ภายใต้กระแสการเปลี่ยนแปลงสู่พลังงานที่ยั่งยืนทั่วโลก อุตสาหกรรมพลังงานใหม่กำลังเฟื่องฟู ตั้งแต่ยานพาหนะพลังงานใหม่ไปจนถึงอุปกรณ์ผลิตพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม แกนหลักของการประยุกต์ใช้พลังงานใหม่จำนวนมากไม่สามารถแยกออกจากองค์ประกอบหลักได้ -แผงวงจรพลังงานใหม่- แม้ว่าจะเป็นเพียงแผงวงจรธรรมดา แต่ก็ขาดไม่ได้ในระบบพลังงานใหม่ โดยมีโครงร่างวงจรที่ซับซ้อนและงานส่งสัญญาณ และเป็นรากฐานในการรับรองการทำงานของอุปกรณ์พลังงานใหม่อย่างมีประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพ
1 วัสดุพื้นผิว: รากฐานสำคัญของประสิทธิภาพ
วัสดุซับสเตรตของแผงวงจรพลังงานใหม่เป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับแผงวงจรแบบเดิม การใช้พลังงานใหม่มักจะเผชิญกับข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพที่เข้มงวดมากขึ้น ดังนั้นการเลือกวัสดุซับสเตรตจึงพิถีพิถันอย่างยิ่ง
ในด้านยานพาหนะพลังงานใหม่ เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน เช่น การสั่นสะเทือน อุณหภูมิสูง และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของยานพาหนะ พื้นผิวจะต้องมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม ทนต่ออุณหภูมิสูง และเป็นฉนวนไฟฟ้า แผ่นเคลือบผ้าแก้วอีพ็อกซี่กลายเป็นตัวเลือกทั่วไปสำหรับพื้นผิวแผงวงจรรถยนต์พลังงานใหม่ เนื่องจากมีประสิทธิภาพที่ครอบคลุมเป็นเลิศ ไม่เพียงแต่ทนทานต่อความเค้นเชิงกลในระดับหนึ่งเท่านั้นเพื่อให้มั่นใจในความสมบูรณ์ของแผงวงจรระหว่างการสั่นสะเทือนของยานพาหนะ แต่ยังมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วสูงเพื่อรักษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่เสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น ในแผงวงจรระบบการจัดการแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้า สารตั้งต้น FR-4 สามารถรองรับวงจรได้อย่างน่าเชื่อถือ ทำให้มั่นใจได้ว่าการส่งสัญญาณการตรวจสอบสถานะและการจัดการแบตเตอรี่จะแม่นยำ
ในด้านแผงเซลล์แสงอาทิตย์ การสัมผัสกลางแจ้ง-ในระยะยาว อุณหภูมิที่สูงและต่ำสลับกัน และความชื้นนั้น จำเป็นต้องใช้พื้นผิวของแผงวงจรที่จะต้องทนทานต่อสภาพอากาศและการกัดกร่อนของสารเคมีได้ดี ในเวลานี้ มีวัสดุพิเศษ-ประสิทธิภาพสูงบางอย่างเกิดขึ้น พื้นผิวโพลีอิไมด์ (PI) มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำได้ดีเยี่ยม และสามารถรักษาความเสถียรในช่วงอุณหภูมิสุดขั้วที่ -200 องศา ถึง 260 องศา ในขณะเดียวกัน ความทนทานต่อรังสี UV และสารเคมีที่ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในระยะยาวในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่รุนแรง ช่วยยืดอายุการใช้งานของแผงวงจรในอุปกรณ์ผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2 การออกแบบโครงสร้าง: แกนหลักของการเพิ่มประสิทธิภาพ
การออกแบบโครงสร้างของแผงวงจรพลังงานใหม่จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการอย่างครอบคลุมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีขึ้นและการใช้พื้นที่
สำหรับแผงวงจรระบบไฟฟ้าของยานพาหนะพลังงานใหม่ เนื่องจากจำเป็นต้องจัดการกับการส่งกำลังสูง-และสัญญาณควบคุมที่ซับซ้อน จึงมักใช้โครงสร้างบอร์ดหลาย-ชั้น ด้วยการเพิ่มจำนวนเลเยอร์ เค้าโครงวงจรที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถทำได้ในพื้นที่จำกัด ลดการข้ามเส้นและการรบกวน ตัวอย่างเช่น ในแผงวงจรขับมอเตอร์ มักใช้แผงวงจรที่มี 8 ชั้นขึ้นไป ชั้นในสามารถใช้เพื่อจัดเรียงชั้นพลังงานและชั้นกราวด์ ให้แหล่งจ่ายไฟที่เสถียรสำหรับวงจรและลดการรบกวนของสัญญาณ ชั้นนอกใช้เชื่อมต่อหมุดของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เพื่อให้ได้สัญญาณอินพุตและเอาต์พุต ในขณะเดียวกัน การออกแบบความกว้างและระยะห่างของวงจรอย่างสมเหตุสมผลเป็นสิ่งสำคัญ สำหรับสายส่งกระแสสูง ความกว้างของสายจะถูกขยายให้กว้างขึ้นอย่างเหมาะสมเพื่อลดความต้านทานของสาย ลดการสูญเสียพลังงานและการสร้างความร้อน สำหรับสายสัญญาณความเร็วสูง- ระยะห่างและความยาวของเส้นจะถูกควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณสมบูรณ์และลดการสะท้อนของสัญญาณและสัญญาณข้าม
ในระบบการผลิตพลังงานใหม่แบบกระจาย เช่น ฟาร์มกังหันลมและสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ แผงวงจรอาจจำเป็นต้องปรับให้เข้ากับข้อกำหนดการติดตั้งและการเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน เมื่อมาถึงจุดนี้ การออกแบบโครงสร้างแบบโมดูลาร์ได้เกิดขึ้น แบ่งแผงวงจรทั้งหมดออกเป็นโมดูลอิสระหลายโมดูลตามฟังก์ชัน และแต่ละโมดูลสามารถออกแบบ ผลิต และทดสอบแยกกันก่อนการประกอบ การออกแบบโมดูลาร์นี้ไม่เพียงแต่อำนวยความสะดวกในการผลิตและการบำรุงรักษาเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สามารถปรับการรวมโมดูลได้อย่างยืดหยุ่นตามสถานการณ์การใช้งานจริง ปรับปรุงความคล่องตัวและความสามารถในการปรับขนาดของแผงวงจร ตัวอย่างเช่น ในการออกแบบแผงวงจรของอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ วงจรอินพุต วงจรอินเวอร์เตอร์ วงจรเอาต์พุต ฯลฯ สามารถออกแบบเป็นโมดูลอิสระ และสามารถเลือกจำนวนและข้อกำหนดของโมดูลที่เหมาะสมเพื่อรวมกันได้ตามความต้องการอินเวอร์เตอร์ของระดับพลังงานที่แตกต่างกัน
3 กระบวนการผลิต: การประกันคุณภาพ
กระบวนการผลิตแผงวงจรพลังงานใหม่ส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพและประสิทธิภาพ และทุกขั้นตอนตั้งแต่การประมวลผลพื้นผิวไปจนถึงการตรวจสอบผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด
การประมวลผลพื้นผิวเป็นขั้นตอนแรกในการผลิต รวมถึงการตัด การเจาะ และการดำเนินการอื่นๆ บนวัสดุพิมพ์ ในระหว่างกระบวนการตัด ต้องใช้อุปกรณ์ตัดที่มีความแม่นยำสูง-เพื่อรับรองความถูกต้องของขนาดวัสดุพิมพ์และข้อผิดพลาดในการควบคุมภายในช่วงที่น้อยมาก กระบวนการขุดเจาะมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น สำหรับรูทะลุจำนวนมากบนแผงวงจรพลังงานใหม่ จำเป็นต้องมีความแม่นยำของรูรับแสงสูงและผนังรูเรียบ เทคโนโลยีการเจาะด้วยเลเซอร์ขั้นสูงมีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ เนื่องจากสามารถบรรลุการตัดเฉือนรูรับแสงขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง- (เช่น ต่ำกว่า 0.1 มม.) โดยสร้างความเสียหายให้กับผนังรูน้อยที่สุด ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการชุบด้วยไฟฟ้าและการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าในภายหลัง
การผลิตวงจรเป็นหนึ่งในกระบวนการหลักในการผลิต ซึ่งส่วนใหญ่แล้วเสร็จผ่านเทคนิคการพิมพ์หินด้วยแสงและการแกะสลัก ในระหว่างกระบวนการถ่ายภาพหินด้วยแสง พื้นผิวของวัสดุพิมพ์จะถูกเคลือบอย่างสม่ำเสมอด้วยสารต้านทานแสง จากนั้นจึงใช้อุปกรณ์ถ่ายภาพหินที่มีความแม่นยำสูง-เพื่อแสดงรูปแบบวงจรที่ออกแบบไว้บนตัวต้านทานแสงผ่านหน้ากาก หลังจากการสัมผัสสารไวแสง จะต้องผ่านกระบวนการพัฒนา โดยปล่อยให้รูปแบบไวแสงสอดคล้องกับรูปแบบของวงจร ต่อไป ทำการกัดเพื่อเอาฟอยล์ทองแดงที่ไม่ได้รับการปกป้องโดยโฟโตรีซิสต์โดยใช้สารละลายกัดกรดทางเคมี ทำให้เกิดวงจรที่แม่นยำ กระบวนการนี้ต้องการความสะอาดด้านสิ่งแวดล้อมที่สูงเป็นพิเศษ และแม้แต่อนุภาคฝุ่นขนาดเล็กก็อาจทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น การลัดวงจรหรือวงจรเปิดในวงจรได้ ดังนั้น โรงปฏิบัติงานการผลิตมักจะใช้อุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์-ปราศจากฝุ่นเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการพิมพ์หินและการแกะสลักจะดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่มีความสะอาดสูง
หลังจากเสร็จสิ้นการผลิตวงจร จำเป็นต้องทำการรักษาพื้นผิวบนแผงวงจรเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการบัดกรีและการป้องกัน กระบวนการรักษาพื้นผิวทั่วไป ได้แก่ การพ่นดีบุก การชุบทอง การชุบนิกเกิลด้วยสารเคมี ฯลฯ ในแผงวงจรพลังงานใหม่ เนื่องจากความต้องการความน่าเชื่อถือสูง กระบวนการชุบทองแบบแช่และนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย กระบวนการแช่ทองสามารถสร้างชั้นทองคำที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวของฟอยล์ทองแดง การนำไฟฟ้าที่ดีและความต้านทานการกัดกร่อนของทองไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความสามารถในการบัดกรีของแผงวงจรเท่านั้น แต่ยังป้องกันการเกิดออกซิเดชันของฟอยล์ทองแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของแผงวงจรอีกด้วย กระบวนการชุบทองนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าจะชั้นนิกเกิลลงบนพื้นผิวของฟอยล์ทองแดงก่อน ตามด้วยชั้นทอง ชั้นนิกเกิลสามารถใช้เป็นชั้นกั้นเพื่อป้องกันไม่ให้อะตอมของทองแดงแพร่กระจายเข้าไปในชั้นทอง ซึ่งช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความเสถียรของแผงวงจรให้ดียิ่งขึ้น
แผงวงจรพลังงานใหม่ fr4 pcb