Layout PCB per interruttore laterale alto (alta corrente)

Sto lavorando su un layout PCB per due interruttori lato alto. Di seguito puoi vedere una foto del mio layout attuale.

Layout PCB

Il peso di rame del futuro PCB sarà probabilmente di 2 oz / ft² (doppia faccia). Uso due MOSFET a canale p (IPB180P04P4). Mi aspetto 10 Amp per il MOSFET a destra (scelgo di essere molto vicino all'impronta minima, Pd circa 0,2 W) e 15 Amp (U2, picco a 30 Amp, Pd circa 0,45 W, max 1,8 W) per il MOSFET a sinistra (U1, 8 cm² di rame).

IC1 è un sensore di corrente.

Le morsettiere (U15, U16) sono di questo tipo: WM4670-ND su Digikey .

Per attirare tanta corrente su questo tipo di PCB, uno dei calcolatori online mi ha detto che avevo bisogno di tracce di 20 mm. Per risparmiare un po 'di spazio, ho deciso di dividere questa grande traccia in due tracce (una in alto, una in basso). Collego entrambe le tracce con un modello di via (dimensione del trapano 0,5 mm su una griglia di 2x2 mm²). Non ho alcuna esperienza in questo tipo di layout, quindi ho guardato altre schede e ho acquisito una dimensione che mi sembrava giusta. Questa via pattern è la strada giusta da percorrere?

Sotto i MOSFET, utilizzo lo stesso tipo di modello ma con una punta più piccola di 0,3 mm per realizzare la giunzione termica. La saldatura fluirà meglio con queste dimensioni? Finora nessuno dei via è pieno ...

Sto anche pensando di non avere alcuna maschera per saldatura su queste tracce, sarebbe applicare una saldatura sul rame.

Sono anche preoccupato per i pad dei MOSFET. Ho scelto di non coprirli con il rame. Pensavo che il dispositivo potesse autocentrarsi in questo modo, ma ciò potrebbe probabilmente aumentare la resistenza ...

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MODIFICA 1

Ho leggermente migliorato il design. Ho aggiunto altri via sotto i pad termici dei MOSFET. C'è un po 'di rame nudo sotto i MOSFET (se voglio aggiungere un dissipatore di calore in futuro).

Top v2

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MODIFICA 2

Un nuovo aggiornamento a questo design. Ho aumentato l'area di rame attorno ai cavi dei MOSFET. Ciò dovrebbe ridurre la resistenza di queste tracce.

Ho aggiunto più vie tra i livelli superiore e inferiore per migliorare la distribuzione attuale in questi livelli.

Ho chiesto al produttore se avrei potuto collegare vias sotto i dispositivi per migliorare la dissipazione del calore. Mi ha detto che era un duetto.

Non credo che cambierò nient'altro. Questa è stata la mia ipotesi migliore, quindi posso provarlo se nessuno ha commenti.

Top Bottom v3 In basso v3

— Marmoz
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Un paio di cose: in primo luogo, non vuoi davvero molti (o nessun) via direttamente sotto i tuoi MOSFET. O dovrai pagare un extra per la casa del consiglio di amministrazione per collegarli, o allontaneranno la saldatura dalla parte (o peggio, se i vias sono sospesi sul fondo, i fumi del flusso in fuga possono fare grandi vuoti proprio sotto la FET). Consiglierei di estendere l'area di rame attorno al pad FET (come hai fatto a sinistra di U $ 2) e aggiungere altri via lì. Inoltre, mentre le tracce di saldatura su maschera non mascherata possono aiutare, aggiungerà un ulteriore passo di produzione. Importa se sei sensibile ai costi. Sembra un progetto divertente!

— BitMack

Sì, è un progetto divertente !! Grazie per i commenti, il produttore sta già realizzando le schede. Sicuramente presterò attenzione a questi problemi. Sono preoccupato per i via sotto i MOSFET. Non sono collegati, ma mi aspetto che non stiano troppo lontano dalla saldatura. Ho parlato di questo problema in un'altra domanda. A proposito di mettere un po 'di saldatura su tracce non mascherate, ci ho pensato e ho deciso che poteva funzionare senza. Ciò riduce anche la possibilità di cortocircuito che non è una brutta cosa ...

— Marmoz

Per quanto riguarda l'area del rame, stavo esaurendo lo spazio sfortunatamente. Quindi, se voglio migliorare la dissipazione del calore, preferirei utilizzare un dissipatore di calore. I vuoti sotto i MOSFET sono uno dei problemi principali che dovrò risolvere presto! Hai qualche consiglio per questo (ora che le schede sono fatte in questo modo)?

— Marmoz,

Il consiglio che ho sempre ricevuto è di "non" mai usare vie aperte in un pad. A volte ne ho bisogno, quindi ne inserisco alcuni e ha funzionato finora. Fanno lo stoppino! Una volta ho creato una tavola con molti di questi (meno di quanto tu abbia fatto, sebbene ( sorriso )), e la saldatura è corsa sul lato inferiore della tavola e si è riunita in una grande goccia. Anche se c'era un soldermask tra le vie dello strato inferiore! Un tentativo di risolvere questo problema è "tentare" i via sul livello inferiore. Ciò significa che sono coperti con soldermask. È possibile solo se i via sono abbastanza piccoli da mantenere intatta la maschera ...

— bitsmack

Il problema con questo, tuttavia, è che i gas in espansione (o l'aria stessa o dal flusso) non possono sfuggire attraverso il fondo della tavola. Spingono contro il FET, lasciando bolle e vuoti. Non è una buona soluzione. Se fossi al tuo posto, con le schede già in produzione, probabilmente verrei saldato manualmente nei vias, prima di saldare i FET. Spero che non

— finisca

Risposte:

Sono curioso di sapere come hai derivato i tuoi numeri di dissipazione di potenza. Guardando la scheda tecnica sembra 10am 200 mW (aumento della temperatura di 12 gradi), 30 amp, 2,5W con un aumento della temperatura di 90 gradi (dato il Rthja di 40 gradi / W che sembra essere vero anche se hai 6 cm ^ 2 dell'area PCB).

Detto questo, se vuoi estrarre molto calore dai tuoi FET puoi avere un foro passante da 0,250 "sotto di essi e quindi usare una lumaca di rame che si estende attraverso il foro e contatta il retro della confezione. potrebbe anche incollare un dissipatore di calore verso l'alto, ma non è così efficace cercare di condurre attraverso il caso.

Per le tue domande sul layout, sembra una traccia di 6mil per tutti i lead di origine. Sarebbe una scelta sbagliata a 30A, al confronto guarda all'interno di una miccia da 30A :-) Ciò significa che otterrai un po 'di riscaldamento su quella traccia. Qualunque sia la larghezza della traccia che scegli, esegui il calcolo al tuo livello di rame prescelto e usa la resistenza quadrata x corrente per calcolare quanti watt questa traccia dissiperà.

Non hai bisogno di tutti i via che hai sul pad. 5 sarebbe sufficiente per collegare termicamente dall'alto verso il basso. Ho visto che le persone ne usano solo una, ma in quel caso fai molto affidamento sul piatto.

— Mandrino
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In realtà, la maggior parte della corrente va dal blocco IN al blocco OUT, sono morsetti. Dovrei ripassare il numero, non li ho in mente in questo momento ma alla fine ha funzionato bene. Non sono sicuro di capire il trucco della lumaca di rame ... OK per tutte le vie, non lo sapevo davvero, quindi ho provato in questo modo. Buono a sapersi per la prossima volta, grazie!

— Marmoz,

Potresti prendere in considerazione la possibilità di rimuovere la maschera di saldatura sulle tracce di corrente elevata e di consentire al rivestimento dell'hash di ispessirle un po '(e possibilmente riempire i viali?).

— TomKeddie
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Qualcuno usa ancora HASL? Molti produttori di PCB non supportano più HASL poiché la differenza di costo è praticamente nulla e ENIG produce una finitura migliore e più piatta.

— Oliver,

Posso solo dire che hanno effettivamente finito ENIG. Tuttavia, non ho rimosso la maschera di saldatura, ma era un buon punto. Grazie

— Marmoz,

Prendi in considerazione l'uso di un PCB di substrato in alluminio se hai bisogno di così tanta potenza di raffreddamento. Questo è MOLTO viali termici, non credo che molti negozi di proto lo faranno senza una carica di perforazione aggiuntiva.

— Spremiagrumi
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Commento generale nel caso in cui aiuti qualcuno: molti posti tracciano una linea a 35 punte per pollice quadrato.

— Anthony,

All'epoca non conoscevo il PCB del substrato in alluminio. Ma alla fine ha funzionato. Ho visto PCB commerciali per correnti elevate con questi molti passaggi, quindi ho pensato che non potesse nuocere. In realtà non so se mi hanno fatto pagare costi aggiuntivi, non dicono nulla sulla quotazione ... ma questo non significa che non mi abbiano fatto pagare, immagino.

— Marmoz,