Rol van PCB's in elektrische voertuigen | JH PCBA

Zware koperen printplaten

De auto-industrie maakt al enige tijd gebruik van zware koperen printplaten, vooral in relais- en zekeringkasten. Met de toename van het elektrisch vermogen in veel toepassingen beleeft deze technologie een opleving. Het gebruik van zware koperlagen als stroomleidingen heeft als bijkomend voordeel dat de parasitaire inductie wordt verminderd, omdat het mogelijk is om de geleiders in meerlaagse platen boven elkaar te stapelen. PCB-fabrikanten realiseren vaak maximaal vier lagen met 12 oz koper in de binnenlagen, wat leidt tot een potentieel draagvermogen van meer dan 1000 A. Terwijl de binnenlagen 400 µm dik zijn, moeten fabrikanten het zware koper in de buitenlagen onder de 150 µm houden. µm. Indien dit niet wordt gedaan, zijn extra inspanningen nodig voor het soldeermaskerproces om een ​​adequate elektrische isolatie te verschaffen.

Power Combi-Board

Zware kopertechnologie heeft een nadeel. Het is niet mogelijk om structuren met een fijne steek samen met zwaar koper te etsen. Daarom is het in de meeste vermogenselektronicasystemen gebruikelijk om een ​​afzonderlijke besturingskaart te hebben met een normale koperdikte voor montage met opbouwmontagetechnologie, en een eindtrap met een zwaar koperontwerp. Hiervoor is een installatieruimte nodig met voldoende ruimte om beide kaarten te huisvesten, inclusief eventuele connectoren die ze met elkaar verbinden.

PCB-fabrikanten hebben het power-combibord ontwikkeld om aan de eisen van beide in één structuur te voldoen. Ze plaatsen zwaar koper in de binnenlagen naast de standaard koperconstructie. Een gemeenschappelijke buitenlaag met SMT-compatibele koperdikte dient om de elektrische verbinding voor het hele bord te verzorgen.

De isolatielaag tussen de zware koperlagen fungeert echter als barrière voor een optimale warmteoverdracht in de z-as. Omdat PCB-technologie van zwaar koper nuttig is voor het beheersen van hoge stromen, vereist een goede warmteafvoer andere technologieën, zoals geïsoleerde metalen substraten en inlegtechnologie.

Geïsoleerd metalen substraat 

Een geïsoleerd metalen substraat bestaat voornamelijk uit een metalen koellichaam en heeft een dunne isolatielaag die de enkele koperlaag aan de bovenkant scheidt van het metalen koellichaam. Deze constructie is erg handig voor eenvoudige ontwerpen met veel warmtegenererende componenten. Voor complexere ontwerpen is het echter mogelijk dat een enkele laagroutering niet voldoende is en dat er meer dan één laag nodig kan zijn.

De meeste geïsoleerde metalen substraatontwerpen gebruiken aluminium als koellichaam. Dit vermindert het gewicht, maar introduceert een hoge CTE, waardoor de betrouwbaarheid van het ontwerp afneemt. Om de betrouwbaarheid te verbeteren, gebruiken ontwerpers koper als materiaal voor het koellichaam. Dit helpt ook om de thermische capaciteit van de plaat te verbeteren.

Inlegtechnologie

Warmte moet op de kortst mogelijke manier van een heet onderdeel naar het koellichaam reizen, omdat dit de thermische weerstand minimaliseert. In de meeste gevallen verplaatst de warmte zich in de z-as, beginnend bij de hete component in de geassembleerde bovenzijde van de printplaat, en gaat door het bord voordat het het koellichaam aan de onderkant van het bord bereikt.

In plaats van een koellichaam te repareren, lamineren PCB-fabrikanten nu een massieve koperen inleg in de PCB. Dit vermindert de thermische weerstand aanzienlijk. Naast het gebruik van de inleg als afvoerput voor warmte, is het ook mogelijk om de inleg te gebruiken voor het geleiden van hoge stromen, omdat de ohmse weerstand laag is.

Chip-inbeddingstechnologie

Conventionele technologieën stuiten echter op beperkingen bij installatie in beperkte en besloten ruimtes, vooral wanneer de vermogensdichtheid hoog is. Om ruimte te besparen hebben PCB-fabrikanten miniaturisatie nodig, en ze bereiken dit door een aantal componenten in het bord te installeren, in plaats van ze op het buitenoppervlak te monteren.

Om de warmteafvoer van een heet onderdeel in de printplaat naar het koellichaam te verbeteren, moeten fabrikanten een vermogenshalfgeleider met een leadframe gebruiken. Dit werkt als een warmteverspreider, waardoor de thermische weerstand aanzienlijk wordt verminderd. Een zware koperlaag aan de bovenkant helpt bij het verbinden van de contacten met behulp van micro-via's gevuld met koper in plaats van verbindingsdraden die de conventionele voedingsmodules gebruiken. Deze technologie helpt niet alleen bij de warmteafvoer, maar verbetert ook veel elektrische parameters, zoals:

Weerstand op staatsniveau:

Door het inbedden van chips worden verbindingsdraden en de bijbehorende pakketweerstand vrijwel geëlimineerd. De exacte weerstandswaarde in de toestand hangt echter af van de generatie van de halfgeleidertechnologie, de spanningsklasse en het type behuizing.

Thermische weerstand:

Het leadframe zorgt voor een uitstekende warmtespreiding, waardoor de thermische weerstand van het systeem aanzienlijk wordt verbeterd. Bovendien verbetert de thermische capaciteit van het leadframe ook de robuustheid van het apparaat en de thermische impedantie ervan.

Schakelprestaties:

De bovenkant van de chip heeft een vrijwel vlakke verbinding met de via's, waardoor een zeer lage parasitaire inductantiewaarde wordt bereikt. Dit leidt ook tot zeer korte afstanden tussen de vermogenshalfgeleider en de DC-tussenkringcondensatoren. Het netto-effect van het bovenstaande maakt sneller schakelen mogelijk met aanzienlijk lagere verliezen. Dit geldt vooral voor moderne snel schakelende technologieën die gebruik maken van SiC- en GaN-halfgeleiders.

Miniaturisatie:

Huidige en toekomstige toepassingen hebben vaak een reductie van de vormfactor nodig, terwijl ze extra functionaliteit moeten bieden. Het inbedden van chips helpt bij het besparen van waardevolle ruimte op PCB-niveau.

Hogere betrouwbaarheid:

Het vervangen van keramiek of verbindingsdraden helpt de betrouwbaarheid van het systeem aanzienlijk te verbeteren. Uit power cycling-tests met een temperatuurverschil van 120 K op borden met ingebouwde technologie bleek bijvoorbeeld dat ze meer dan 700.000 actieve cycli konden doorstaan.

Kostenbesparing:

Door middel van chip-embedded technologie zijn aanzienlijke kostenbesparingen mogelijk. Dit komt door algemene ruimtebesparingen, ingebouwde isolatie, lagere EMC-problemen, kleinere passieve componenten, voedingscomponenten die een kleiner chipoppervlak vereisen, geoptimaliseerde koeling en de besparing op kabels en connectoren.

Handig voor halfgeleiders met brede bandafstand en hoogspanning

Chip-inbeddingstechnologieën voor PCB's verbeteren de prestaties van vermogenselektronische toepassingen. Deze nieuwe technologie heeft een zeer lage parasitaire inductie, waardoor schakelen met laag verlies bij hoge frequenties wordt ondersteund. Dit is zeer wenselijk bij het gebruik van halfgeleiders met een grote bandafstand en voor de volgende generatie auto-aandrijvingen die gebruik maken van SiC- en GaN-apparaten.

De ingebouwde isolatie helpt bij het direct monteren van Smart Pack-componenten op het koellichaam. Afhankelijk van de vereisten kan het TIM, oftewel het thermische interfacemateriaal, elektrisch geleidend of niet-geleidend zijn.

Stroomdetectie met behulp van shunts is een gangbare praktijk. Fabrikanten gebruiken shunts voor het meten van fasestromen in elektrische motoren in elektrische voertuigen. Shunts zijn, omdat ze relatief grote componenten zijn, goede kandidaten voor miniaturisatie-inspanningen. Door het inbedden van een shunt als Smart Pack-component wordt de warmteafvoer dramatisch verbeterd. Dit vergroot de mogelijkheid om shunts te gebruiken voor het meten van stromen tot 300 A. Om de betrouwbaarheid te verbeteren, vervangen fabrikanten de soldeerverbindingen aan de shunt en het bordcircuit door micro-via's.

Conclusie

Volgens PCB Trace Technologies Inc ondersteunen nieuwe PCB-technologieën elektrische voertuigen op veel manieren. Ze minimaliseren niet alleen de vormfactoren, maar verhogen ook de systeemprestaties en betrouwbaarheid door de kosten op systeemniveau te verlagen. Het inbedden van een elektronisch vermogensapparaat in de PCB helpt de conventionele voedingsmodule te vervangen, de systeemprestaties en de betrouwbaarheid ervan aanzienlijk te verbeteren. Dit is niet alleen nuttig voor laagspanningstoepassingen, maar ook voor hoog stroomverbruik, evenals voor hoogspanningstoepassingen met apparaten met een grote bandafstand.

• Opgericht in het jaar
  --
• Soort bedrijf
  --
• Land / regio
  --
• Hoofdindustrie
  --
• hoofd producten
  --
• Enterprise Juridische persoon
  --
• Totaal werknemers
  --
• Jaarlijkse uitvoerwaarde
  --
• Exportmarkt
  --
• Medewerkte klanten
  --