PCB üzerinde çok fazla bileşen olması aşırı yüklenmeye neden olur mu?
Bir PCB üzerinde çok fazla bileşen olduğunda, aşırı yüklenmeye yol açabilir, bu da elektrik performansının düşmesi ve ısı dağılımının azalması gibi olumsuz etkilere neden olabilir. Dolayısıyla, bir PCB üzerinde çok sayıda bileşen olduğunda PCB kartıPCB'nin aşırı yüklenip yüklenmediğini nasıl belirleyebiliriz?
İçindekiler
PCB Aşırı Yüklemesini Belirleme Yöntemleri
1. Akım Parametre Testi
- Kritik devrelerin çalışma akımını ölçmek için yüksek hassasiyetli bir pens ampermetre kullanın
- Tasarım parametreleri ile karşılaştırın:
- Geleneksel 1,5 mm² iletkenler 16A güvenli akım değerine sahiptir (30°C ortam sıcaklığında)
- 100mil hat genişliği/1OZ bakır kalınlığı maksimum 4,5A akım değerine sahiptir (10°C sıcaklık artışı standardına göre) - Belirleme kriterleri: Ölçülen akım tasarım değerinin ≥'i ise, bir uyarı gereklidir
2.Sıcaklık Artışı Karakteristik Analizi
- Test aracı:Kızılötesi termal kamera (çözünürlük ≤ 0,1°C)
- Güvenlik eşikleri:
- PVC izolasyon malzemesi: İletken sıcaklığı ≤ 70°C
- FR-4 alt tabaka:Yerel sıcaklık artışı ≤ 20°C (ortam sıcaklığına göre) - Anormal göstergeler:İzolasyon katmanında renk değişikliği/yumuşama, lehim bağlantılarında deformasyon
3.Yük kapasitesi doğrulaması
- Hesaplama formülü:I = Kx - P / (U - cosφ)
(Kx 0,7-0,8 olarak alınır, cosφ 0,85 olarak önerilir) - Örnek doğrulama:
220V/3500W rezistif yük akım hesaplaması ≈ : 15,9A
Eşleşen 2,5 mm² kablo gerektirir (tasarım marjı )
4.Fiziksel Durum Teşhisi
- Tipik arıza özellikleri:
- Bakır folyo soyulması (kayma gerilimi sınırı aşıyor)
- Kömürleşme izleri (lokalize yüksek sıcaklık > 300°C)
- Koruyucu cihazların anormal çalışması (24 saat içinde ≥3 açma)
5.Tasarım spesifikasyon doğrulaması
Anahtar parametre eşleştirme tablosu:
Güncel gereksinim | Bakır kalınlığı gereksinimi | Minimum çizgi genişliği | Tamamlayıcı önlemler |
---|---|---|---|
<5A | 1 OZ | 20 milyon | Tek taraflı yönlendirme |
5-20A | 2OZ | 80 milyon | Pencere ekleme |
>100A | 4 OZ | 15mm | Bakır bara yardımı |
Yük hesaplama ve fiziksel inceleme çapraz doğrulama ile birlikte akım ölçümü + sıcaklık izleme yoluyla hızlı taramaya öncelik verin. Yüksek güçlü PCB'ler için, erken tasarım aşamasında akım taşıma kapasitesi tablosuna göre hat genişliğini ve bakır kalınlığını kesinlikle seçin ve ısı yayma payı ayırın. Aşırı yüklemenin PCB kartı üzerinde ne gibi sonuçları olacaktır?

Aşırı Yükün PCB'ler Üzerindeki Etkileri
1. Elektriksel Performansın Üçlü Yıkım Mekanizması
- Empedans Kararsızlık Etkisi
Tel direncinde önemli artış: ΔR = ρ - L - (1/S₁ – 1/S₂) (S kesit alanındaki değişimdir)
Tipik durum: Güç hatlarının aşırı yüklenmesi MCU besleme geriliminde ± dalgalanmaya neden olarak sistemin sıfırlanmasını tetikler (gerçek ölçüm verileri) - Sinyal Bütünlüğü Çökmesi
Yüksek hızlı sinyal bozulma ölçümleri:
Göz diyagramı kapanması >
Gecikme çarpıklığı ≥ 50 ps
Crosstalk-to-noise oranı > -12 dB - 3EMI radyasyonu standartları aşıyor
Aşırı yüklenmiş hatlardaki EMI tepe seviyeleri 20-35 dBμV/m artar
Hassas devrelerde bozulmuş sinyal-gürültü oranına örnek:
Ses ADC örnekleme hata oranı %0,1'den %3,2'ye yükselir
2.Termodinamik başarısızlık spektrumu
- Maddi hasar eşikleri Malzeme tipi Kritik sıcaklık Arıza modu FR-4 substrat 130°C Delaminasyon ve çatlama 1 oz bakır folyo 260°C Erime ve deformasyon Kurşun-kalay lehim 183°C Sıvı migrasyonu Lehim maskesi mürekkebi 70°C Karbonlaşma ve soyulma
- Tipik termal arıza zinciri
Aşırı akım → Yerel sıcaklık artışı > 85°C → Lehim bağlantısı sünmesi → Artan temas direnci → Termal kaçak (pozitif geri besleme döngüsü)
3.Sistem düzeyinde risk matrisi
- Arıza olasılığı dağılımı
Güç modülü: 68%
Güç arayüzü:
Sinyal hatları: 10% - İkincil hasar modeli
Termal radyasyon etki yarıçapı: R = 3,5 - √P (P ısı üretim gücüdür, birim: W)
Durum:10W'lık bir ısı kaynağı MLCC'nin 3 cm yakınında ± kapasitans kaymasına neden olur
PCB Aşırı Yük Sistemi Çözümü (Dört Boyutlu Optimizasyon Sistemi)
1. Elektriksel Performans İyileştirme Çözümü
- Mevcut Taşıma Kapasitesinin Artırılması
- Bakır Katman Optimizasyonu: 4 OZ kalınlığında bakır + 15 mm genişliğinde çift taraflı kablolama (100A seviyesinde çözüm)
- Geliştirilmiş Süreçler:
İletkenler üzerinde pencere açıcı kalay kaplama ( akım taşıma kapasitesi iyileştirmesi)
Bakır bara yardımcı akım paylaşımı (endüstriyel sınıf 200A uygulama kutusu)
- Empedans Kontrol Teknolojisi
- Tam bakır düzlem tasarımlı güç katmanı (empedans < 5mΩ)
- Dizi üzerinden matris (20A akım paylaşan grup üzerinden 12mil)
2.Akıllı termal yönetim çözümü
- Isı dağıtma yapısı tasarımı
- Yüksek ısı bileşenleri (>5W) yapılandırması:
Alt ısı dağıtma deliği kümesi (Φ0,3mm×50 delik)
Kart kenarı düzeni + alüminyum alaşımlı soğutucu ( sıcaklık düşüşü)
- Termal yerleşim özellikleri
- Termal hassasiyet bileşen aralığı ≥8mm
- Isı kaynaklarının eşit dağılımı (sıcaklık farkı kontrolü <15°C)
3.Yüksek Yoğunluklu Yerleşim Stratejisi
- Sinyal Bütünlüğü Tasarımı
- Dijital/analog katman izolasyonu (ara GND katmanı koruması)
- Yüksek hızlı sinyaller:
Eşit uzunluk kontrolü (±50 mil)
RF bileşenlerinin simetrik yerleşimi (5G modülleri için 12 dB gürültü azaltma)
- Yüksek gerilim izolasyon çözümü
- >50V alanlar:
15 mm güvenlik aralığı
2mm yalıtım yuvası izolasyonu
4.Gelişmiş süreç çözümleri
- Özel laminasyon işlemi
- Sandviç bakır katman yapısı (1,5 mm gömülü bakır katman)
- Yüksek frekanslı pano malzemesi uygulaması (Rogers 4350B@1GHz+)
- Doğrulama Sistemi
- Termal simülasyon (ΔT < 15°C/cm)
- Sinyal testi (TDR empedans dalgalanması ≤ )
- DFM standartları (çizgi genişliği/aralığı ≥ 4 mil)
Optimizasyon Aşaması | Temel Teknik Göstergeler |
---|---|
1. Mevcut Kapasite Temelleri | Bakır kalınlığı ≥4OZ + İz genişliği ≥15mm |
2. Termal Yönetim | Temel bileşen sıcaklığında ≥ azalma |
3. Sinyal Optimizasyonu | Crosstalk azaltma 12dB |
4. Süreç Yükseltme | Verim oranında iyileşme |
Not: Bu çözüm bir 5G baz istasyonu modülüne uygulandıktan sonra aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:
- Sürekli akım taşıma kapasitesi 0 arttı
- Termal arıza oranı azaldı
- Sinyal bütünlüğü uyumluluk oranı 0'e ulaştı
PCB aşırı yüklenmesini önlemek için hangi önlemler alınmalıdır? PCB aşırı yüklenmesinin önlenmesi, tüm tasarım, üretim ve test süreci boyunca işbirlikçi kontrol gerektirir.
PCB Aşırı Yük Koruma Planı
1. Tasarım Aşamasında Koruma Stratejisi
- Kesin Mevcut Taşıma Kapasitesi Tasarımı
- Mevcut Taşıma Kapasitesi Hesaplama Standardı:
Matematik
I_{max} = K \cdot \Delta T^{0.44} \cdot W^{0.725}
(K=0.048, ΔT izin verilen sıcaklık artışı, W mil cinsinden çizgi genişliğidir) - Tipik Yapılandırma Şemaları:
- Geleneksel Uygulamalar: 2OZ bakır kalınlığı + 100mil hat genişliği (10A sınıfı)
- Yüksek Akım Şemaları:4OZ bakır kalınlığı + çift taraflı 15mm izler + bakır baralar (100A sınıfı)
- Güç bütünlüğü tasarımı
- Dekuplaj kondansatör matrisi:
- Yüksek frekans bandı: 0402 10nF seramik kondansatör (ESL < 0.5nH)
- Orta frekans bandı: 0603 100nF kondansatör
- Düşük frekans bandı: 1206 10μF tantal kondansatör
- Geliştirilmiş Termal Yönetim
- Isı yayma deliği dizisi özellikleri:
- Delik çapı: Φ0,3 mm
- Merkez mesafesi:0,8 mm
- Bal peteği düzenlemesi (ısı yayma verimliliğinde iyileşme)
2.İleri Üretim Süreçleri
- Özel İşleme Teknolojileri
- Yüksek akım taşıma kapasiteli proses:
- VIPPO bakır dolgu (temas direncinde azalma)
- Seçici bakır kalınlığı (yerel alanlarda 4OZ kalınlaşma)
- Koruyucu sistem
- Üç geçirmez kaplama işlemi parametreleri:
Kaplama Tipi | Kalınlık | Sıcaklık. Direnç | Tuz Püskürtme Testi | Temel Özellikler |
---|---|---|---|---|
Silikon | 0.1mm | 200°C | 1000 saat | Yüksek esneklik, mükemmel nem direnci |
Poliüretan | 0.15mm | 130°C | 500 saat | Üstün aşınma direnci, iyi kimyasal koruma |
3.Test ve İzleme Sistemi
- Üretim Test Standartları
- ICT Test Maddeleri:
- Empedans Testi (±%5 tolerans)
- İzolasyon Direnci (≥100MΩ)
- Dayanım Gerilimi Testi (500V DC/60s)
- Akıllı İzleme Sistemi
- Gerçek Zamanlı İzleme Parametreleri:
- Akım Yoğunluğu (≤4A/mm²)
- Sıcak Nokta Sıcaklığı (≤85℃)
- Titreşim Spektrumu (<5g RMS)
4.Temel Tasarım Özellikleri
Güncel Değerlendirme | Bakır Kalınlığı | Min. İz Genişliği | Maksimum Sıcaklık Artışı | Tasarım Önerileri |
---|---|---|---|---|
≤5A | 1 oz (35μm) | 50 mil (1,27 mm) | ≤10°C | Tek katmanlı yönlendirme |
20A | 2 oz (70μm) | 3mm | ≤15°C | Dizi üzerinden termal |
100A+ | 4 oz (140μm) | 15mm | ≤20°C | Sıvı soğutmalı bakır bara |
5.Yüksek güvenilirlikli çözümler
- Askeri düzeyde koruma
- Simetrik laminat tasarımı (≤%5 empedans sapması)
- Azot dolu ambalaj (oksijen içeriği <100ppm)
- Arıza uyarı sistemi
- Üç seviyeli uyarı mekanizması:
Seviye 1: Sıcaklık 85°C'yi aştığında sesli ve görsel alarm
Seviye 2: Akım sınırı aştığında otomatik frekans azaltma
Seviye 3: Sigorta koruması (eylem süresi < 50 ms)
Özet
PCB aşırı yüklenme sorunları elektriksel performans düşüşü, termal arıza ve sistem kararlılığı risklerini içerir ve tüm tasarım, üretim ve test süreci boyunca kontrol edilmelidir. Hassas akım taşıma kapasitesi hesaplamaları (örneğin, 100 A'yı destekleyen 4 oz bakır kalınlığı + 15 mm iz genişliği), gelişmiş termal tasarım (sıcaklık artışını azaltan petek ısı yayma deliği dizileri), sıkı süreç kontrolü (direnci azaltan VIPPO bakır dolgusu) ve akıllı izleme (gerçek zamanlı akım/sıcaklık uyarıları) kullanılarak PCB güvenilirliği önemli ölçüde artırılabilir.
İlgili Yazılar