Informazioni su PCB a Corrente Elevata, Arriva sempre il momento in cui avrai bisogno di un PCB per condurre correnti più elevate del normale. Il trasferimento di correnti elevate sul PCB necessita di alcune modifiche e regole di progettazione.
Il presente articolo si concentrerà per l’appunto su tutto ciò che devi sapere per progettare un PCB a corrente elevata.
1、Fattori di Base Che Interessano PCB a Corrente Elevata
Come regola generale, i fattori riportati di seguito sono i fattori fondamentali da considerare per la progettazione di una scheda a corrente elevata.
Larghezza della Traccia
Uno dei fattori primari che specificano la quantità di corrente che una traccia può condurre sarà la sua larghezza.
Le tracce con una larghezza maggiore saranno in grado di condurre più corrente. In generale, nel caso di una scheda con spessore di rame standard è buon costume assumere una larghezza di traccia di 1 mm per Amp di corrente richiesta.
Come puoi osservare, se una traccia deve condurre 10 ampere ciò risulta illogico e un percorso del genere tenderebbe ad occupare molto spazio.
Spessore del Rame
Lo spessore del rame costituisce lo spessore reale delle tracce che si trovano su un PCB. Lo spessore predefinito del rame è solitamente di 17,5 micron. Spessori di rame maggiori possono oscillare tra 35 e 50 micron. Maggiore è lo spessore del rame, minore deve essere la larghezza della traccia per condurre lo stesso quantitative di corrente. Un maggiore spessore del rame avrà un costo aggiuntivo, ma può aiutare a risparmiare spazio sulle schede poiché, con una viscosità maggiore, la larghezza della traccia richiesta è molto inferiore.
Capacità Tecniche del Produttore
Come sempre, hai la possibilità di progettare solamente una scheda che il tuo produttore di schede sarà in grado di produrre.
Nelle schede a corrente elevata, i fattori riportati di seguito costituiscono quanto di fondamentale vi è da esaminare nell’ambito delle capacità tecniche del produttore.
1. Lo spessore del rame per gli strati esterni – ossia i due strati più esterni sulla scheda, il superiore e l’inferiore. Il produttore fornirà informazioni sullo spessore del rame sugli strati esterni (solitamente misurato in micron o oz) da produrre.
2. Spessore del rame degli strati interni: fa riferimento ai limiti di spessore del rame sugli strati interni e spesso gli strati interni devono sopportare correnti elevate, specialmente per contenitori quali BGA.
Oltre a questi due fattori, deve essere prestata attenzione anche al tipo di temperatura del materiale della scheda che il produttore può offrire. I più popolari sono TG150, TG138, ecc.
Calore Generato
Infine, l’unico elemento che concorrerà a determinare la longevità della scheda e dei componenti è il calore generato da una traccia a corrente elevata su un PCB.
La potenza dissipata in watt può essere calcolata come prodotto tra la resistenza della traccia ed il quadrato della corrente che la attraversa.
Ossia, P = I2R.
Questo valore teoricamente dovrebbe essere più basso possibile, ma anche tracce spesse hanno una resistenza specifica e quando si conducono grandi correnti, la perdita di potenza cresce in modo significativo e la traccia si riscalda.
I punti caldi nel PCB possono quindi portare alla deformazione della scheda e al distacco degli strati, il che porta a potenziali crepe.
Immagine 1: Un pacchetto QFN con un grande pad dissipatore di calore
2、Linee Guida per Layout di Corrente Elevata
Nella predisposizione di piastre a corrente elevata è necessario seguire alcune linee guida specifiche. Maggiori dettagli in merito sono riportati di seguito.
Mantenere le Tracce a Corrente Elevata Corte
Una traccia lunga sarà caratterizzata da una resistenza maggiore. Se poi questo aspetto è combinato con la conduzione di una grande quantità di corrente allora si avrà una cospicua perdita di potenza dal punto di vista qualitativo.
Per questo motivo, la perdita di potenza può generare molto calore, riducendo la durata della scheda.
Quindi è importantissimo far sì che i percorsi di corrente estesi siano più brevi possibile.
Calcolare Le Larghezze delle Tracce con un Appropriato Aumento di Temperatura
L’ampiezza di una traccia va in funzione di alcuni parametri come la corrente che la attraversa, la resistenza e l’aumento di temperatura permesso.
Un valore rigido dell’aumento di temperatura permesso si aggira ai10°C. Tuttavia, ciò porta a una larghezza della traccia estremamente elevata. Qualora il tuo progetto e il materiale della scheda sono in grado di sostenere temperature più elevate, è possibile avere un aumento della temperatura di 20 °C, avendo bisogno così di una traccia di larghezza inferiore per la stessa corrente.
Ulteriori aumenti di temperatura consentiti possono essere considerati quando si ipotizza che il prodotto venga utilizzato in un ambiente ove la temperatura ambiente non è troppo elevata.
Sta isolando termicamente i componenti sensibili dal calore.
Diversi componenti elettronici, quali convertitori da analogico a digitale, riferimenti di tensione e amplificatori operazionali, sono sensibili alle variazioni di temperatura. Il loro segnale può variare qualora l’elemento si riscalda o si raffredda.
Poiché le schede a corrente elevata producono irrimediabilmente calore, tali componenti devono essere necessariamente isolati termicamente in una certa misura affinché non siano soggetti al calore generato dalla scheda.
Un modo per farlo è quello di non avere un getto poligonale sotto quel componente e predisporre connessioni di scarico termico.
Un altro metodo consiste nell’avere ritagli della scheda per separare i componenti sensibili dalle parti che generano calore.
Immagine 2: Una scheda madre PC che conduce correnti elevate al processore
3、Consigli di Progettazione per PCB a Corrente Elevata
Di seguito, alcuni consigli di progettazione di schede a corrente elevata.
Rimuovere maschera di saldatura
Costituisce un modo poco dispendioso o quasi gratuito per incrementare la capacità corrente di una traccia, ed inoltre può esser rimossa la maschera di saldatura di un percorso, esponendo il rame sottostante. Successivamente si può aggiungere ulteriore saldatura sulla traccia ed accrescerne lo spessore e l’ingombro, diminuendone la resistenza.
Questo consentirà quindi alla traccia di condurre più corrente senza aumentarne la larghezza o pagare un extra per lo spessore del rame aggiuntivo.
Immagine 3: PCB con una traccia da cui è stata rimossa una sezione di maschera di saldatura e poi aggiunta saldatura addizionale
Utilizzare getti poligonali al di sotto di componenti a corrente elevata.
Individual components, such as large FPGAs and Processors, have extensive current requirements and many power pins. They also often come in BGA and LGA packages.
A trick to get enough current to them quickly is to have square polygon pours right under the chip and then having Vias drop down and connecting to them. You can then click the polygon pour to a thick power traces.
Immagine 4: Getto Poligonale Grande sotto un chip BGA per capacità elevate di corrente
Utilizzare strati interni per percorsi a corrente elevata
Se si esaurisce lo spazio per tracce spesse sugli strati esterni, ciò che può realmente servire è avere un riempimento solido in uno strato interno e poi utilizzare via per collegarsi a dispositivi a corrente elevata sugli strati esterni.
Aggiungere barre di rame per correnti estremamente elevate
In applicazioni specifiche quali inverter ad alta potenza e automobili elettriche, la corrente può spesso arrivare a 100A o più. In questi casi, utilizzare le tracce diventa superfluo.
Una pratica comune in questo caso è quella di fare uso di barre in rame saldabili sui pad di un PCB e che permettono di condurre la maggior parte della corrente elevata. Poiché le barre sono molto più spesse delle tracce su un PCB, possono facilmente prendere rientrare in un ordine di grandezza maggiore rispetto alle normali proposte pur avendo all’incirca la stessa larghezza.
Aggiungere Vie intermedie per Tracce Multiple che Conducono correnti Elevate
Se una traccia non è in grado di condurre la corrente richiesta con un singolo strato, lo stesso percorso può essere predisposto su un ulteriore strato unendo i due strati. Ciò raddoppia con successo la capacità di conduzione di corrente ipotizzando che entrambe le tracce su strati diversi abbiano la stessa larghezza.
Di seguito riportiamo un video che possa illustrare il processo:
4、 Cosa Possono Offrire I Nostri PCB per Schede a Corrente Elevata
Servizio di Prototipazione Semplice:
Prima di poter effettuare un ordine definitivo, le schede a corrente elevata spesso hanno bisogno di più revisioni.
OurPCB offre un servizio di prototipazione rapida e ti dà la possibilità di ordinare online inviando i tuoi progetti ad un costo contenuto e ottenere il tuo PCB fabbricato in breve tempo.
Siamo in grado di produrre velocemente per soddisfare la consegna in 24 ore di PCB a doppio lato, e 48 ore per schede da 4 a 8 strati.
Anche una scheda a 10 strati può essere completata in 120 ore.
Sistema di Quotazione Online Rapida
Spesso capita che i clienti debbano attendere un preventivo senza avere nemmeno un’idea del prezzo esatto. OurPCB offre un sistema di preventivi online ove conoscere il costo preciso del tuo PCB. Puoi selezionare opzioni per diversi spessori di rame e il prezzo si aggiornerà in tempo reale.
Materiali di Qualità Superiore
OurPCB offre una selezione di materiali PCB in grado di reggere temperature più elevate e sono ideali per il design a corrente elevata.
5、Conclusioni
I PCB a corrente elevata si fondano su un accorto processo di progettazione e fanno uso efficacemente di tutte le funzionalità e lo spazio disponibile.
Queste tipologie di schede hanno acquisito man mano sempre più popolarità negli ultimi tempi e continueranno a farlo.
Per ulteriori informazioni, puoi contattarci subito e saremo felici di supportarti.
