Produk elektronik terus bergerak menuju daya tinggi dan kinerja tinggi. Mulai dari sistem pengisian daya untuk kendaraan listrik hingga-modul daya berdaya tinggi untuk peralatan industri, aplikasi elektronik-berdaya tinggi telah memberikan tuntutan yang ketat pada daya dukung sirkuit saat ini. Papan PCB tembaga tebal telah menjadi dukungan teknis utama untuk memenuhi persyaratan ini karena karakteristik pembawa arusnya yang sangat baik.
Definisi dan kelebihanpapan PCB tembaga tebal
Papan PCB tembaga tebal biasanya mengacu pada papan PCB dengan ketebalan foil tembaga lebih besar dari 1oz konvensional (sekitar 35 μm). Ketebalan umum termasuk 2oz (sekitar 70 μm), 3oz (sekitar 105 μm), 4oz (sekitar 140 μm), dll. Dibandingkan dengan papan PCB biasa, papan PCB tembaga tebal memiliki keunggulan signifikan dalam daya dukung arus. Menurut Hukum Ohm, panas yang dihasilkan ketika arus melewati suatu konduktor sebanding dengan resistansinya, sedangkan resistansi berbanding terbalik dengan luas penampang konduktor. Papan PCB tembaga yang tebal, berkat foil tembaga yang lebih tebal dan luas penampang konduktor yang lebih besar, telah mengurangi resistansi secara signifikan dan dapat membawa arus yang lebih besar, sehingga secara efektif mengurangi hilangnya daya dan fenomena pemanasan pada sirkuit.
Faktor kunci yang mempengaruhi daya dukung saat ini
Ketebalan foil tembaga: Ketebalan foil tembaga adalah faktor inti yang menentukan daya dukung arus. Standar IPC-2221 memberikan rumus empiris untuk menghitung daya dukung arus jejak PCB di lingkungan standar (suhu sekitar 25 derajat C, kenaikan suhu maksimum 10 derajat C): I=k × (Wb × Tc), dengan I adalah arus maksimum yang diijinkan, W adalah lebar kawat, T adalah ketebalan tembaga, dan k, b, dan c adalah konstanta empiris (tergantung apakah itu lapisan dalam atau luar). Dapat dilihat dengan jelas dari rumus bahwa, dalam kondisi konstan lainnya, peningkatan ketebalan lapisan tembaga secara signifikan meningkatkan daya dukung arus. Misalnya, ketebalan tembaga 1oz biasanya dapat mengalirkan arus sekitar 1A/mm, sedangkan ketebalan tembaga 2oz secara signifikan meningkatkan daya dukung arusnya.
Lebar kawat: Lebar kawat juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap daya dukung arus. Kawat yang lebih lebar dapat memberikan jalur arus yang lebih besar, mengurangi kepadatan arus, dan meminimalkan timbulnya panas. Dalam teknik praktis, seiring bertambahnya lebar kawat, daya dukung arus PCB meningkat, tetapi ini tidak sepenuhnya merupakan peningkatan linier, tetapi peningkatan tersebut secara bertahap menurun. Misalnya, di bawah kenaikan suhu 10 derajat C, papan sirkuit dengan ketebalan 1 ons tembaga dan lebar kawat 100mil (2,5 mm) dapat mengalirkan arus 4,5A. Ketika lebar kawat semakin bertambah, kecepatan peningkatan daya dukung arus melambat.
Suhu lingkungan dan kondisi pembuangan panas: Dampak suhu lingkungan dan kondisi pembuangan panas terhadap daya dukung arus papan PCB tembaga tebal tidak dapat diabaikan. Ketika suhu lingkungan meningkat, resistivitas listrik tembaga meningkat, resistansi saluran meningkat, dan lebih banyak panas dihasilkan pada arus yang sama. Kondisi pembuangan panas yang baik, seperti menambahkan heat sink, menggunakan pendingin udara paksa atau pendingin cair, dapat secara efektif mengurangi suhu papan PCB dan meningkatkan daya dukungnya saat ini. Misalnya, pada perangkat elektronik berdaya tinggi, memasang heat sink dengan area besar pada papan PCB tembaga tebal dan menggunakan kipas untuk pendinginan udara paksa dapat secara signifikan meningkatkan daya dukung arus di lingkungan bersuhu tinggi dan memastikan pengoperasian peralatan yang stabil.
Perhitungan dan evaluasi daya dukung saat ini
Perhitungan berdasarkan rumus standar: Seperti disebutkan sebelumnya dalam rumus standar IPC-2221, dengan diketahui ketebalan foil tembaga, lebar kawat, dan penentuan apakah papan sirkuit merupakan lapisan dalam atau luar, daya dukung arus dapat diperkirakan terlebih dahulu. Namun rumus ini diturunkan berdasarkan lingkungan standar tertentu, dan dalam penerapan praktis, hasil perhitungan perlu disesuaikan berdasarkan faktor-faktor seperti suhu lingkungan dan kondisi pembuangan panas.
Analisis simulasi: Perangkat lunak otomasi desain elektronik profesional dapat digunakan untuk mensimulasikan situasi pengangkutan papan PCB tembaga tebal saat ini. Dengan membuat model papan sirkuit yang akurat dan mengatur parameter seperti arus, suhu, dan pembuangan panas dalam kondisi kerja aktual, perangkat lunak dapat secara intuitif menampilkan distribusi arus pada papan PCB, perubahan suhu di berbagai bagian, dan area hotspot potensial, memberikan dukungan data yang lebih akurat dan terperinci untuk mengevaluasi daya dukung arus.
Pengujian dan verifikasi aktual: Selama proses pengembangan produk, pembuatan sampel dan melakukan pengujian aktual merupakan langkah penting dalam memverifikasi daya dukung saat ini. Dengan menerapkan tingkat arus yang berbeda ke sampel, memantau parameter seperti perubahan suhu dan penurunan tegangan rangkaian papan PCB, membandingkannya dengan perhitungan teoritis dan hasil simulasi, selanjutnya mengoptimalkan desain untuk memastikan bahwa papan PCB tembaga tebal dapat memenuhi persyaratan pembawa arus dalam aplikasi praktis.
Performa pembawaan saat ini dalam skenario aplikasi
Peralatan elektronik daya: Papan PCB tembaga tebal berperan penting dalam-peralatan elektronik berdaya tinggi seperti inverter daya dan stasiun pengisian kendaraan listrik. Ambil contoh stasiun pengisian kendaraan listrik, daya pengisiannya terus meningkat, dari beberapa kilowatt di masa-masa awal menjadi puluhan kilowatt atau bahkan lebih tinggi saat ini. Untuk memastikan transmisi arus tinggi yang stabil dan efisien, rangkaian daya di dalam stasiun pengisian biasanya menggunakan papan PCB tembaga tebal. Jika papan PCB tembaga setebal 4oz digunakan, dikombinasikan dengan desain kabel yang masuk akal, papan tersebut dapat dengan mudah membawa arus pengisian ratusan ampere, memastikan bahwa stasiun pengisian dapat mengisi daya kendaraan listrik dengan cepat dan andal.
Kontrol dan Otomasi Industri: Penggerak motor berdaya tinggi, konverter frekuensi, dan peralatan lainnya di lingkungan industri memerlukan keandalan yang tinggi karena arus pengoperasiannya yang besar. Papan PCB tembaga tebal, dengan daya dukung arus yang tinggi dan kekuatan mekanik yang baik, dapat beroperasi secara stabil di lingkungan industri yang kompleks. Dalam sistem penggerak motor besar, penggunaan papan PCB tembaga tebal sebagai sirkuit kontrol dan sirkuit transmisi daya dapat secara efektif mengurangi kegagalan saluran yang disebabkan oleh arus berlebih, meningkatkan stabilitas peralatan, dan efisiensi produksi.
Sistem tenaga stasiun pangkalan komunikasi: Dengan mempopulerkan teknologi komunikasi 5G, kebutuhan daya stasiun pangkalan komunikasi telah meningkat secara signifikan. Sistem tenaga stasiun pangkalan memerlukan papan PCB yang mampu mengalirkan arus tinggi untuk memastikan pasokan daya yang stabil. Penerapan papan PCB tembaga tebal dalam modul daya stasiun pangkalan komunikasi dapat memenuhi persyaratan pengangkutan arus yang tinggi, sementara kinerja pembuangan panas yang baik membantu mengurangi suhu peralatan, meningkatkan keandalan dan masa pakai sistem tenaga, dan memastikan pengoperasian stasiun pangkalan komunikasi 24 jam tanpa gangguan.
Poin-poin penting dari desain pembawa arus untuk papan PCB tembaga tebal
Perencanaan pengkabelan yang masuk akal: Saat merancang papan PCB tembaga tebal, panjang rangkaian arus tinggi harus dipersingkat sebanyak mungkin untuk mengurangi resistansi dan induktansi rangkaian. Pada saat yang sama, hindari tikungan tajam atau kemacetan sempit pada saluran untuk memastikan aliran arus lancar. Saat menggunakan desain papan multi-lapisan, penting untuk mengalokasikan daya dan lapisan tanah secara wajar, mengoptimalkan jalur arus, dan menyeimbangkan distribusi arus.
Tingkatkan jumlah lubang tembus: Pada papan PCB tembaga tebal multi-lapisan, lubang tembus adalah saluran utama untuk menghubungkan berbagai lapisan foil tembaga. Meningkatkan jumlah vias secara wajar dapat secara efektif mengurangi hambatan transmisi arus antar lapisan, menyeimbangkan distribusi arus, dan mengurangi masalah kepadatan arus lokal yang berlebihan. Misalnya, di area perutean arus tinggi, pengaturan beberapa vias secara berkala untuk membentuk susunan via dapat meningkatkan daya dukung arus secara signifikan.