電子製品は常に高出力と高性能を目指して進んでいます。電気自動車の充電システムから産業機器用の高出力パワー モジュールに至るまで、高出力電子アプリケーションでは回路の電流容量が厳しく求められています。{{1}厚い銅の PCB ボードは、その優れた通電特性により、これらの要件を満たすための重要な技術サポートとなっています。
の定義と利点厚い銅PCBボード
厚い銅 PCB 基板とは、通常、従来の 1oz (約 35 μ m) よりも厚い銅箔の厚さを持つ PCB 基板を指します。一般的な厚さには、2オンス（約70μm）、3オンス（約105μm）、4オンス（約140μm）などが含まれます。通常のPCBボードと比較して、厚い銅PCBボードは電流容量の点で大きな利点があります。オームの法則によれば、電流が導体を通過するときに発生する熱はその抵抗に比例し、抵抗は導体の断面積に反比例します。-。厚い銅 PCB 基板は、より厚い銅箔と導体の断面積が大きいため、抵抗が大幅に減少し、より大きな電流を流すことができ、回路上の電力損失と発熱現象を効果的に低減できます。
電流容量に影響を与える主な要因
銅箔の厚さ: 銅箔の厚さは、電流容量を決定する中心的な要素です。 IPC-2221 規格では、標準環境 (周囲温度 25 ℃、最大温度上昇 10 ℃) での PCB トレースの電流容量を計算するための実験式を提供しています: I=k × (Wb × Tc)。ここで、I は最大許容電流、W はワイヤ幅、T は銅の厚さ、k、b、c は実験定数です (内側か外側かによって異なります)。層）。この式から、他の一定の条件下では、銅箔の厚さが増加すると、電流容量が大幅に向上することが明確にわかります。たとえば、銅の厚さが 1 オンスの場合、通常は約 1 A/mm の電流を流すことができますが、銅の厚さが 2 オンスの場合、その電流容量は大幅に増加します。
ワイヤ幅: ワイヤ幅も電流容量に大きく影響します。ワイヤの幅が広いと、より大きな電流経路が提供され、電流密度が減少し、発熱が最小限に抑えられます。実際のエンジニアリングでは、ワイヤの幅が増加するにつれて PCB の電流容量は向上しますが、厳密には直線的に増加するわけではなく、増加は徐々に減少します。たとえば、温度が 10 ℃上昇した場合、厚さ 1 オンスの銅とワイヤ幅 100 ミル (2.5 mm) の回路基板は 4.5 A の電流を流すことができます。さらに線幅が太くなると、電流容量の向上速度は遅くなります。
環境温度と放熱条件: 厚い銅 PCB ボードの電流容量に対する環境温度と放熱条件の影響は無視できません。周囲温度が上昇すると、銅の電気抵抗率が増加し、ライン抵抗が増加し、同じ電流でもより多くの熱が発生します。ヒートシンクの追加、強制空冷または液体冷却の使用など、良好な放熱条件により、PCB 基板の温度が効果的に低下し、電流容量が向上します。たとえば、高出力電子機器では、厚い銅製の PCB ボードに大面積のヒートシンクを取り付け、強制空冷にファンを使用すると、高温環境での電流容量が大幅に向上し、機器の安定した動作が保証されます。-
電流容量の計算と評価
標準式に基づく計算: IPC-2221 標準式で前述したように、既知の銅箔の厚さ、線幅、および回路基板が内層か外層かの判断により、電流容量を事前に見積もることができます。ただし、この計算式は特定の標準環境下で導出されたものであり、実際のアプリケーションでは、環境温度や放熱条件などの要因に基づいて計算結果を補正する必要があります。
シミュレーション分析: 専門的な電子設計自動化ソフトウェアを使用して、厚い銅の PCB ボードの通電状況をシミュレーションできます。正確な回路基板モデルを構築し、実際の動作条件下で電流、温度、放熱などのパラメータを設定することにより、ソフトウェアは、PCB 基板上の電流分布、さまざまな部品の温度変化、および潜在的なホットスポット領域を直感的に表示し、電流容量を評価するためのより正確で詳細なデータ サポートを提供します。
実際のテストと検証: 製品開発プロセスにおいて、サンプルを作成し、実際のテストを実施することは、電流容量を検証するための重要なステップです。サンプルにさまざまなレベルの電流を印加し、PCB 基板の温度変化や回路電圧降下などのパラメータを監視し、それらを理論的計算やシミュレーション結果と比較することで、設計をさらに最適化し、厚い銅の PCB 基板が実際のアプリケーションでの通電要件を確実に満たせるようにします。
アプリケーションシナリオにおける通電性能
パワー エレクトロニクス機器: 厚い銅製の PCB ボードは、パワー インバータや電気自動車の充電ステーションなどの高出力パワー エレクトロニクス機器で重要な役割を果たします。{0}}電気自動車の充電ステーションを例にとると、その充電電力は増加し続けており、初期の数キロワットから、現在では数十キロワット、さらにはそれ以上になっています。大電流の安定かつ効率的な伝送を確保するために、充電ステーション内の電源回路には通常、厚い銅製の PCB ボードが使用されます。厚さ 4 オンスの銅 PCB 基板を合理的な配線設計と組み合わせて使用すると、数百アンペアの充電電流を容易に流すことができ、充電ステーションが電気自動車を迅速かつ確実に充電できるようになります。
産業用制御およびオートメーション: 産業環境における高出力モータードライブ、周波数コンバーター、およびその他の機器は、動作電流が大きいため、高い信頼性が必要です。厚い銅 PCB ボードは、高い電流容量と優れた機械的強度を備えており、複雑な産業環境でも安定して動作できます。大型モータードライブシステムでは、制御回路や送電回路として厚い銅のPCBボードを使用すると、過剰な電流によって引き起こされるライン障害を効果的に軽減し、機器の安定性と生産効率を向上させることができます。
通信基地局電力システム：5G通信技術の普及に伴い、通信基地局の電力需要が大幅に増加しています。基地局の電源システムには、安定した電力供給を確保するために大電流を流すことができる PCB ボードが必要です。通信基地局の電源モジュールに厚い銅の PCB 基板を適用すると、大電流の要件を満たすことができ、優れた放熱性能により機器の温度が低下し、電力システムの信頼性と耐用年数が向上し、通信基地局の 24 時間連続稼働が保証されます。
厚い銅基板の通電設計の重要なポイント
合理的な配線計画: 厚い銅の PCB ボードを設計する場合、大電流回路の長さを可能な限り短くして、回路の抵抗とインダクタンスを低減する必要があります。同時に、電流がスムーズに流れるように、ライン内の急な曲がりや狭いボトルネックを避けてください。多層基板設計を使用する場合、電源層とグランド層を合理的に割り当て、電流経路を最適化し、電流分布のバランスをとることが重要です。
スルー ホールの数を増やす: 多層の厚い銅 PCB ボードでは、スルー ホールは銅箔の異なる層を接続するための重要なチャネルです。{0}ビアの数を合理的に増やすと、層間の電流の伝達抵抗を効果的に低減し、電流分布のバランスをとり、局所的な過度の電流密度の問題を軽減できます。たとえば、大電流配線領域では、複数のビアを一定の間隔で設定してビア アレイを形成すると、電流容量を大幅に向上させることができます。