Nagyáramú áramköri lapok Részleges vastag réz technológia; Elektronika gyártása áramköri lapok; Electronicsnet

2015. november 09., 8:17 | Alfred Goldbacher

Számos ipari alkalmazás nemcsak sok energiát igényel, hanem ugyanazon az áramköri kártyán is vezérli a logikát. Ez az a hely, ahol a Wirelaid technológiát alkalmazzák, mivel felhasználható az energiaellátás alkatrészeinek hűtésére, valamint a rendszer miniatürizálására.

A népszerű „sokat segít sokat” mondás éppúgy eléri a mindennapi élet határait, mint az áramköri laptechnika. A sok réz ugyanolyan értékes az áramerősség szempontjából, mint az energiaelemek hatékony hűtése. Amint azt az [1] már bemutatja, a vastag réz drága, és a külső rétegeken nem alkalmas az SMD technológiára.

áramköri

1. ábra. A tesztsorozat a Würth Elektronik értékelő tábláján alapul, amelyen egy külső áramköröket magában foglaló MagI3C tápegységet hőkamerával vizsgálnak a hőterhelés szempontjából.

A Wirelaid részleges vastag réz technológiája itt mutatja meg előnyeit: A magasabb réz keresztmetszeteket csak azokon a pontokon biztosítják, ahol szükség van rájuk - azaz közvetlenül a teljesítmény-alkatrészre, a forró pontok elkerülése, valamint az alkatrészek megbízhatóságának és élettartamának növelése érdekében. Az alábbiakban bemutatjuk ennek a tervezési lehetőségnek a lehetőségét egy kísérlet alapján.

Ellentmondó tervezési követelmények

A modern áramellátó elemek - például a D²PAK házban lévő MOSFET-ek - belső felépítése nagy réz keresztmetszettel rendelkezik, kívül pedig egy nagy központi hőbetéttel. Ennek eredményeként a chipen lévő házban az energiaveszteség miatt keletkező hő a lehető legkisebb hőellenállással elvezethető a házból. A hőút további folyamata során a hőellenállásokat optimalizálni kell, hogy hatékony lehűlés történhessen. Az áramköri laphoz jó hőcsatlakozást lehet elérni buborékmentes, lapos forrasztással az érintkező padon. Annak érdekében, hogy onnan el lehessen osztani a hőt, ismét nagy réz keresztmetszetekre van szükség. Ez azonban ellentétes a felületre szerelhető tápegységek és a további SMD áramkörök finom vezető követelményeivel (1. kép).

Ez a kiegyenlítő lépés sikeres a részleges vastag réz technológiával, a Wirelaid: A huzalok hegesztése a rézfólia hátoldalán rendkívül előnyösnek bizonyul a hő eloszlásához közvetlenül az alkatrész fűtőbetéte alatt. Ez azt jelenti, hogy az összes ismert hátrány mellett nincs szükség hőforrásokra a forrasztópadban. Ez a megközelítés szűk erőforrás-elrendezéssel is működik, feltéve, hogy a hőbetét-érintkezők azonos potenciállal rendelkeznek.

Normál áramköri kártya üzemben, 2–4. Ábra

A hatás a 2., 3. és 4. kép A rögzített tesztsorozat bemutatta: Az 1. ábrán bemutatott értékelő táblában egy 16,5 W/cm² névleges teljesítményveszteséggel rendelkező teljesítménykomponens be van kapcsolva, és egy hőkamerával megfigyelhető. Körülbelül öt másodperc múlva láthatja a betemetett vezetékeket az alkatrész bal és jobb oldalán (2. ábra), mert a hőveszteség eloszlása ​​miatt felmelegednek. Ha a kísérletet addig folytatjuk, amíg a maximumra nem melegszik, a szokásos áramköri kártya (3. ábra) tiszta forró pontot mutat. Míg a Wirelaid áramköri kártya (4. ábra) összességében magasabb hőmérsékleti szintet mutat, az alkatrész jelentősen hűvösebb marad: a hűtés működik.

Számokban kifejezve: Az energiaelem hőmérséklete 17 K-val alacsonyabb az eltemetett Wirelaid hűtőhuzaloknál, ami négyszeresére növeli az élettartamot. Ha a tesztsorozatban használt alkatrészt a specifikáció határán működtetik, akkor a Wirelaid-megközelítés alkalmazható a kényelmes életbiztosítás megvalósítására nagyon kedvező feltételek mellett.

Takarítson meg rendszerköltségeket

A szokásos vastag réz áramköri lapokhoz képest a Wirelaid áramköri lap költségspecifikus érvekkel is eredményt ad, és annál is inkább, ha a költség-összehasonlítást rendszer szinten végezzük. Andreas Schilpp, a Wirelaid és a Würth Elektronik nagy áramú termékeinek felelős termékmenedzsere szintén ezt a szempontot hangsúlyozza: "A Wirelaid technológia legnagyobb megtakarítási potenciálja mindenekelőtt a bonyolultabb rendszerekkel játszik szerepet".

Ez a megállapítás egyértelműen szemléltethető, ha egy hatrétegű és egy logikai modullal rendelkező többrétegű áramkör rendszerköltségeit összehasonlítjuk egy egyenértékű vezetékes adás áramköri lap költségeivel (asztal).

Asztal. A két megoldás összehasonlítása megmutatja, hogy mely megtakarítások érhetők el a Wirelaid technológiával megvalósított nyomtatott áramköri kártyák kialakításával.

Esettanulmányként ez az összehasonlítás egy hatrétegű többrétegű áramkörön alapszik, amelyben a 105 µm vastagságú rézrétegek mindegyike vállalja a nagy áramú feladatot. A logika egy ultrafinom huzaltechnikájú modulon valósul meg, és csatlakozókon keresztül érhető el az alaplapon. Megfelelő megoldás esetén a Wirelaid segítségével azonban a logikai modul teljesen integrálható az összeszerelő rétegre, a finomvonalas struktúrák lehetőségének köszönhetően. "Így kiküszöbölik a csatlakozási technológiát, valamint a modul és a házasság összes többi rendszerköltségét" - magyarázza Andreas Schilpp. „Ebben a példában a költségek gyakorlatilag felére csökkenthetők.” Vannak más rendszerrel kapcsolatos előnyök is, amelyek az alacsonyabb rézmennyiségből, vagyis az alacsonyabb hőteljesítményből fakadnak:

  • A forrasztási folyamat jelentős egyszerűsítése, valamint a speciális forrasztási eljárások és a nagyobb hozamú folyamatköltségek megtakarítása
  • Kézi és szelektív forrasztás lehetséges - javításra is
  • Észrevehető súlycsökkenés

Összefoglalva: lehetőség van a költségek csökkentésére rendszerszinten a logikai modulok integrálásával, továbbá a kábelek és a csatlakozási technológiák megtakarításával, valamint az áramköri kártya méretének csökkenésével a kisebb helyigény miatt.

irodalom

[1] A fedélzeten lévő rézhuzalokra hegesztve. Elektronik 2015, H.20, 48. o.
[2] Westenkirchner, J.; Goldbacher, A.: A szűk keresztmetszetek elkerülése. Elektronik 2014, 24. szám, 45. o.
[3] Westenkirchner, J.: Nagy áramlások elkerülő útjai. Elektronik 2010, 26. szám, 20. o.