Layout da placa de circuito impresso para chave lateral alta (alta corrente)

Estou trabalhando em um layout de PCB para dois switches laterais altos. Você pode ver abaixo uma imagem do meu layout atual.

Layout de PCB

O peso de cobre do futuro PCB provavelmente será de 2 oz / ft² (dupla face). Eu uso dois MOSFET de canal p (IPB180P04P4). Espero 10 Amps para o MOSFET à direita (eu escolho estar muito próximo da pegada mínima, Pd cerca de 0,2 W) e 15 Amps (U2, pico em 30 Amps, Pd cerca de 0,45 W, max 1,8 W) para o MOSFET à esquerda (U1, 8 cm² de cobre).

IC1 é um sensor de corrente.

Os blocos de terminais (U15, U16) são deste tipo: WM4670-ND no Digikey .

Para desenhar tanta corrente nesse tipo de PCB, uma das calculadoras on-line me disse que eu precisava de traços de 20 mm. Para economizar espaço, decidi dividir esse grande rastreio em dois traços (um na parte superior e outro na parte inferior). Eu conecto os dois traços com um padrão de vias (tamanho da broca 0,5 mm em uma grade de 2x2 mm²). Como não tenho experiência nesse tipo de layout, olhei para outras placas e peguei uma dimensão que me parecia justa. Esse padrão via é o caminho certo a seguir?

Sob os MOSFETs, eu uso o mesmo tipo de padrão, mas com um tamanho de broca menor de 0,3 mm para fazer a junção térmica. A solda flui melhor com esse tamanho? Nenhuma das vias está cheia até agora ...

Também estou pensando em não ter nenhuma máscara de solda nesses traços, que seria aplicar alguma solda no cobre.

Também estou preocupado com as almofadas dos MOSFETs. Eu escolhi não cobri-los com cobre. Eu pensei que o dispositivo pudesse se autocentrar dessa maneira, mas isso provavelmente pode aumentar a resistência ...

Por favor, sinta-se livre para comentar o layout!
Obrigado !

EDIT 1

Eu melhoro ligeiramente o design. Eu adicionei mais vias sob as almofadas térmicas dos MOSFETs. Existe algum cobre nu sob os MOSFETs (se eu quiser adicionar um dissipador de calor no futuro).

Top v2

Por favor, fique à vontade para comentar ! Agradeço antecipadamente !

EDIT 2

Uma nova atualização para este design. Aumentei a área de cobre ao redor dos terminais dos MOSFETs. Isso deve diminuir a resistência desses traços.

Eu adicionei mais vias entre as camadas superior e inferior para melhorar a distribuição atual nessas camadas.

Perguntei ao fabricante se eu poderia ter conectado vias sob os dispositivos para melhorar a dissipação de calor. Ele me disse que era duplamente.

Acho que não vou mudar mais nada. Esse foi o meu melhor palpite, então posso tentar se ninguém tiver nenhum comentário.

Top Bottom v3 Parte inferior v3

— Marmoz
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Algumas coisas: primeiro, você realmente não quer muitas (ou nenhuma) vias diretamente sob seus MOSFETs. Ou você terá que pagar um valor extra pela casa da diretoria para conectá-los, ou eles afastarão a solda da peça (ou pior, se as vias estiverem tendas na parte inferior, os vapores que escapam do fluxo podem criar grandes vazios logo abaixo) o FET). Eu recomendaria estender a área de cobre ao redor do bloco FET (como você fez à esquerda de US $ 2) e adicionar mais vias lá. Além disso, embora os vestígios de solda sobre não mascarada possam ajudar, ele adicionará uma etapa extra de fabricação. Será importante se você é sensível aos custos. Parece um projeto divertido!

— bitsmack

Sim, é um projeto divertido !! Obrigado pelos comentários, o fabricante já está fazendo as placas. Definitivamente prestarei atenção a estas questões. Estou preocupado com as vias sob os MOSFETs. Eles não estão entupidos, mas espero que eles não afastem muito a solda da peça. Eu falei sobre esse problema em outra pergunta. Sobre colocar um pouco de solda em traços não mascarados, pensei sobre isso e decidi que poderia funcionar sem. Isso também reduz a chance de curto-circuito que não é uma coisa ruim ...

— Marmoz

Sobre a área de cobre, eu estava ficando sem espaço infelizmente. Então, se eu quiser melhorar a dissipação de calor, prefiro usar um dissipador de calor. Os vazios sob os MOSFETs são um dos principais problemas que terei que resolver em breve! Você tem algum conselho para isso (agora que as placas são feitas dessa maneira)?

— Marmoz 07/03

O conselho que eu sempre recebi é "nunca" usar vias abertas em um bloco. Às vezes eu preciso, então coloquei algumas, e deu certo até agora. Eles soldam pavio! Eu fiz uma placa uma vez com muitas delas (menos do que você tem, no entanto ( sorri )), e a solda correu para o lado de baixo da placa e juntou-se em uma grande queda. Mesmo que houvesse máscara de solda entre as vias da camada inferior! Uma tentativa de resolver esse problema é "barrar" as vias na camada inferior. Isso significa que eles são cobertos com máscara de solda. Isso só é possível se as vias são pequenos o suficiente para manter a máscara intacta ...

— bitsmack

O problema com isso, no entanto, é que os gases em expansão (o próprio ar ou o fluxo) não podem escapar pela parte inferior do painel. Eles pressionam o FET, deixando bolhas e vazios. Não é uma boa solução. Se eu estivesse no seu lugar, com as placas já sendo fabricadas, provavelmente executaria a solda nas vias manualmente, antes de soldar os FETs. Esperemos que isso não vai correr para fora do fundo :)

— bitsmack

Respostas:

Estou curioso para saber como você obteve seus números de dissipação de energia. Olhando para a folha de dados, parece 10ams 200 mW (aumento de temperatura de 12 graus), 30 ampères, 2,5W com um aumento de temperatura de 90 graus (considerando a Rthja de 40 graus / W, o que parece ser verdade mesmo se você tiver 6 cm ^ 2 da área de PCB).

Dito isto, se você deseja extrair muito calor dos seus FETs, pode-se fazer um furo de 0,250 pol. Por baixo deles e usar uma lesma de cobre que se estende através do furo e entra em contato com a parte de trás da embalagem. também pode colar um dissipador de calor na parte superior, mas não é tão eficaz tentar conduzir o gabinete.

Para suas perguntas de layout, parece um rastreamento de 6mil para todos os leads de origem. Isso seria uma péssima escolha em 30A; em comparação, olhe dentro de um fusível de 30A :-) O que significa é que você terá algum aquecimento nesse traço. Qualquer que seja a largura de traço que você escolher, faça o cálculo no nível de cobre escolhido e use a resistência ao quadrado x atual para calcular quantos watts esse traço dissipará.

Você não precisa de todas as vias que possui. 5 seria suficiente para conectar termicamente de cima para baixo. Vi pessoas usarem apenas um, mas nesse caso você depende muito da placa, apesar do buraco.

— Mandril
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Na verdade, a maior parte da corrente passa do bloco IN para o bloco OUT, eles são blocos terminais. Eu deveria passar pelo número novamente, não os tenho em mente agora, mas funcionou bem no final. Não tenho certeza de entender o truque da lesma de cobre ... OK para todas as vias, eu realmente não sabia, então tentei dessa maneira. É bom saber para a próxima vez, obrigado!

— Marmoz 03/07

Você pode considerar remover a máscara de solda sobre os traços de alta corrente e permitir que o revestimento hasl os engrosse um pouco (e possivelmente encha as vias?).

— TomKeddie
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Alguém ainda usa o HASL? Muitos fabricantes de PCB nem sequer suportam o HASL, já que a diferença de custo é praticamente nenhuma, e a ENIG produz um acabamento melhor e mais plano.

— Oliver

Posso apenas dizer que eles realmente fizeram o ENIG. No entanto, não removi a máscara de solda, mas esse foi um bom ponto. Obrigado

— Marmoz

Considere usar um PCB de substrato de alumínio se precisar de tanto poder de resfriamento. Isso é MUITAS vias térmicas, não acho que muitas lojas de proto façam isso sem uma taxa adicional de perfuração.

— Espremedor de doninhas
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Comentário geral, caso ajude alguém: muitos lugares traçam uma linha a 35 exercícios por polegada quadrada.

— Anthony

Eu não conhecia o PCB do substrato de alumínio na época. Mas isso finalmente deu certo. Vi PCBs comerciais para altas correntes com tantas vias, então achei que isso não poderia prejudicar. Na verdade, eu não sei se eles me cobraram taxas adicionais, eles não dizem nada sobre a cotação ... mas isso não significa que eles não me cobraram, eu acho.

— Marmoz 03/07