Theo xu hướng toàn cầu tích cực chuyển đổi sang năng lượng bền vững, ngành năng lượng mới đang phát triển mạnh. Từ phương tiện sử dụng năng lượng mới đến thiết bị phát điện năng lượng mặt trời và gió, cốt lõi của nhiều ứng dụng năng lượng mới không thể tách rời khỏi thành phần chính -bảng mạch năng lượng mới. Mặc dù chỉ là một bảng mạch có vẻ bình thường nhưng nó không thể thiếu trong các hệ thống năng lượng mới, mang các nhiệm vụ bố trí mạch và truyền tín hiệu phức tạp, đồng thời là nền tảng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định của thiết bị năng lượng mới.
1, Vật liệu nền: nền tảng của hiệu suất
Vật liệu nền của bảng mạch năng lượng mới là yếu tố chính quyết định hiệu suất của chúng. So với các bảng mạch truyền thống, các ứng dụng năng lượng mới thường phải đối mặt với các yêu cầu nghiêm ngặt hơn về môi trường và hiệu suất nên việc lựa chọn vật liệu nền vô cùng tỉ mỉ.
Trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới, do môi trường phức tạp như độ rung, nhiệt độ cao và nhiễu điện từ phát sinh trong quá trình vận hành phương tiện, chất nền cần phải có độ bền cơ học tuyệt vời, khả năng chịu nhiệt độ cao và cách điện. Tấm vải thủy tinh Epoxy đã trở thành một lựa chọn phổ biến cho chất nền bảng mạch xe năng lượng mới do hiệu suất toàn diện tuyệt vời của nó. Nó không chỉ có thể chịu được một mức độ căng thẳng cơ học nhất định để đảm bảo tính toàn vẹn của bảng mạch trong quá trình rung của xe mà còn có nhiệt độ chuyển thủy tinh cao để duy trì hiệu suất điện ổn định trong môi trường nhiệt độ cao. Ví dụ, trong bảng mạch hệ thống quản lý pin của xe điện, chất nền FR-4 có thể hỗ trợ mạch một cách đáng tin cậy, đảm bảo truyền chính xác các tín hiệu quản lý và giám sát trạng thái pin.
Trong lĩnh vực quang điện mặt trời, việc tiếp xúc ngoài trời-trong thời gian dài, nhiệt độ cao và thấp xen kẽ cũng như độ ẩm đòi hỏi chất nền của bảng mạch phải có khả năng chống chịu thời tiết tốt và chống ăn mòn hóa học. Tại thời điểm này, một số tài liệu-hiệu suất cao đặc biệt đang xuất hiện. Chất nền polyimide (PI) có khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp tuyệt vời và có thể duy trì sự ổn định trong phạm vi nhiệt độ khắc nghiệt từ -200 độ đến 260 độ. Đồng thời, khả năng chống tia cực tím và hóa chất tuyệt vời khiến chúng thích hợp để sử dụng lâu dài trong môi trường ngoài trời khắc nghiệt, kéo dài tuổi thọ của bảng mạch trong thiết bị phát điện bằng năng lượng mặt trời một cách hiệu quả.
2, Thiết kế kết cấu: cốt lõi của việc tối ưu hóa hiệu suất
Thiết kế cấu trúc của bảng mạch năng lượng mới đòi hỏi phải xem xét toàn diện nhiều yếu tố để đạt được hiệu suất điện và tận dụng không gian tốt hơn.
Đối với bảng mạch hệ thống điện của các phương tiện sử dụng năng lượng mới, do nhu cầu xử lý việc truyền tải công suất cao và các tín hiệu điều khiển phức tạp nên cấu trúc bảng mạch nhiều lớp thường được sử dụng. Bằng cách tăng số lượng lớp, có thể đạt được bố cục mạch phức tạp hơn trong không gian hạn chế, giảm giao thoa đường dây và nhiễu. Ví dụ, trong bảng mạch điều khiển động cơ, bảng mạch có 8 lớp trở lên thường được sử dụng. Lớp bên trong có thể được sử dụng để bố trí các lớp nguồn và nối đất, cung cấp nguồn điện ổn định cho mạch và giảm nhiễu tín hiệu; Lớp bên ngoài được sử dụng để kết nối các chân của các linh kiện điện tử khác nhau để đạt được tín hiệu đầu vào và đầu ra. Trong khi đó, điều quan trọng là phải thiết kế chiều rộng và khoảng cách của mạch một cách hợp lý. Đối với đường dây truyền tải có dòng điện cao, chiều rộng đường dây sẽ được mở rộng hợp lý để giảm điện trở đường dây, giảm thiểu tổn thất năng lượng và sinh nhiệt; Đối với-các đường tín hiệu tốc độ cao, khoảng cách và độ dài của các đường sẽ được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu cũng như giảm sự phản xạ tín hiệu và nhiễu xuyên âm.
Trong các hệ thống sản xuất năng lượng mới phân tán, chẳng hạn như trang trại gió và nhà máy điện mặt trời, bảng mạch có thể cần phải thích ứng với các yêu cầu lắp đặt và kết nối khác nhau. Tại thời điểm này, thiết kế cấu trúc mô-đun đã xuất hiện. Chia toàn bộ bảng mạch thành nhiều mô-đun độc lập theo chức năng của chúng và mỗi mô-đun có thể được thiết kế, sản xuất và thử nghiệm riêng biệt trước khi lắp ráp. Thiết kế mô-đun này không chỉ hỗ trợ sản xuất và bảo trì mà còn cho phép điều chỉnh linh hoạt các tổ hợp mô-đun theo các kịch bản ứng dụng thực tế, cải thiện tính linh hoạt và khả năng mở rộng của bảng mạch. Ví dụ, trong thiết kế bảng mạch của bộ biến tần năng lượng mặt trời, mạch đầu vào, mạch biến tần, mạch đầu ra, v.v. có thể được thiết kế dưới dạng các mô-đun độc lập, có thể chọn số lượng và thông số kỹ thuật thích hợp của các mô-đun để kết hợp theo yêu cầu biến tần của các mức công suất khác nhau.
3, Quy trình sản xuất: Đảm bảo chất lượng
Quy trình sản xuất bảng mạch năng lượng mới ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu suất của chúng, đồng thời mọi bước từ xử lý chất nền đến kiểm tra sản phẩm cuối cùng đều phải được kiểm soát chặt chẽ.
Xử lý bề mặt là bước đầu tiên trong sản xuất, bao gồm cắt, khoan và các hoạt động khác trên bề mặt. Trong quá trình cắt, cần có-thiết bị cắt có độ chính xác cao để đảm bảo độ chính xác của kích thước bề mặt và sai số kiểm soát trong phạm vi rất nhỏ. Quá trình khoan thậm chí còn quan trọng hơn. Đối với số lượng lớn lỗ xuyên trên bảng mạch năng lượng mới, cần có độ chính xác khẩu độ cao và thành lỗ nhẵn. Công nghệ khoan laze tiên tiến đóng vai trò quan trọng trong quá trình này vì nó có thể đạt được-gia công có độ chính xác cao đối với các khẩu độ nhỏ (chẳng hạn như dưới 0,1mm) với mức độ hư hại tối thiểu đối với thành lỗ, điều này có lợi cho quá trình mạ điện và kết nối điện sau này.
Chế tạo mạch là một trong những quy trình cốt lõi trong sản xuất, chủ yếu được hoàn thành thông qua kỹ thuật quang khắc và khắc. Trong quá trình quang khắc, bề mặt chất nền trước tiên được phủ đồng đều bằng chất quang dẫn, sau đó sử dụng thiết bị quang khắc có độ chính xác cao-để phơi mẫu mạch được thiết kế lên chất quang dẫn thông qua một mặt nạ. Sau khi tiếp xúc, chất quang dẫn trải qua quá trình xử lý phát triển, để lại mẫu chất quang dẫn phù hợp với mẫu mạch. Tiếp theo, quá trình khắc được thực hiện để loại bỏ lá đồng không được bảo vệ bởi chất quang dẫn bằng dung dịch khắc hóa học, từ đó tạo thành một mạch chính xác. Quá trình này đòi hỏi độ sạch môi trường cực cao và ngay cả những hạt bụi nhỏ cũng có thể gây ra các khuyết tật như đoản mạch hoặc hở mạch trong mạch. Do đó, các xưởng sản xuất thường sử dụng thiết bị lọc-không bụi để đảm bảo rằng quá trình in thạch bản và khắc axit được thực hiện trong môi trường có độ sạch cao.
Sau khi hoàn thành việc sản xuất mạch, cần thực hiện xử lý bề mặt trên bảng mạch để cải thiện khả năng hàn và hiệu suất bảo vệ của nó. Các quy trình xử lý bề mặt phổ biến bao gồm phun thiếc, mạ vàng, mạ niken hóa học, v.v. Trong các bảng mạch năng lượng mới, do yêu cầu độ tin cậy cao nên quy trình mạ vàng ngâm và mạ niken điện phân được sử dụng rộng rãi. Quá trình ngâm vàng có thể tạo thành một lớp vàng đồng nhất trên bề mặt lá đồng. Khả năng dẫn điện và chống ăn mòn tốt của vàng không chỉ cải thiện khả năng hàn của bảng mạch mà còn ngăn chặn hiệu quả quá trình oxy hóa lá đồng và kéo dài tuổi thọ của bảng mạch; Quá trình mạ vàng niken điện phân trước tiên tạo ra một lớp niken trên bề mặt lá đồng, sau đó là một lớp vàng. Lớp niken có thể đóng vai trò là lớp rào cản ngăn các nguyên tử đồng khuếch tán vào lớp vàng, nâng cao hơn nữa độ tin cậy và độ ổn định của bảng mạch.
Bảng mạch năng lượng mới pcb fr4