2025-08-22
ग्राहक-मानवीकृत चित्रण
विद्युत वाहनों के इन्वर्टर से लेकर औद्योगिक मोटर ड्राइव तक उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स में मानक 1 औंस तांबे के पीसीबी कम होते हैं।इन प्रणालियों को पीसीबी की आवश्यकता होती है जो ओवरहीटिंग के बिना 30A से 200A धाराओं को संभाल सकती है, थर्मल चक्र का विरोध करते हैं, और संकेत अखंडता बनाए रखते हैं। भारी तांबा पीसीबी दर्ज करेंः तांबे के निशान और 3oz (105μm) या अधिक मोटी विमानों द्वारा परिभाषित,वे उच्च धारा डिजाइन की अद्वितीय चुनौतियों को हल करने के लिए इंजीनियर कर रहे हैं.
भारी तांबे के पीसीबी को डिजाइन करने के लिए केवल ′′गहरे तांबे का उपयोग करना नहीं है ′′इसके लिए ट्रेस ज्यामिति, सामग्री संगतता, थर्मल प्रबंधन और विनिर्माण क्षमता पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता है।यह गाइड उच्च धारा अनुप्रयोगों के लिए भारी तांबा पीसीबी डिजाइन के महत्वपूर्ण सिद्धांतों को तोड़ता है, सामग्री चयन से लेकर लेआउट सर्वोत्तम प्रथाओं तक, और बताता है कि आम फटकों से कैसे बचा जाए। चाहे आप 50A EV बैटरी प्रबंधन प्रणाली (BMS) या 150A औद्योगिक बिजली आपूर्ति डिजाइन कर रहे हों,यह संसाधन आपको विश्वसनीय, उच्च प्रदर्शन बोर्ड।
महत्वपूर्ण बातें
1भारी तांबे (3oz+) के निशान मानक 1oz तांबे की तुलना में 2-5 गुना अधिक धारा को संभालते हैंः 3oz के निशान (105μm) 30A ले जाते हैं, जबकि 10oz के निशान (350μm) एक ही चौड़ाई में 80A का समर्थन करते हैं।
2महत्वपूर्ण डिजाइन कारकों में निशान चौड़ाई/मोटाई (आईपीसी-2221 मानकों का पालन करना), थर्मल राहत पैटर्न (हॉटस्पॉट को 40% तक कम करना) शामिल हैं।और भरने के माध्यम से (ठोस तांबे के माध्यम से 3 गुना अधिक वर्तमान ले जाने के लिए plated माध्यमों की तुलना में).
3उच्च-टीजी सब्सट्रेट (≥170°C) और सिरेमिक से भरे हुए लेमिनेट उच्च-वर्तमान डिजाइनों के लिए गैर-विनिमय योग्य हैं, क्योंकि वे 150°C+ ऑपरेटिंग तापमान का सामना करते हैं।
4मानक पीसीबी की तुलना में, भारी तांबे के डिजाइन ऊष्मा प्रतिरोध को 60% तक कम करते हैं और उच्च-शक्ति प्रणालियों में घटक जीवनकाल को 2 × 3 गुना तक बढ़ाते हैं।
भारी तांबे के पीसीबी को उच्च धारा अनुप्रयोगों के लिए आदर्श क्या बनाता है?
उच्च-प्रवाह सर्किट महत्वपूर्ण गर्मी उत्पन्न करते हैं (जोल के नियम के अनुसारः पी = आई 2 आर), और मानक पीसीबी इस ऊर्जा को फैलाने के लिए संघर्ष करते हैं। भारी तांबा पीसीबी तीन मुख्य लाभों के साथ इसका समाधान करते हैंः
a. कम विद्युत प्रतिरोधः मोटी तांबा प्रतिरोध को कम करता है (R = ρL/A, जहां A = क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र), बिजली की हानि और गर्मी उत्पादन को कम करता है।एक 3 औंस तांबा निशान एक ही चौड़ाई के 1 औंस निशान की तुलना में 66% कम प्रतिरोध है.
b.उच्च थर्मल चालकता: तांबे की थर्मल चालकता (401 W/m·K) FR4 (0.3 W/m·K) से 1,300 गुना अधिक है। मोटी तांबे के विमान अंतर्निहित हीट सिंक के रूप में कार्य करते हैं,IGBTs और MOSFETs जैसे घटकों से गर्मी फैलाना.
c.अधिक यांत्रिक स्थायित्वः मोटी तांबा (विशेष रूप से 5 औंस +) थर्मल साइक्लिंग (-40 °C से 125 °C) और कंपन से थकान का विरोध करता है, जो मानक पीसीबी में एक सामान्य विफलता बिंदु के निशान क्रैकिंग को कम करता है।
भारी तांबे की मोटाई बनाम धारा-वाहक क्षमता
तांबे की मोटाई और धारा के बीच का संबंध रैखिक नहीं है, निशान की चौड़ाई, परिवेश का तापमान और वायु प्रवाह भी भूमिका निभाता है।नीचे उच्च धारा डिजाइन के लिए एक व्यावहारिक संदर्भ है (आईपीसी-2221 और उद्योग परीक्षण के आधार पर), 25°C परिवेश और 10 सेमी के निशान की लंबाई मानकर):
| तांबे की मोटाई | निशान चौड़ाई | अधिकतम निरंतर धारा (25°C) | अधिकतम निरंतर धारा (85°C) | विशिष्ट अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|---|
| 3 औंस (105μm) | 1.0 मिमी | 30A | 22A | ईवी बीएमएस मॉड्यूल |
| 5 औंस (175μm) | 1.0 मिमी | 45A | 32A | औद्योगिक मोटर ड्राइव |
| 7 औंस (245μm) | 1.0 मिमी | 60A | 42A | सौर इन्वर्टर |
| 10 औंस (350μm) | 1.0 मिमी | 80A | 56A | ईवी इन्वर्टर (कम वोल्टेज) |
| 15 औंस (525μm) | 1.5 मिमी | 120A | 84A | उच्च शक्ति वाले औद्योगिक रेक्टिफायर |
नोटः धाराओं के लिए >100A, समानांतर निशानों का उपयोग करें (उदाहरण के लिए, 200A के लिए दो 10oz, 1.5 मिमी निशान) अत्यधिक निशान चौड़ाई और विनिर्माण चुनौतियों से बचने के लिए।
भारी तांबे के पीसीबी के लिए महत्वपूर्ण डिजाइन सिद्धांत
उच्च धारा के लिए भारी तांबे के पीसीबी को डिजाइन करने के लिए विद्युत प्रदर्शन, थर्मल प्रबंधन और विनिर्माण क्षमता को संतुलित करने की आवश्यकता होती है। अपने डिजाइन को अनुकूलित करने के लिए इन मूल सिद्धांतों का पालन करें:
1. लक्ष्य धारा के लिए निशान चौड़ाई और मोटाई की गणना
उच्च धारा के डिजाइन का आधार अपेक्षित धारा को ओवरहीटिंग के बिना संभालने के लिए निशान का आकार है। इन दिशानिर्देशों का उपयोग करेंः
a.IPC-2221 मानकों का पालन करें: IPC-2221 विनिर्देश वर्तमान, तापमान वृद्धि और तांबे की मोटाई के आधार पर निशान चौड़ाई के लिए सूत्र प्रदान करता है।10°C तापमान वृद्धि के लिए (उच्च विश्वसनीयता वाले डिजाइनों में आम):
3 औंस तांबाः 0.8 मिमी चौड़ाई = 25A
5 औंस तांबाः 0.8 मिमी चौड़ाई = 38A
परिवेश तापमान के लिए खाताः गर्म वातावरण में (उदाहरण के लिए, ईवी इंजन डिब्बे, 85 डिग्री सेल्सियस), वर्तमान को 30 से 40% तक कम करें (ऊपर दी गई तालिका देखें) ।
c. ओवर-साइजिंग से बचें: जबकि वर्तमान के लिए मोटी तांबा बेहतर है, 15 औंस+ तांबा अधिकांश वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए अधिकतम 10 औंस तक उत्कीर्ण और लैमिनेट करना मुश्किल हो जाता है।
उपकरण अनुशंसाः आकार को मान्य करने के लिए पीसीबी ट्रेस चौड़ाई कैलकुलेटर (सिएरा सर्किट से) या अल्टियम के अंतर्निहित वर्तमान रेटिंग टूल जैसे ऑनलाइन कैलकुलेटर का उपयोग करें।
2. थर्मल प्रबंधन को प्राथमिकता दें
मोटी तांबे के साथ भी, उच्च धारा के घटक (जैसे, आईजीबीटी, पावर प्रतिरोधक) हॉटस्पॉट बनाते हैं। इन रणनीतियों के साथ इसे कम करेंः
थर्मल रिलीफ पैडः थर्मल रिलीफ पैड का उपयोग करके बिजली घटकों को भारी तांबे के विमानों से कनेक्ट करें जो गर्मी हस्तांतरण और सोल्डरेबिलिटी को संतुलित करते हैं।एक TO-220 घटक के लिए एक 5 मिमी × 5 मिमी थर्मल राहत पैड हॉटस्पॉट तापमान को 40% तक कम करता है. एक ठोस पैड.
b. गर्मी फैलाने के लिए तांबे के विमानः बिजली घटकों के नीचे 3 ̊5 औंस तांबे के विमान (न केवल निशान) का उपयोग करें। 5 औंस तांबे का विमान 3 औंस के विमान की तुलना में 2 गुना तेजी से गर्मी फैलता है।
c. थर्मल वायसः गर्मी को आंतरिक/बाहरी विमानों में स्थानांतरित करने के लिए गर्म घटकों के चारों ओर तांबे से भरे थर्मल वाय (0.3~0.5 मिमी व्यास) जोड़ें।अधिकतम दक्षता के लिए स्पेस वेयर्स 1~2 मिमी दूर 10 थर्मल वेयर्स घटक तापमान को 15~20°C तक कम करते हैं.
d.Trace Constrictions से बचें: कनेक्टर के लिए 10 औंस, 1.5 मिमी के निशान को 0.8 मिमी तक संकुचित करने से एक फ्लैट ग्लॉस बनता है, जिससे तापमान 25°C बढ़ जाता है। यदि चौड़ाई में परिवर्तन आवश्यक हो तो धीरे-धीरे कॉपर (1:3 अनुपात) का उपयोग करें।.
केस स्टडी: 5 औंस तांबे के विमानों और 12 थर्मल वायस का उपयोग करने वाली 50 ए औद्योगिक बिजली आपूर्ति ने आईजीबीटी जंक्शन तापमान को 120 डिग्री सेल्सियस से 85 डिग्री सेल्सियस तक कम कर दिया, जिससे घटक का जीवन 3 साल से बढ़ाकर 7 साल हो गया।
3. उच्च धारा के लिए डिजाइन के माध्यम से अनुकूलित करें
उच्च धाराओं के डिजाइन में, वे अक्सर नजरअंदाज किए जाते हैं, लेकिन वे परतों को जोड़ने और धारा ले जाने के लिए महत्वपूर्ण हैंः
क. तांबे से भरे वाइज का प्रयोग करेंः मानक लेपित वाइज (25μm तांबे) 10 ¢ 15 ए ले जाते हैं; तांबे से भरे वाइज (ठोस तांबे का कोर) व्यास के आधार पर 30 ¢ 50 ए हैंडल करते हैं। ए 0.5 मिमी के माध्यम से भरा हुआ है 35A √ ईवी बीएमएस इंटरकनेक्शन के लिए आदर्श.
बी.वीआईए व्यास बढ़ाएंः 50 ए से अधिक धाराओं के लिए, कई वाया (जैसे 120 ए के लिए चार 0.5 मिमी भरे वाया) या बड़े वाया (0.8 मिमी व्यास = 50 ए प्रति भरे वाया) का उपयोग करें।
c.Via Stubs से बचें: अप्रयुक्त via stubs (थ्रू-होल vias में आम) प्रतिबाधा असंगति और गर्मी पैदा करते हैं। बैक-ड्रिल stubs या उच्च-वर्तमान पथों के लिए अंधे / दफन vias का उपयोग करें।
| प्रकार के माध्यम से | व्यास | अधिकतम धारा (3 औंस तांबा) | के लिए सर्वश्रेष्ठ |
|---|---|---|---|
| स्टैंडर्ड प्लाटेड | 0.3 मिमी | 12A | कम धारा के संकेत (नियंत्रण सर्किट) |
| तांबे से भरा हुआ | 0.3 मिमी | 25A | मध्य धारा पथ (बीएमएस मॉड्यूल) |
| तांबे से भरा हुआ | 0.5 मिमी | 35A | उच्च-प्रवाह शक्ति मार्ग (इन्वर्टर) |
| कई भरा हुआ Vias (4x 0.5mm) |
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