Технологічні інновації у виробництві ПХБ для електромобілів: підвищення ефективності, надійності та продуктивності
Швидке прийняття електромобілів (EVS) змусило виробників PCB розробити передові рішення, пристосовані до унікальних вимог автомобільної електроніки. На відміну від традиційних транспортних засобів з внутрішнього згоряння, EVS значною мірою покладається на системні систем високої напруги, складне управління акумуляторами та інтелектуальні блоки управління, які потребують ПХБ з чудовою термічною стійкістю, електричними показниками та мініатюризаційними можливостями. У цій статті досліджується ключові інновації у виробництві друкованих плат для ЕВ, зосереджуючись на дизайні друкованої плати високої напруги, інтеграції теплового управління та вдосконалених матеріалах для відповідності суворому стандартах надійності та безпеки автомобілів.
Дизайн друкованої плати з високою напругою для електроніки та акумуляторних систем
Електричні транспортні засоби працюють на рівнях напруги в межах від 400 В до 800 В, що потребує ПХБ, здатних обробляти високі струми без розбиття або утеплення. ПХБ високої напруги включають спеціалізовані функції проектування для забезпечення безпеки та ефективності, таких як збільшення відстань повзучості та зазору між струмопровідними слідами. Відстані повзучості - найкоротший шлях по поверхні між двома провідниками - розширюються за допомогою широких слідів, підняті бар'єри або конформні покриття для запобігання електричного розряду у вологих або забруднених умовах. Відстані зазору, повітряний зазор між провідниками, оптимізовані за допомогою точного укладання шару та за допомогою розміщення, щоб мінімізувати ризик розбиття напруги.
Ще одним нововведенням на високостільних ПХБ є використання вбудованих шин або товстих мідних слідів для зменшення опору та втрат потужності. Шина, які часто виготовлені з алюмінію або міді, інтегруються безпосередньо в підкладку друкованої плати, щоб перенести високі струми між компонентами, такими як інвертори, двигуни та акумуляторні пакети. Цей підхід виключає необхідність зовнішніх роз'ємів, зменшення складності складання та підвищення надійності. Крім того, виробники використовують тестування часткового розряду (PD) під час виробництва для виявлення слабких місць ізоляції в районах високої напруги, забезпечуючи довгострокову довговічність при постійній експлуатації.
ПХБ високої напруги також інтегрують передові методи ізоляції для захисту ланцюгів управління низькою напругою від електричного шуму або сплесків. Оптокольтери, трансформатори або ємнісні бар'єри ізоляції використовуються для розділення доменів високої напруги та низької напруги, зберігаючи цілісність сигналу. Наприклад, у системах управління акумуляторами (BMS) ізоляція має вирішальне значення для запобігання помилок зв'язку між моніторами напруги клітин та центральним контролером, що може призвести до неточних обчислень (SOC) або небезпечних умов зарядки.
Інтеграція теплового управління для компонентів високої потужності
Електричні транспортні засоби генерують значне тепло від електроніки, таких як інвертори, постійні перетворювачі постійного струму та бортові зарядні пристрої, що потребують ПХБ з надійними рішеннями щодо термічного управління. Одним із підходів є використання металевих PCB (MCPCB), де термічно провідний діелектричний шар просочений між мідною основою та металевим ядром (як правило, алюмінієм або міддю). Ця структура ефективно передає тепло від високих компонентів, таких як IGBT (ізольовані біполярні транзистори) або MOSFET, зниження температури стику та розширення терміну експлуатації компонентів.
Теплові вії - ще одна критична особливість ПХБ ЕВ, полегшуючи тепловіддачі від гарячих точок до внутрішніх шарів або зовнішніх теплових зоків. Ці вії часто наповнюються термічно провідними епоксидними або припою для підвищення теплопровідності. Для конструкцій високої щільності виробники використовують ступінь за допомогою масивів або технології за допомогою PAD для максимальної передачі тепла без збільшення товщини друкованої плати. Крім того, вбудовані теплові площини або розкидачі тепла, виготовлені з графіту або міді, включаються в стак PCB для рівномірного розподілу тепла по дошці, запобігаючи локалізованому перегріву.
Інтеграція рідкого охолодження виникає як рішення для екстремальних теплових навантажень в електроніці EV Power. ПХБ для інверторів або двигунів можуть включати мікроканальні охолоджувачі або вбудовані охолоджувальні трубки, які циркулюють діелектричну рідину для поглинання тепла безпосередньо з компонентів. Такий підхід вимагає точного вирівнювання між каналами охолодження та тепло, що генерують тепло, часто досягнуті через 3D-друковані форми або трафарети з лазерним вирізом під час виготовлення друкованої плати. Виробники також оптимізують швидкість потоку рідини та температури, щоб збалансувати теплові показники з енергоефективністю.
Розширені матеріальні програми для автомобільної надійності
Автомобільне середовище піддає ПХБ до екстремальних умов, включаючи коливання температури, вібрацію, вологість та хімічне опромінення. Для забезпечення довгострокової надійності виробники приймають передові матеріали з посиленими механічними та тепловими властивостями. Ламінати високої ТГ (температура скла), такі як поліімід або БТ (бісмалеїмід-триазин), використовуються для запобігання викривлення або розшарування при високих температурах, які можуть виникати під час швидкої зарядки або високої сили. Ці матеріали також пропонують покращену стійкість до поглинання вологи, зменшуючи ризик електричного витоку або корозії у вологому кліматі.
Для ПХБ, що піддаються механічному напруженню, наприклад, у системах підвіски або рульових колонах, використовуються гнучкі або жорсткі-флектні архітектури. Гнучкі друковані композиції, виготовлені з поліімідних плівок, можуть витримувати повторні цикли згинання без розтріскування, тоді як жорсткі флексні друковані друковані комбінації поєднують жорсткі секції для монтажу компонентів з гнучкими секціями для взаємозв'язків. Цей гібридний підхід зменшує потребу в з'єднувачах або кабелях, які є потенційними точками відмови у схильних до вібраційних середовищ. Крім того, виробники використовують адгезивні гнучкі ламінати для досягнення більш тонких профілів та більшої надійності в космічних додатках.
Хімічна стійкість - ще один пріоритет у матеріалах EV PCB, особливо для компонентів, розташованих поблизу акумуляторів або систем охолодження, де можуть виникнути витоки електроліту або вплив теплоносія. ПХБ для цих ділянок покриті конформними шарами, виготовленими з кар'єрона, силікону або акрилової смоли для захисту від хімічної атаки. Ці покриття утворюють тонкий непроникний бар'єр, який запобігає корозії, не заважаючи електричній продуктивності. Для додатків з високою напругою виробники також можуть застосовувати стійкі до дуги покриття для інгібування відстеження або карбонізації на поверхнях PCB під час електричних несправностей.
По мірі того, як електромобілі продовжують розвиватися, виробники PCB повинні впроваджувати інновації в проектуванні, тепловому управлінні та матеріалах для задоволення потреб автомобільної електроніки нового покоління. Інтегруючи високу напругу, вдосконалені теплові методи та довговічні матеріали, галузь може виробляти друковані композиції, які забезпечують безпечніші, ефективніші та більш тривалі електромобілі.
