Силові струми друкованих плат Частково товста мідна технологія; Електроніка виготовлення друкованих плат; Electronicsnet

9 листопада 2015 р., 08:17 | Альфред Гольдбахер

Численні промислові програми вимагають не тільки великої потужності, але й логіки управління на одній і тій же друкованій платі. Тут вступає в дію технологія Wirelaid, яка може використовуватися для охолодження силових компонентів, а також для мініатюризації системи.

Популярна приказка "багато що допомагає" досягає своїх меж у повсякденному житті так само, як і в технології друкованих плат. Багато міді настільки ж цінні з точки зору пропускної спроможності, як і для ефективного охолодження силових компонентів. Як вже було показано в [1], товста мідь є дорогою і на зовнішніх шарах не підходить для технології SMD.

Рис. 1. Тестова серія базується на оціночній дошці компанії Würth Elektronik, на якій силовий модуль MagI3C, що включає зовнішні схеми, досліджується на теплове навантаження за допомогою тепловізійної камери.

Тут частково товста мідна технологія Wirelaid демонструє свої переваги: більш високі поперечні перерізи міді надаються лише в тих місцях, де вони потрібні - тобто безпосередньо на силовій частині, щоб уникнути гарячих точок та збільшити надійність та термін служби компонентів. Потенціал цього варіанту конструкції показаний нижче на основі експерименту.

Суперечливі вимоги до дизайну

Конструкції сучасних силових компонентів, наприклад, силових МОП-транзисторів у корпусі D²PAK, мають великі мідні перерізи зсередини та велику центральну теплову панель зовні. Як результат, тепло, яке утворюється в корпусі на мікросхемі через втрату потужності, може розсіюватися з корпусу з найменшим можливим тепловим опором. У подальшому процесі теплового шляху теплові опори повинні бути оптимізовані, щоб забезпечити ефективне охолодження. Хороша теплова зв'язок з друкованою платою досягається за допомогою плоских пайок на контактній площадці без міхурів. Для того, щоб мати можливість розподіляти тепло звідти, знову потрібні великі перерізи міді. Однак це суперечить вимогам до тонкого провідника наземних силових компонентів та подальших схем SMD (Зображення 1).

Цей баланс вдається завдяки технології частково товстої міді Wirelaid: зварювання проводів на тильній стороні мідної фольги виявляється надзвичайно вигідним для розсіювання тепла безпосередньо під тепловою прокладкою компонента. Це означає, що в паяльній подушці немає необхідності в теплових пухирцях з усіма відомими недоліками. Цей підхід також працює з вузьким набором силових компонентів за умови, що контакти термопрокладки мають однаковий потенціал.

Стандартна друкована плата в експлуатації, малюнки 2-4

Ефект відбувається за допомогою Малюнки 2, 3 та 4 Продемонстрована записана серія випробувань: На табло оцінки, зображеному на малюнку 1, силовий компонент з номінальною втратою потужності 16,5 Вт/см² вмикається і спостерігається за допомогою тепловізійної камери. Приблизно через п’ять секунд ви можете побачити закопані дроти ліворуч і праворуч від компонента (рис. 2), оскільки вони нагріваються через розсіювання тепловтрат. Якщо експеримент продовжуватиметься до тих пір, поки він не нагріється до максимуму, на стандартній друкованій платі (рис. 3) з’явиться чітка гаряча точка. У той час як плата Wirelaid (рис. 4) показує загалом більш високий рівень температури, компонент залишається значно холоднішим: охолодження працює.

Виражене в цифрах: Температура силового компонента на 17 К нижча за заглиблених дротів охолодження Wirelaid, що відповідає продовженню терміну служби в чотири рази. Якщо компонент, що використовується в тестовій серії, експлуатується на межі специфікації, підхід Wirelaid може бути використаний для здійснення комфортного страхування життя за дуже сприятливих умов.

Економія системних витрат

Порівняно зі стандартною товстою мідною друкованою платою, плата Wirelaid також оцінює аргументи щодо конкретних витрат, і тим більше, якщо порівняння витрат проводиться на рівні системи. Андреас Шилпп, відповідальний менеджер з продуктів Wirelaid та найсучасніших продуктів Würth Elektronik, також наголошує на цьому аспекті: "Найбільший потенціал економії технології Wirelaid вступає в дію перш за все з більш складними системами".

Цей висновок можна наочно проілюструвати, якщо порівняти системні витрати багатошарової схеми з шістьма шарами та логічного модуля з цінами еквівалентної плати Wirelaid (таблиця).

Таблиця. Порівняння двох рішень показує, яку економію можна досягти завдяки конструкціям друкованих плат, реалізованих за технологією Wirelaid.

Як практичний приклад, це порівняння базується на шестишаровій багатошаровій схемі, в якій шари міді товщиною 105 мкм беруть на себе завдання, що мають високий струм. Логіка реалізована на модулі з надтонкою дротовою технологією і контактує на материнській платі через роз'єми. Однак у випадку адекватного рішення з Wirelaid, логічний модуль може бути повністю інтегрований на складальному шарі завдяки опції надтонких струмопровідних конструкцій. "Таким чином технологія підключення, а також всі інші системні витрати на модуль та шлюб усуваються", пояснює Андреас Шилпп. «У цьому прикладі витрати можна практично зменшити вдвічі». Є й інші пов’язані з системою переваги, які обумовлені меншою кількістю міді, тобто меншою теплоємністю:

Значне спрощення процесу пайки, а також економія технологічних витрат на спеціальні процеси пайки та більший вихід
Можливі ручне та вибіркове паяння - також для ремонту
Помітне зниження ваги

Підводячи підсумок, є можливості зменшити витрати на системному рівні за рахунок інтеграції логічних модулів, крім того, за рахунок економії кабелів та технології підключення, а також за рахунок зменшення розміру друкованої плати через меншу потребу в просторі.

література

[1] Зварювання на мідних дротах на борту. Elektronik 2015, H.20, с.48.
[2] Вестенкірхнер, Дж .; Голдбахер, А.: Уникнення вузьких місць. Електронік 2014, No24, с.45.
[3] Вестенкірхнер, Дж.: Обходи для великих потоків. Електронік 2010, No 26, с. 20.