設計任何PCB都具有挑戰性，尤其是隨著設備變得越來越小。高電流PCB設計甚至更加復雜，因為它具有所有相同的障礙，還需要額外考慮一系列獨特的因素。

專家預測，對高功率設備的需求可能會上升工業物聯網實現兩位數的年增長率到2030年。以下是針對這一趨勢優化大電流電子產品中PCB設計的七個步驟。

1.確保足夠的走線尺寸

走線尺寸是高電流PCB最重要的設計考慮因素之一。銅走線已經趨向于小型化，以實現更緊湊的設計，但這在更高的電流下不起作用。較小的橫截面會通過散熱導致功率損耗，因此需要適當大的走線尺寸。

您可以通過調整兩個因素來改變走線橫截面積:走線的寬度和銅的厚度。平衡這兩者是降低功耗和保持理想PCB尺寸的關鍵。

使用PCB走線寬度計算器了解哪些寬度和厚度支持您的設備所需的電流類型。使用這些工具時，請謹慎設計走線尺寸，以支持比您認為需要的更高的電流。

2.重新考慮元件放置

元件布局是高電流PCB設計的另一個關鍵考慮因素。MOSFETs和類似元件會產生大量熱量，因此盡可能將它們與其他高熱或溫度敏感點隔開很重要。當處理縮小的外形尺寸時，這并不總是容易的。

放大器和轉換器應該與MOSFETs和其他發熱元件保持適當的距離。雖然在邊緣保持高功率區域可能很誘人，但這并不允許均勻的溫度分布。取而代之的是，將它們直線放置在整個板上以保持能量，從而使熱量更加均勻。

通過首先接近最有影響力的區域，更容易確定理想的組件。首先，確定高溫組件的理想放置位置。一旦你知道把它們放在哪里，你就可以用剩下的來填補空白。

3.優化散熱管理

同樣，高電流PCB也需要謹慎對待熱管理。對于大多數應用來說，這意味著保持內部溫度低于130攝氏度FR4層壓板的玻璃化轉變溫度。優化組件放置將有所幫助，但您的熱量最小化步驟必須不止于此。

自然對流冷卻對于較小的消費電子設備PCB可能就足夠了，但對于功率較高的應用可能就不夠了。機械散熱器可能是必要的。MOSFETs周圍的風扇或液體冷卻系統等主動冷卻也有所幫助。然而，一些設備設計可能不夠大，無法容納傳統散熱器或主動冷卻。

對于較小但高性能的PCB而言，散熱通孔是一種有用的替代方案。澆注的帶有一系列孔的高導電性金屬將在熱量到達更敏感的區域之前從MOSFETs或類似組件帶走熱量。

4.使用合適的材料

當優化熱管理并確保組件能夠承受更高的電流時，材料選擇將大有裨益。這適用于PCB的組件和基板。

雖然FR4是最常見的基板，但它并不總是高電流PCB設計的最佳選擇。金屬芯PCB可能是理想的選擇，因為它們可以平衡FR4等基板的絕緣和成本效益以及高導電性金屬的強度和溫度位移。或者，一些制造商生產特殊耐熱層壓板，您可以考慮。

同樣，您應該只使用具有高熱阻值的組件。有時，這意味著選擇更耐熱的材料，而在其他情況下，這意味著使用相同材料的更厚組件。哪種選擇最好取決于您的PCB尺寸、預算和可用的供應商。

5.完善質量控制流程

高電流PCB的可靠性也是一個在生產中發現錯誤的問題。如果制造過程不能發現并解決抵消其優勢的缺陷，那么上述四種設計選擇不會產生太大的改進。原型迭代更可靠的質量檢查同樣重要。

使用正確的工具來評估PCB的質量是該領域最重要的考慮因素之一。數字光學比較儀作為模板和覆蓋物優于傳統方法隨著時間的推移伸展和扭曲，阻礙了它們的可靠性。您還應該考慮易于自動化的工具，以最小化人為錯誤的風險。

不管您使用的具體方法和技術如何，跟蹤所有缺陷都是至關重要的。隨著時間的推移，這些數據可以揭示問題出現的趨勢，從而提供更可靠的PCB設計更改。

6.可制造性設計

在高電流PCB設計中，一個類似但經常被忽視的因素是確保易于制造。如果生產錯誤如此普遍，以至于設備很少符合紙上的規格，那么理論上PCB有多可靠也沒用。

解決方案是盡可能避免過于復雜或錯綜復雜的設計。在設計高電流PCB時，請牢記您的制造工藝，考慮這些工作流程可能會如何生產它們以及可能會出現什么問題。你越容易制造出沒有錯誤的產品，它們就越可靠。

這一步需要與生產方利益攸關方密切合作。如果您不在內部處理制造，請讓您的生產合作伙伴參與設計階段，獲取他們對潛在可制造性問題的意見。

7.將技術用于你的優勢

新的規劃和生產技術可以使平衡這些考慮更加容易。3D打印引入更多設計靈活性支持更復雜的PCB布局，而不會出現生產錯誤。它的精度還可以讓您確保銅走線遵循曲線而不是直角，以減少其長度并最大限度地降低功耗。

人工智能是另一項值得研究的技術。AI PCB工具可以自動放置元件或突出潛在的設計問題，以防止錯誤在現實世界中出現。類似的解決方案可以模擬不同的測試環境，以在生產物理原型之前評估PCB的性能。

制造階段的自動化也有類似的好處。Marelli Holdings旗下的一家斯洛伐克PCB生產廠裝配速度提高了25%并通過在芯片制造中引入協作機器人來最大限度地減少操作失誤。

高電流PCB設計需要謹慎

設計可靠的大電流PCB并不容易，但也并非不可能。遵循這七個步驟將幫助您優化設計流程，以創建更有效的高功率器件。

隨著工業物聯網的發展，這些考慮因素將變得更加重要。現在擁抱它們將是未來持續成功的關鍵。