Diseño de PCB para interruptor lateral alto (alta corriente)

Estoy trabajando en un diseño de PCB para dos interruptores laterales altos. Puede ver a continuación una imagen de mi diseño actual.

diseño de placa de circuito impreso

El peso del cobre de la futura PCB será probablemente de 2 oz/ft² (doble cara). Yo uso dos MOSFET de canal p (IPB180P04P4). Espero 10 amperios para el MOSFET de la derecha (elijo estar muy cerca de la huella mínima, Pd alrededor de 0,2 W) y 15 amperios (U2, pico a 30 amperios, Pd alrededor de 0,45 W, máx. 1,8 W) para el MOSFET a la izquierda (U1, 8 cm² de cobre).

IC1 es un sensor de corriente.

Los bloques de terminales (U15, U16) son de este tipo: WM4670-ND en Digikey .

Para dibujar tanta corriente en este tipo de PCB, una de las calculadoras en línea me dijo que necesitaba trazas de 20 mm. Para ahorrar espacio, decidí dividir este trazo grande en dos trazos (uno en la parte superior y otro en la parte inferior). Conecto ambas trazas con un patrón de vías (tamaño de taladro 0,5 mm en una cuadrícula de 2x2 mm²). No tengo ninguna experiencia en este tipo de diseño, así que miré otros tableros y elegí una dimensión que me pareció justa. ¿Es este patrón a través del camino correcto a seguir?

Debajo de los MOSFET, utilizo el mismo tipo de patrón pero con un tamaño de taladro más pequeño de 0,3 mm para hacer la unión térmica. ¿La soldadura fluirá mejor con este tamaño? Ninguna de las vías está llena hasta ahora...

También estoy pensando en no tener ninguna máscara de soldadura en estos rastros, eso sería aplicar un poco de soldadura en el cobre.

También me preocupan las almohadillas de los MOSFET. Elegí no cubrirlos con cobre. Pensé que el dispositivo podría autocentrarse de esta manera, pero eso probablemente podría aumentar la resistencia...

Por favor, siéntase libre de comentar el diseño!
Gracias !

EDITAR 1

Mejoro un poco el diseño. Agregué más vías debajo de las almohadillas térmicas de los MOSFET. Hay algo de cobre desnudo debajo de los MOSFET (si quiero agregar un disipador de calor en el futuro).

Superior v2

¡Por favor siéntase libre de comentar! Gracias de antemano !

EDITAR 2

Una nueva actualización de este diseño. Aumenté el área de cobre alrededor de los cables de los MOSFET. Eso debería disminuir la resistencia de estos rastros.

Agregué más vías entre las capas superior e inferior para mejorar la distribución actual en estas capas.

Le pregunté al fabricante si podría haber tapado vías debajo de los dispositivos para mejorar la disipación de calor. Me dijo que era duable.

No creo que cambie nada más. Esa fue mi mejor suposición, así que puedo intentarlo si nadie tiene ningún comentario.

Superior Inferior v3 Parte inferior v3

Un par de cosas: primero, realmente no desea muchas (o ninguna) vías directamente debajo de sus MOSFET. O tendrá que pagar más por la casa de tableros para taparlos, o quitarán la soldadura de la pieza (o peor aún, si las vías están cubiertas en la parte inferior, los vapores de flujo que escapan pueden crear grandes vacíos justo debajo el FET). Recomendaría extender el área de cobre alrededor del pad FET (como hiciste a la izquierda de U$2) y agregar más vías allí. Además, si bien los rastros sin máscara de soldadura pueden ayudar, agregará un paso de fabricación adicional. Importará si eres sensible a los costos. ¡Parece un proyecto divertido!
¡¡Sí, es un proyecto divertido!! Gracias por los comentarios, el fabricante ya está haciendo las placas. Definitivamente voy a prestar atención a estos temas. Estoy preocupado por las vías debajo de los MOSFET. No están tapados, pero espero que no absorban demasiado la soldadura de la pieza. Hablé de este problema en otra pregunta. Acerca de poner un poco de soldadura en los rastros desenmascarados, lo pensé y decidí que podría funcionar sin él. Eso también reduce la posibilidad de un cortocircuito, lo cual no es malo...
Sobre el área de cobre, lamentablemente me estaba quedando sin espacio. Entonces, si quiero mejorar la disipación de calor, prefiero usar un disipador de calor. ¡Los vacíos debajo de los MOSFET son uno de los principales problemas que tendré que resolver pronto! ¿Tiene algún consejo para esto (ahora que las tablas están hechas de esta manera)?
El consejo que siempre he recibido es "nunca" usar vías abiertas en un pad. A veces necesito hacerlo, así que pongo algunos, y hasta ahora ha funcionado. ¡Sueldan con mecha! Una vez hice una placa con muchos de estos (menos de los que tienes, aunque ( sonrisa )), y la soldadura corrió hacia la parte inferior de la placa y se acumuló en una gran gota. ¡Aunque había una máscara de soldadura entre las vías de la capa inferior! Un intento de resolver este problema es "tienda" las vías en la capa inferior. Esto significa que están cubiertos con una máscara de soldadura. Solo es posible si las vías son lo suficientemente pequeñas para mantener la máscara intacta...
Sin embargo, el problema con esto es que los gases en expansión (ya sea el aire mismo o el flujo) no pueden escapar por la parte inferior del tablero. Empujan contra el FET, dejando burbujas y vacíos. No es una buena solución. Si yo estuviera en su lugar, con las placas ya fabricadas, probablemente soldaría las vías manualmente, antes de soldar los FET. Esperemos que no se quede sin fondo :)
Es interesante escuchar que no sugiere vías debajo de las almohadillas para disipar el calor. Trabajé con algunos LED de potencia hace un tiempo y Cree sugirió específicamente agregar vías debajo de las almohadillas para aumentar el área que puede transferir el calor. ¡Entiendo que los gases se expandan! Estaría interesado en la conclusión final!
Me gustan las otras respuestas y aprendí algo Tenga cuidado porque la resistencia de ENCENDIDO empeora con la temperatura, por lo que podría desbocarse Y las pérdidas de conmutación a menudo superan las pérdidas de conducción con bajas resistencias de ENCENDIDO
@AJBotha: para vías en almohadillas, la recomendación general es obtener vías "tapadas" o "llenadas", donde las vías se llenan con un epoxi (opcionalmente conductor) y se recubren en el proceso de fabricación. Obtiene un acabado de tablero plano y los beneficios térmicos de una vía, a costa de los gastos de fabricación.

Respuestas (3)

Tengo curiosidad de cómo derivaste tus números de disipación de energía. Al mirar la hoja de datos, parece 10 am 200 mW (aumento de temperatura de 12 grados), 30 amperios, 2.5 W con un aumento de temperatura de 90 grados (dado el Rthja de 40 grados / W que parece ser cierto incluso si tiene 6 cm ^ 2 del área de PCB).

Dicho esto, si desea extraer una gran cantidad de calor de sus FET, puede perforar un orificio pasante chapado de .250" debajo de ellos y luego usar una barra de cobre que se extienda a través del orificio y entre en contacto con la parte posterior del paquete. También podría pegar un disipador de calor en la parte superior, pero no es tan efectivo tratar de conducirlo a través de la carcasa.

Para sus preguntas de diseño, parece un rastro de 6 mil para todos los clientes potenciales de origen. Esa sería una mala elección a 30A, en comparación, mire dentro de un fusible de 30A :-) Lo que significa es que obtendrá algo de calentamiento en ese rastro. Cualquiera que sea el ancho de trazo que elija, haga el cálculo en el nivel de cobre elegido y use la resistencia actual al cuadrado x para calcular cuántos vatios se disipará ese trazo.

No necesita todas las vías que tiene en la plataforma. 5 sería suficiente para conectar térmicamente de arriba a abajo. He visto a personas que solo usan uno, pero confías mucho en el plato a pesar del agujero en ese caso.

En realidad, la mayor parte de la corriente va del bloque IN al bloque OUT, son bloques de terminales. Debería revisar el número nuevamente, no los tengo en mente en este momento, pero funcionó bien al final. No estoy seguro de entender el truco de la babosa de cobre... Está bien para todas las vías, realmente no lo sabía, así que lo intenté de esta manera. Es bueno saberlo para la próxima, ¡gracias!

Podría considerar quitar la máscara de soldadura sobre los rastros de alta corriente y permitir que el recubrimiento de hasl los espese un poco (¿y posiblemente llene las vías?).

¿Alguien todavía usa HASL? Muchos fabricantes de PCB ya no son compatibles con HASL, ya que la diferencia de costos es prácticamente nula y ENIG produce un acabado mejor y más plano.
Solo puedo decir que en realidad hicieron un acabado ENIG. Sin embargo, no eliminé la máscara de soldadura, pero ese fue un buen punto. Gracias

Considere usar una PCB de sustrato de aluminio si necesita tanta potencia de enfriamiento. Esas son MUCHAS vías térmicas, no creo que muchas tiendas de prototipos hagan esto sin un cargo de perforación adicional.

Comentario general en caso de que ayude a alguien: muchos lugares dibujan una línea de 35 perforaciones por pulgada cuadrada.
No conocía la PCB de sustrato de aluminio en ese momento. Pero eso finalmente funcionó. Vi PCB comerciales para altas corrientes con tantas vías, así que pensé que eso no podría dañar. En realidad no sé si me cobraron algún cargo adicional, no dicen nada en la cotización... pero eso no quiere decir que no me cobraron, supongo.
Diseño de PCB para interruptor lateral alto (alta corriente)
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