모터 제어를 위한 고전류 PCB 최적화

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고전류 PCB

지능형 전자 장치로 전기 드라이브 및 전원 공급 장치의 전류를 제어하려는 경우, 전력과 마이크로일렉트로닉스 사이의 균형을 마스터해야 합니다.. 이 기사에서는 최대 전류에 적합한 독특하고 다양한 고전류 PCB 기술의 다양한 변형에 대해 설명합니다. 1,000 ㅏ. 이 기술의 핵심은 SMD 및 기타 전원 구성 요소에 접촉하기 위해 표면에서 돌출된 내장형 구리 바입니다..

한편으로는 고전류 도체와 다른 한편으로는 전자 부품 사이의 간격을 좁히기 위해, 여러 케이블, 장착 재료, 일반적으로 인터포저가 필요합니다., 특히 SMD가 제공되는 경우. 목표는 인쇄 회로 기판에 버스바를 통합하여 시스템의 구성 및 조립 노력을 줄이고 전자 제어는 물론 구동 및 공급 전류를 결합하는 것입니다..

전력 애플리케이션용으로 설계된 여러 회로 기판 기술이 있습니다.. 여기에는 최대 구리층 두께가 증가된 다중층이 포함됩니다. 400 마이크로미터, 더 높은 레이어에서 수평을 맞출 수 있는. 게다가, 구리 단면적의 선택적 증가에 의존하는 여러 기술이 제공됩니다., 빙산 기술과 같은, 와이어 레이드 기술 및 두꺼운 구리 라미네이트의 부분 매립.

드라이브 기술: 모터 제어를 위한 고전류 PCB 최적화

이 기사에서는 고전류 회로 기판을 위한 세 가지 PCB 기술을 비교합니다.: 후막, 빙산, 및 HSMtec. PCB 토폴로지 및 PCB 설계는 전력 반도체의 전류 전달 용량 및 방열에 영향을 미칩니다..

FR4 회로 기판의 논리 신호용 부하 회로와 미세 도체를 결합하는 데 적합한 기술을 사용할 수 있습니다.. 별도의 보드를 사용하여 공간을 절약하고 기존 연결 기술을 피할 수 있습니다., 모터 제어의 신뢰성을 높이는. PCB 개발자는 자신의 작업에 따라 전력 반도체의 전류 전달 용량과 방열을 최적화할 수 있습니다..

인쇄 회로 기판의 관점에서, 드라이브 전자 장치의 사양은 다섯 가지로 요약할 수 있습니다.: 1) 높은 통합 밀도, 2) 전자 어셈블리의 신뢰성, 3) 빠른 방열, 4) 제어 전자 장치와 결합된 고전류 및 5) 시스템 비용 절감, 예를 들어. SMD 구성 요소로 전환하여, 더 적은 수의 부품 또는 조립 공정.

스마트 솔루션은 전원 섹션과 제어 전자 장치를 결합하는 것입니다., 즉. 부하 회로 및 제어 논리, 하나의 회로 기판에 두 개의 회로 기판 대신. 하나, 이것은 고전류 도체에 대해 큰 도체 단면과 큰 절연 거리를 필요로 합니다., 동시에, 하나의 동일한 보드에서 제어하기 위한 미세 도체 구조. 이것은 값비싼 플러그 연결을 제거합니다, 케이블, 및 부스바, 신뢰성을 제한하는 조립 단계 및 위험. PCB 전문업체인 KSG는 이를 위한 3가지 기술을 보유하고 있습니다.: 두꺼운 구리, 빙산과 HSMtec 기술. 세 가지 공정 모두 표준 모재 FR4를 사용합니다..

고전류 PCB와의 안전한 접촉

이 모든 기술에는 공통점이 있습니다: 일반적으로 고전류 PCB 보드의 레이어와 표면 실장 구성 요소 또는 나사 연결을 위한 연결 사이에 충분한 단면적이 없습니다.. 비아는 원하는 크기의 전류에 대한 병목 현상을 형성합니다.. 그리고 압입 플러그, 나사, 클램프는 또한 레이어와의 안정적인 접촉을 보장하지 않습니다.. 연결부의 깨끗한 납땜만이 구성요소에서 모든 층으로의 연속적인 연결을 형성합니다.. 여기, 하나, 더 높은 총 구리 두께, 더 위험한 것은 땜납 침투입니다.

대조적으로, 디자인에 상관없이, 고전류 회로 기판은 최대 도체 단면적을 가진 구성 요소 및 연결에 접촉합니다. (그림 2 이하). 이런 식으로, SM 및 THT 구성 요소는 결합된 전력 반도체와 결합할 수 있습니다., 현재 경로에 병목 현상이 없는 압입 접점 및 나사 연결. 동시에, 버스 바는 방열판 역할을합니다.. 구성 요소는 이 열 덩어리와 직접 접촉하므로 최적으로 냉각됩니다..

설계, 생산, 및 고전류 PCB 가공

전기 공학에서 알려진 기존 부스바와 비교, 개별 모양의 구리 부품은 고전류 회로 기판에 사용됩니다.. 구리 부품의 모양과 위치를 자유롭게 정의할 수 있습니다.. 이를 통해 레이아웃 설계자는 최적화된 열 및 전기 기능을 갖춘 소형 모듈이 생성되는 방식으로 구성 요소와 연결을 자유롭게 배치할 수 있습니다..

각 고전류 프로젝트에는 고유 한 특성이 있기 때문에, 일반적인 디자인 규칙을 정하기 어렵다. 구리 부품 및 절연 바의 크기와 모양에 따라, 각 프로젝트의 설계 한계를 확인해야 합니다.. 가이드라인 값은 설계에 대한 대략적인 가이드를 제공합니다..

고전류 PCB 회로 기판 제조, 구리 부품이 먼저 제조됩니다.. 크기에 따라, 모양, 및 부품 수, 이것은 에칭에 의해 수행됩니다, 밀링 또는 펀칭. 구리 부품을 미리 밀링된 프레임에 넣은 다음 프리프레그 및 기타 레이어로 압착합니다..

고전류 PCB의 한 가지 장점은. 부스바가 내장되어 있기 때문에, 고전류 회로 기판 – 무게와 별개로 – 다른 회로 기판과 외부적으로 구분할 수 없습니다.. 프로파일이 더 높은 열 질량으로 설정된 경우 기존 SMD 공정에서 처리할 수 있습니다.. 경험에 따르면 이러한 납땜 프로세스를 잘 마스터할 수 있습니다.. 고전류 레일과 직접 접촉하는 부품에 대한 수리 공정, 반면에, 기존의 평면 어셈블리보다 더 복잡합니다..

고전류 PCB의 기술 변형

가능한 변형을 고려할 때 고전류 PCB 보드의 전체 잠재력이 명확해집니다..

이 기술은 구리 부품이 표면에 도달하고 TOP의 다른 패드와 같은 높이로 형성되는 경우 가장 큰 이점을 제공합니다. / 또는 봇 (무화과. 1). 이를 통해 조정 없이 후속 페이스트 인쇄 및 조립 공정에서 추가로 처리할 수 있는 완전히 평평한 회로 기판을 얻을 수 있습니다.. 케이블 러그, 모듈, 나사식 구성 요소는 고전류 위치에 더 쉽게 연결할 수 있습니다..

다른 버전의 기술에서, 고전류 층은 회로 기판의 가장자리에서 측면으로 돌출. 이 접점은 플러그로 직접 사용하거나 기존 버스바의 끝과 같이 접촉할 수 있습니다..

고전류 PCB 회로 기판의 다음 두 가지 변형은 냉각 구성 요소보다 고전류를 목표로 합니다..

구리 부품에 SMD 연결 표면이 위아래로 모두 있는 경우, 그들은 기존의 인쇄 회로 기판 인레이처럼 작동합니다., 전력 부품의 열을 TOP에서 BOT으로 전도하기 위해 인쇄 회로 기판의 컷아웃으로 눌러집니다.. 내장된 구리 부품 (무화과. 9) 기존 인레이와 달리 회로기판에 기계적 스트레스가 없어 제조 및 가공 공정에서 신뢰성이 높습니다.. 게다가, 패드의 크기와 위치는 서로 독립적으로 선택할 수 있습니다.. 별도의 노력 없이 전기 연결도 가능.

고전류 PCB 보드의 마지막 변형은 단면 버전입니다. (피규어 10 과 11). 여기, 얇은 절연층의 절연체를 통해 돌출된 구리 시트의 융기 패드, SMD 히트싱크가 해당 구성 요소 연결부에 접촉할 때 직접 접촉하기 위해. IMS로 만든 알루미늄 기판과 달리, 이 버전에는 절연층이 없습니다, 훨씬 더 높은 전력이 여기에서 소산될 수 있도록. 이러한 구조가 사용됩니다., 다른 것들 사이, 고성능 LED용 10 여.

고전류 회로 기판으로, 모코테크놀로지 또 다른 중요한 구성 요소로 열 관리 분야의 기술 범위를 확장하고 있습니다.:

솔리드 구리는 회로 기판에 내장되어 있으며 표면에 도달하는 SMD 패드에 직접 장착할 수 있습니다..

SMD 고전류 회로 기판의 구조

고전류 회로 기판은 다른 조립 및 연결 기술과도 접촉할 수 있습니다.:

고전류 PCB

– 리플로/웨이브 솔더링 SMD / THT- 알루미늄 와이어 본딩
– 나사: 작은 구멍 / 나사 구멍
– 외부 레이어의 막힌 구멍
– 압입 기술 고전류 커넥터

많은 경우에, 고전류 PCB 생산을 위한 추가 노력은 부분적으로는 특별히 구현된 제조 공정을 통해 부분적으로는 표준 공정의 최적화된 공정 제어를 통해 줄일 수 있습니다..

두꺼운 구리 PCB는 전력 손실을 수평으로 분배합니다.

두꺼운 구리 기술은 수년간 시장에 확립되어 대량으로 생산됩니다.. PCB 산업은 일반적으로 ≥105 µm의 구리 구조에 두꺼운 구리를 사용합니다.. 두꺼운 구리 도체는 전력 구성 요소 및/또는 고전류 전송의 고전력 손실에 대한 더 나은 수평 열 분포를 제공하고 고전류 PCB 애플리케이션에서 버스바용 스탬프 및 구부러진 구조를 대체합니다.. 최대 4개의 내부 레이어 포함, 각각 400 ㎛ 구리, 수백 암페어의 전류 전달 용량이 가능합니다.. 이상적으로, 두꺼운 구리 도체는 내부 레이어에 있습니다..

레이아웃 변경에 대한 유연성, 컴팩트한 디자인, PCB 산업의 표준 공정뿐만 아니라 간단한 가공/조립 및 비교적 낮은 변경 비용은 두꺼운 구리 PCB를 선호합니다.. 두꺼운 구리 회로 기판의 공정 단계는 기존 회로 기판의 표준 처리량과 크게 다르지 않지만, 생산에는 특별한 공정 경험과 관리가 필요합니다. 두꺼운 구리 회로 기판이 에칭 라인에 남아 있습니다. 10 ...에 15 시간이 더 오래 걸리고 일반적인 에칭 프로파일이 있습니다.. 두꺼운 구리 회로 기판의 에칭 및 드릴링 공정은 회로도의 설계 규칙을 결정하며 반드시 준수해야 합니다.. PCB 제조업체에는 비용 및 프로세스 최적화 레이어 구성 및 설계 규칙에 대한 제안 목록이 있습니다..

알아야 할 중요: 기본 구리 클래딩이 ≥105 µm인 FR4 라미네이트는 구리 함량이 높기 때문에 더 비쌉니다.. 양면에 라미네이팅 된 표준 라미네이트에 비해 18 ㎛, 재료 비용 요소가 주변에 있습니다. 1: 8 ...에 1:10. PCB 개발자는 최대 재료 활용에 주의를 기울여야 합니다.. PCB 제조업체와의 조기 조정은 비용을 크게 줄이는 데 도움이 됩니다.. 소형화에 대해, 두꺼운 구리 기술은 제한적입니다.. 강한 언더컷으로 인해, 상대적으로 거친 구조만 만들 수 있습니다.. 또 다른 한계: 두꺼운 구리 도체와 동일한 배선 레벨에서 미세 신호 배선이 불가능합니다..

빙산: 균일한 표면 지형을 위해

배선 수준에서, 있는 지역이 있습니다 70 ...에 100 논리 및 영역에 대한 µm 구리 400 부하에 대한 µm 구리. 두꺼운 구리는 회로 기판에 크게 침몰. 이것은 전체 도체 패턴에 걸쳐 균일한 표면 지형을 생성합니다.. 빙산 원리는 내부 층의 두꺼운 구리와 결합될 수도 있습니다..

3분의 2를 임베딩 400 기본 재료의 µm 두께 구리 영역은 평면 인쇄 회로 기판 표면을 생성합니다.. 이점: 단 한 번의 주조 공정으로 도체 측면을 솔더 마스크로 확실하게 덮을 수 있음. 후속 조립 공정이 한 수준에서 가능합니다.. 빙산 구조는 전력 구성 요소의 방열판으로도 적합하며 도금된 관통 구멍과 결합할 수 있습니다. (방법) 열 관리를 최적화하기 위해.

HSMtec: 내부 및 외부 레이어의 구리 요소
회로 기판에서 부하와 로직을 결합하는 또 다른 방법은 HSMtec입니다.. 여기, 대용량 구리 요소는 고전류가 흐르는 지점에서 FR4 다층의 내부 층과 외부 층 아래에 ​​선택적으로 설치됩니다., 에칭된 도체 패턴의 베이스 구리에 초음파 접합. 레이어를 누른 후, 구리 프로파일은 다층의 외부 층 및/또는 내부 층 아래에 ​​위치합니다.. 나머지 회로 기판은 영향을 받지 않습니다..

다층은 표준 제조 공정으로 제조되며 일반적인 조립 및 납땜 공정에서 추가 처리됩니다.. 이 구조로, 기계의 절연 강도 및 절연 등급에 대한 전기 사양은 물론 차량의 제한된 설치 공간으로 까다로운 온도 조건을 충족할 수 있습니다..

다층 내부의 단단한 구리 프로파일도 3차원 구조를 가능하게 합니다.. 구리 프로파일에 수직인 노치 밀링으로 회로 기판의 세그먼트를 최대로 구부릴 수 있습니다. 90 °. 이런 식으로, 설치 공간을 교묘하게 사용하고 높은 전류와 열이 굽힘 가장자리를 통해 전달됩니다.. 구조는 2차원 회로 기판으로 배치됩니다., 패널에서 제조 및 조립. 모듈을 조립 또는 조립한 후, 회로 기판이 3차원 모양으로 구부러져 있습니다..

소프트웨어는 고전류 도체 트랙의 치수 측정에서 개발자를 지원합니다.. 현재 및 온도와 같은 몇 가지 항목만으로, 계산기는 HSMtec 및 70 과 105 µm 구리 클래딩.

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윌은 전자 부품에 능숙합니다., PCB 생산 공정 및 조립 기술, 생산 감독 및 품질 관리에 대한 광범위한 경험을 보유하고 있습니다.. 품질 확보를 전제로, Will은 고객에게 가장 효과적인 생산 솔루션을 제공합니다..
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