V rámci globálneho trendu aktívneho prechodu na udržateľnú energiu sa novému energetickému priemyslu darí. Od nových energetických vozidiel až po zariadenia na výrobu solárnej a veternej energie nemožno jadro mnohých nových energetických aplikácií oddeliť od kľúčového komponentu -nová energetická obvodová doska. Hoci ide len o zdanlivo obyčajnú dosku plošných spojov, je nepostrádateľná v nových energetických systémoch, nesie zložité usporiadanie obvodov a úlohy prenosu signálu a je základom pre zabezpečenie efektívnej a stabilnej prevádzky nových energetických zariadení.
1, Materiál substrátu: základný kameň výkonu
Materiál substrátu nových dosiek s energetickými obvodmi je kľúčovým faktorom určujúcim ich výkon. V porovnaní s tradičnými obvodovými doskami nové energetické aplikácie často čelia prísnejším environmentálnym a výkonnostným požiadavkám, takže výber substrátových materiálov je mimoriadne starostlivý.
V oblasti nových energetických vozidiel v dôsledku zložitého prostredia, ako sú vibrácie, vysoká teplota a elektromagnetické rušenie vznikajúce počas prevádzky vozidla, musí mať substrát vynikajúcu mechanickú pevnosť, odolnosť voči vysokej teplote a elektrickú izoláciu. Vrstvená doska z epoxidovej sklenenej tkaniny sa vďaka svojmu vynikajúcemu komplexnému výkonu stala bežnou voľbou pre nové substráty dosiek plošných spojov energetických vozidiel. Môže nielen odolať určitému stupňu mechanického namáhania, aby sa zabezpečila integrita dosky plošných spojov počas vibrácií vozidla, ale má aj vysokú teplotu skleného prechodu na udržanie stabilného elektrického výkonu v prostrediach s vysokou teplotou. Napríklad v obvodovej doske systému správy batérie elektrických vozidiel môže substrát FR-4 spoľahlivo podporovať obvod a zabezpečiť presný prenos monitorovania stavu batérie a signálov správy.
V oblasti solárnej fotovoltaiky si dlhodobé-vystavenie vonku, striedanie vysokých a nízkych teplôt a vlhkosti vyžaduje, aby substráty dosiek plošných spojov mali dobrú odolnosť voči poveternostným vplyvom a chemickej korózii. V súčasnosti sa objavujú niektoré špeciálne-výkonné materiály. Polyimidové (PI) substráty majú vynikajúcu odolnosť voči vysokým a nízkym teplotám a dokážu si udržať stabilitu v extrémnom teplotnom rozsahu -200 stupňov až 260 stupňov . Zároveň ich vynikajúca odolnosť voči UV žiareniu a chemikáliám ich robí vhodnými na dlhodobé používanie v náročných vonkajších prostrediach, čím sa efektívne predlžuje životnosť dosiek plošných spojov v zariadeniach na výrobu solárnej energie.
2, Konštrukčný dizajn: jadro optimalizácie výkonu
Konštrukčný návrh nových dosiek s energetickými obvodmi si vyžaduje komplexné zváženie viacerých faktorov na dosiahnutie lepšieho elektrického výkonu a využitia priestoru.
V prípade dosky plošných spojov napájacieho systému nových energetických vozidiel sa často používa viacvrstvová štruktúra dosky, pretože je potrebné zvládnuť prenos vysokého-výkonu a zložité riadiace signály. Zvýšením počtu vrstiev možno dosiahnuť zložitejšie usporiadanie obvodov v obmedzenom priestore, čím sa zníži kríženie liniek a rušenie. Napríklad v doskách plošných spojov motorového pohonu sa zvyčajne používajú obvodové dosky s 8 alebo dokonca viacerými vrstvami. Vnútornú vrstvu možno použiť na usporiadanie napájacích a uzemňovacích vrstiev, ktoré poskytujú stabilné napájanie obvodu a znižujú rušenie signálu; Vonkajšia vrstva sa používa na pripojenie kolíkov rôznych elektronických komponentov na dosiahnutie vstupu a výstupu signálu. Medzitým je dôležité primerane navrhnúť šírku a rozstup obvodu. Pre vysokoprúdové prenosové vedenia sa šírka vedenia primerane rozšíri, aby sa znížil odpor vedenia, minimalizovali straty energie a tvorba tepla; V prípade vysokorýchlostných signálnych liniek bude vzdialenosť a dĺžka liniek prísne kontrolovaná, aby sa zabezpečila integrita signálu a znížili sa odrazy a presluchy signálu.
V distribuovaných systémoch na výrobu novej energie, ako sú veterné farmy a solárne elektrárne, sa dosky plošných spojov možno budú musieť prispôsobiť rôznym požiadavkám na inštaláciu a pripojenie. V tomto bode sa objavil modulárny konštrukčný dizajn. Rozdeľte celú dosku plošných spojov na viacero nezávislých modulov podľa ich funkcií a každý modul je možné pred montážou navrhnúť, vyrobiť a otestovať samostatne. Tento modulárny dizajn nielen uľahčuje výrobu a údržbu, ale umožňuje aj flexibilné prispôsobenie kombinácií modulov podľa aktuálnych aplikačných scenárov, čím sa zlepšuje všestrannosť a škálovateľnosť dosiek plošných spojov. Napríklad pri návrhu dosky plošných spojov solárnych invertorov môže byť vstupný obvod, invertorový obvod, výstupný obvod atď. navrhnutý ako nezávislé moduly a vhodný počet a špecifikácie modulov môžu byť zvolené pre kombináciu podľa požiadaviek invertorov rôznych úrovní výkonu.
3, Výrobný proces: Zabezpečenie kvality
Výrobný proces nových dosiek s energetickými obvodmi priamo ovplyvňuje ich kvalitu a výkon a každý krok od spracovania substrátu až po konečnú kontrolu produktu musí byť prísne kontrolovaný.
Spracovanie substrátu je prvým krokom vo výrobe, vrátane rezania, vŕtania a iných operácií na substráte. Počas procesu rezania je potrebné-vysoko presné rezacie zariadenie na zabezpečenie presnosti rozmerov substrátu a chýb kontroly vo veľmi malom rozsahu. Proces vŕtania je ešte kritickejší. Pre veľký počet priechodných otvorov na nových doskách energetických obvodov je potrebná vysoká presnosť otvoru a hladké steny otvorov. Pokročilá technológia laserového vŕtania zohráva v tomto procese dôležitú úlohu, pretože dokáže dosiahnuť vysokú-presnosť obrábania malých otvorov (napríklad pod 0,1 mm) s minimálnym poškodením steny otvoru, čo je výhodné pre následné galvanické pokovovanie a elektrické spoje.
Výroba obvodov je jedným z kľúčových procesov vo výrobe, ktorý sa dokončuje hlavne pomocou fotolitografie a leptacích techník. Počas procesu fotolitografie je povrch substrátu najskôr rovnomerne potiahnutý fotorezistom a potom sa použije vysoko presné fotolitografické zariadenie na vystavenie navrhnutého vzoru obvodu na fotorezist cez masku. Po expozícii sa fotorezist podrobí vývojovej úprave, pričom zostane vzor fotorezistu konzistentný so vzorom obvodu. Potom sa pomocou chemického leptacieho roztoku odstráni medená fólia, ktorá nie je chránená fotorezistom, čím sa vytvorí presný obvod. Tento proces vyžaduje extrémne vysokú čistotu prostredia a dokonca aj drobné prachové častice môžu spôsobiť poruchy, ako sú skraty alebo prerušené obvody v obvode. Výrobné dielne preto zvyčajne používajú bezprašné-čistiace zariadenia, aby sa zabezpečilo, že procesy litografie a leptania sa budú vykonávať v prostredí s vysokou čistotou.
Po dokončení výroby obvodu je potrebné vykonať povrchovú úpravu dosky plošných spojov, aby sa zlepšila jej spájkovateľnosť a ochranný výkon. Bežné procesy povrchovej úpravy zahŕňajú cínové striekanie, pozlátenie, chemické niklovanie atď. V nových doskách energetických obvodov sa kvôli vysokým požiadavkám na spoľahlivosť široko používajú procesy ponorného zlata a bezprúdového niklovania. Proces ponorenia zlata môže vytvoriť jednotnú vrstvu zlata na povrchu medenej fólie. Dobrá vodivosť a odolnosť zlata proti korózii nielen zlepšujú spájkovateľnosť dosky plošných spojov, ale tiež účinne zabraňujú oxidácii medenej fólie a predlžujú životnosť dosky plošných spojov; Proces bezprúdového pokovovania niklom najprv nanesie na povrch medenej fólie vrstvu niklu, po ktorej nasleduje vrstva zlata. Vrstva niklu môže slúžiť ako bariérová vrstva na zabránenie difúzie atómov medi do vrstvy zlata, čím sa ďalej zlepšuje spoľahlivosť a stabilita dosky plošných spojov.
Nová doska energetických obvodov fr4 PCB