Diseño de PCB para interruptor lateral alto (corriente alta)

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

Diseño de PCB

El peso de cobre de la futura PCB probablemente será de 2 oz / ft² (doble cara). Yo uso dos canales P MOSFET (IPB180P04P4). Espero 10 Amps para el MOSFET a la derecha (elijo estar muy cerca de la huella mínima, Pd aproximadamente 0.2 W) y 15 Amps (U2, pico a 30 Amps, Pd aproximadamente 0.45 W, máximo 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 sacar tanta corriente sobre este tipo de PCB, una de las calculadoras en línea me dijo que necesitaba trazas de 20 mm. Para ahorrar algo de espacio, decidí dividir este gran rastro en dos trazos (uno en la parte superior, uno en la parte inferior). Conecto ambas trazas con un patrón de vías (tamaño de taladro de 0,5 mm en una cuadrícula de 2x2 mm²). No tengo ninguna experiencia en este tipo de diseño, así que miré otras tablas y tomé una dimensión que me pareció justa. ¿Es a través del patrón el camino correcto?

Bajo los MOSFET, utilizo el mismo tipo de patrón pero con un 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 algo de soldadura en el cobre.

También estoy preocupado por los pads de los MOSFET. Elegí no cubrirlos con cobre. Pensé que el dispositivo podría centrarse de esta manera, pero eso probablemente podría aumentar la resistencia ...

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Gracias !

EDITAR 1

Mejoro ligeramente el diseño. Agregué más vias 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).

Top 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 conectado las vías debajo de los dispositivos para mejorar la disipación de calor. Me dijo que eso era valioso.

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

Superior Inferior v3 Bottom v3

— Marmoz
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Un par de cosas: Primero, realmente no quieres muchas (o ninguna) vias directamente debajo de tus MOSFET. O tendrá que pagar más por la casa de juntas para enchufarlos, o quitarán la soldadura de la parte (o peor, si las vías se cargan en la parte inferior, los vapores de flujo de escape pueden hacer grandes huecos justo debajo el FET). Recomendaría extender el área de cobre alrededor de la plataforma FET (como lo hizo a la izquierda de U $ 2) y agregar más vías allí. Además, si bien los rastros de soldadura en máscara pueden ayudar, agregará un paso de fabricación adicional. Importará si eres sensible al costo. ¡Parece un proyecto divertido!

— Bitsmack

¡Sí, es un proyecto divertido! Gracias por los comentarios, el fabricante ya está haciendo los tableros. Definitivamente prestaré atención a estos temas. Estoy preocupado por las vías bajo los MOSFET. No están enchufados, pero espero que no eliminen demasiado la soldadura de la pieza. Hablé sobre este problema en otra pregunta. Sobre poner un poco de soldadura en los rastros sin máscara, lo pensé y decidí que podría funcionar sin él. Eso también reduce la posibilidad de cortocircuito, lo cual no es malo ...

— Marmoz

Sobre el área de cobre, me estaba quedando sin espacio desafortunadamente. Entonces, si quiero mejorar la disipación de calor, prefiero usar un disipador de calor. ¡Los vacíos bajo los MOSFET son uno de los principales problemas que tendré que resolver pronto! ¿Tienes algún consejo para esto (ahora que las tablas están hechas de esta manera)?

— Marmoz

El consejo que siempre he recibido es "nunca" usar vias abiertas en un bloc. A veces necesito hacerlo, así que puse algunos, y hasta ahora ha funcionado. Ellos hacen mecha de soldadura! Una vez hice una tabla con muchos de estos (menos de lo que tienes, sin embargo ( sonrisa )), y la soldadura corrió hacia la parte inferior de la placa y se acumuló en una gran caída. ¡A pesar de que había una máscara de soldadura entre las vías inferiores! Un intento de resolver este problema es "cubrir" 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 como para mantener la máscara intacta ...

— bitsmack

Sin embargo, el problema con esto es que los gases en expansión (ya sea el aire mismo o el flujo) no pueden escapar a través del fondo del tablero. Empujan contra el FET, dejando burbujas y vacíos. No es una buena solución. Si estuviera en su lugar, con las placas ya fabricadas, probablemente soldaría la soldadura en las vías manualmente, antes de soldar los FET. Esperemos que no se quede sin fondo :)

— bitsmack

Respuestas:

Tengo curiosidad por saber cómo obtuvo sus números de disipación de potencia. Mirando la hoja de datos, parece que son las 10 a.m. 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 mucho calor de sus FET, puede perforar un orificio pasante plateado de .250 "debajo de ellos y luego usar una bala de cobre que se extiende a través del orificio y hace 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 llevar a cabo el caso.

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

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

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

— Marmoz

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

— TomKeddie
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¿Alguien todavía usa HASL? Muchos fabricantes de PCB ya ni siquiera admiten HASL ya que la diferencia de costos es prácticamente nula, y ENIG produce un acabado mejor y más plano.

— Oliver

Solo puedo decir que en realidad hicieron un acabado ENIG. Sin embargo, no quité la máscara de soldadura, pero ese fue un buen punto. Gracias

— Marmoz

Considere usar una placa de sustrato de aluminio si necesita tanta potencia de enfriamiento. Esa es una gran cantidad de vías térmicas, no creo que muchas tiendas de prototipos lo hagan sin un cargo adicional de perforación.

— Exprimidor de comadreja
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Comentario general en caso de que ayude a alguien: muchos lugares trazan una línea a 35 taladros por pulgada cuadrada.

— Anthony

No conocía el sustrato de aluminio PCB en ese momento. Pero eso finalmente funcionó. Vi PCB comerciales para altas corrientes con estas muchas vías, así que pensé que eso no podría dañar. Realmente no sé si me cobraron tarifas adicionales, no dicen nada en la cotización ... pero eso no significa que no me cobraron, supongo.

— Marmoz