametre som:

Modstand i staten:

Chip-indlejring eliminerer praktisk talt bindingstråde og den tilhørende pakkemodstand. Den nøjagtige on-state modstandsværdi afhænger dog af genereringen af ​​halvlederteknologien, dens spændingsklasse og pakkens type.

Termisk modstand:

Blyrammen giver fremragende varmespredning og forbedrer derved systemets termiske modstand betydeligt. Desuden forbedrer ledningsrammens termiske kapacitet også enhedens robusthed og dens termiske impedans.

Skiftende ydeevne:

Toppen af ​​chippen har en næsten flad forbindelse med viaerne, hvorved der opnås en meget lav parasitisk induktansværdi. Dette fører også til meget korte afstande mellem effekthalvlederen og DC-link-kondensatorerne. Nettoeffekten af ​​ovenstående muliggør hurtigere skift med væsentligt lavere tab. Dette gælder især for moderne hurtigskiftende teknologier, der anvender SiC- og GaN-halvledere.

Miniaturisering:

Nuværende og fremtidige applikationer har ofte brug for en reduktion i formfaktor, mens de kræver yderligere funktionalitet. Chipindlejring hjælper med at spare værdifuld plads på PCB-niveau.

Højere pålidelighed:

Udskiftning af keramik eller bindingstråde hjælper med at forbedre systemets pålidelighed væsentligt. For eksempel viste power cycling-tests med en temperaturforskel på 120 K på boards ved hjælp af indlejret teknologi, at de var i stand til at modstå mere end 700.000 aktive cyklusser.

Omkostningsreduktion:

Betydelige omkostningsbesparelser er mulige gennem chip indlejret teknologi. Dette kommer fra overordnede pladsbesparelser, indbygget isolering, lavere EMC-problemer, mindre passive komponenter, strømkomponenter, der kræver lavere chipoverfladeareal, optimeret køling og besparelserne på kabler og stik.

Nyttig til Wide Band-Gap og højspændingshalvledere

Chip-indlejringsteknologier til PCB'er forbedrer ydeevnen af ​​kraftelektroniske applikationer. Denne nye teknologi har en meget lav parasitisk induktans og understøtter derved lav-tab switching ved høje frekvenser. Dette er yderst ønskeligt ved brug af halvledere med brede båndgab og til den næste generation af bildrev, der anvender SiC- og GaN-enheder.

Den indbyggede isolering hjælper med at samle Smart Pack-komponenter direkte på kølepladen. Afhængigt af kravet kan TIM eller termisk grænseflademateriale enten være elektrisk ledende eller ikke-ledende.

Strømmåling ved hjælp af shunts er en almindelig praksis. Producenter bruger shunts til måling af fasestrømme i elektriske motorer i elbiler. Shunter, som er relativt store komponenter, er gode kandidater til miniaturiseringsbestræbelser. Ved at indlejre en shunt som en Smart Pack-komponent forbedrer dens varmeafledning dramatisk. Dette øger muligheden for at bruge shunts til at måle strømme så høje som 300 A. For at forbedre pålideligheden udskifter producenterne loddeforbindelser til shunten og printkredsløbet med mikro-vias.

Konklusion

Ifølge PCB Trace Technologies Inc. understøtter nye PCB-teknologier elektriske køretøjer på mange måder. Ikke kun minimerer de formfaktorer, de øger systemets ydeevne og pålidelighed ved at reducere omkostningerne på systemniveau. Indlejring af en strømelektronisk enhed i printkortet er med til at erstatte det konventionelle strømmodul, forbedre systemets ydeevne og dets pålidelighed betydeligt. Dette er nyttigt ikke kun til lavspændingsapplikationer, men også til højstrømsforbrug såvel som til højspændingsapplikationer med brede båndgab-enheder.

• Året etableret
  --
• Forretnings type
  --
• Land / Region
  --
• Hovedindustrien.
  --
• Hovedprodukter
  --
• Enterprise Juridisk Person
  --
• Samlede medarbejdere.
  --
• Årlig output værdi.
  --
• Eksportmarked
  --
• Samarbejdede kunder
  --