Guide de fabrication et d'utilisation des bobines de PCB

Le PCB de la bobine fait référence à un composant de type inductance créé en acheminant directement les traces en une forme de bobine sur un PCB. Cette technologie offre une excellente résistance à la tension, Facteur Q élevé, forte cohérence, routage flexible, et une capacité de transport à courant élevé, Le faire largement utilisé dans les applications d'antenne. Une bobine de PCB est une bobine directement fabriquée sur une carte de circuit imprimé en utilisant des traces de conducteur sur les couches de la carte de circuit imprimé.

Dans cet article, Nous fournirons une introduction détaillée aux bobines de PCB, couvrant leur concept, avantages, applications, processus de fabrication, et d'autres caractéristiques clés pour aider les utilisateurs à acquérir une compréhension complète des bobines de PCB.

Qu'est-ce qu'une bobine PCB?

Une bobine PCB est un appareil qui utilise des traces métalliques conçues avec précision sur une carte de circuit imprimé pour former une bobine de forme sélectionnée. De manière intéressante, Ce processus peut être implémenté sur plusieurs couches, en fonction de différentes formes et modèles.
En plus, Les PCB consistent en alternance de couches et de conducteurs isolants qui entrelacent pour former des bobines de PCB groupées.
De plus, Ce composant comprend une couche de conducteur avec des pistes, lui permettant d'adapter une forme d'arc appropriée tout en étant divisé en plusieurs sections conductrices.

Structure de base des bobines de PCB

Les bobines de PCB se composent principalement des composants suivants:

Conducteur de bobine: Généralement en feuille de cuivre, formé en spirale ou d'autres formes spéciales à travers les processus de routage des PCB.
Couche d'isolation: Communément fait de FR4, polyimide (PI), ou substrats en céramique pour assurer une bonne performance d'isolation.
Vias: Utilisé pour connecter les traces de bobine dans les PCB multicouches, Amélioration de la capacité de transport en courant ou de l'augmentation de l'inductance.
Traitement de surface: Comprend Enig (Or d'immersion nickel électrolaire), OSP (conservateur de soudabilité organique), placage de soudure au plomb / sans plomb, etc., pour améliorer la fiabilité et la conductivité du soudage.

Types de bobines de PCB

(1) Classification par nombre de couches

PCB monocouche Bobine: La structure de la bobine est disposée uniquement d'un côté du PCB, avec une conception simple adaptée aux applications de faible puissance.
PCB multicouche Bobine: Utilise plusieurs couches de PCB empilées et connectées via les vias pour améliorer l'inductance et la capacité de transport en courant.
PCB flexible Bobine (Bobine FPC): Fabriqué à partir de matériaux flexibles comme pi, Convient aux applications pliables et ultra-minces, comme les bobines de charge sans fil.

(2) Classification par forme

Bobine en spirale: La structure la plus courante, avec la bobine distribuée en spirale le long de la surface du PCB. Largement utilisé dans la charge sans fil et les antennes RFID.
Bobine serpentine: Conçu pour les capteurs et les applications à haute fréquence, réduction de la capacité parasite.
Bobine rectangulaire / anneau: Utilisé dans des conceptions structurelles spécialisées, comme les applications de blindage électromagnétique et de transformateur.

Comment fonctionne une bobine de PCB?

Les principes électromagnétiques des bobines de PCB sont identiques à ceux des bobines enroulées ou de toute autre inductance:

Élément conducteur: Les traces de cuivre agissent comme des composants conducteurs, Remplacement des enroulements en fil dans les inductances discrètes.
Champ magnétique induit: Lorsqu'un courant alternatif ou pulsé circule à travers les traces, il génère un champ magnétique en expansion et contractant.
Stockage d'énergie: En raison de l'inductance de la bobine, Le champ magnétique stocke temporairement l'énergie dans chaque cycle du courant CA.
Tension induite: Tout changement dans le courant appliqué induit une tension à travers la bobine proportionnelle au taux de variation, en raison de l'inductance.
Impédance: La bobine présente une impédance qui varie avec la fréquence, principalement en raison de la réactance inductive.

Ainsi, Une bobine de PCB fonctionne essentiellement comme une inductance standard, avec ses paramètres déterminés par sa structure et ses matériaux.

Considérations de conception clés pour les bobines de PCB

(1) Calculs de paramètres de bobine

La conception d'une bobine de PCB implique principalement les paramètres clés suivants:

Inductance (L): Dépend du nombre de tours, largeur de trace, espacement, et matériel de substrat.
Résistance (R): Déterminé par épaisseur de feuille de cuivre, largeur de trace, et longueur, affectant directement les pertes d'énergie.
Q FACTEUR (Facteur de qualité): Un facteur Q plus élevé indique des pertes plus faibles, Le rendre adapté aux applications à haute efficacité.
Fréquence de résonance (f₀): Le point de résonance doit être pris en considération pour éviter les interférences ou les pertes du signal.

(2) Considérations de mise en page des bobines

Largeur de trace et espacement: Doit être sélectionné en fonction des niveaux de courant et de la fréquence pour éviter une surchauffe ou une interférence électromagnétique (EMI).
Connexions intercouches (Via la conception): Via le diamètre et le remplissage du cuivre doivent être optimisés pour réduire l'impédance et améliorer la fiabilité.
Boulissant et avions au sol: Pour les applications à haute fréquence, Les plans de sol ou les couches de blindage peuvent être utilisés pour minimiser les interférences externes.

Processus de fabrication de bobines de PCB et contrôle de précision

La fabrication de bobines de PCB implique une photolithographie, gravure, et les processus d'électroples. Le flux de travail typique est le suivant:

Processus de photolithographie

Mesures: Revêtement de photorésistaire → Exposition UV (en utilisant un film ou une imagerie directe LDI) → Développement → Gravure → Résister le déshabillage.
Précision: LDI (Imagerie directe laser) La technologie permet la largeur de ligne / l'espacement ≤ 25 μm, Répondre aux exigences des bobines à haute fréquence.

Technologie d'épaississement de la couche de cuivre

Cuivre électroplate: Le dépôt électrolytique augmente la couche de cuivre de 1 oz à 10 oz, réduisant considérablement la résistance. (Par exemple, dans un large de 1 mm, 10bobine de longueur mm, 1Le cuivre oz a une résistance à ~ 5 mΩ, tandis que le cuivre de 10 oz le réduit à ~ 0,5 mΩ.)
Applications: Les inductances ou transformateurs de haute puissance nécessitent un équilibre entre le coût et la dissipation de chaleur.

Processus de PCB multicouche

Laminage & Vias: Les feuilles de cuivre multicouche sont laminées à l'aide de feuilles préimpressives, avec des vias formés via le laser ou le forage mécanique pour établir des connexions électriques entre les couches.
Avantages: Transformateurs planaires (Par exemple, une planche à 4 couches avec des bobines primaires et secondaires à couplage verticalement) Améliorer l'efficacité du couplage magnétique.

Technologie de coupe laser

Adapté à: Bobines de PCB flexibles, lignes de méandre à haute fréquence, Éliminer le besoin de gravure en coupant directement la couche de cuivre.
Précision: Les lasers Co₂ ou UV atteignent une précision de coupe de ± 10 μm.

Applications de bobines de PCB

(1) Charge sans fil

Utilisé dans les émetteurs de charge sans fil Qi (TX) et récepteurs (Rx).
Les conceptions de bobines en spirale multicouche améliorent l'efficacité du transfert d'énergie.

(2) Communication RF et NFC

Utilisé dans RFID, Applications NFC telles que les cartes à puce et les appareils de paiement électroniques.
L'optimisation de la fréquence de résonance de la bobine assure la compatibilité avec les bandes de fréquence cibles (Par exemple, 13.56MHz).

(3) Capteurs et mesure

Appliqué dans les capteurs d'induction magnétique et les capteurs de courant.
Les conceptions différentielles de la bobine de PCB améliorent la sensibilité du signal.

(4) Power and Electromagnétique Boundage

Utilisé dans les transformateurs PCB et la suppression EMI.
Les virages de la bobine et les réglages de forme optimisent la compatibilité électromagnétique (EMC).

Conclusion

Comme composant magnétique essentiel dans les systèmes électroniques modernes, La conception de la bobine de PCB nécessite un examen attentif des matériaux, processus de fabrication, performance électromagnétique, et gestion thermique. Avec des demandes croissantes de haute fréquence, intégré, et designs flexibles, La technologie de bobine PCB continuera d'évoluer pour des performances plus élevées et des applications plus larges. Grâce à une conception optimisée et à l'innovation de processus, Les bobines de PCB joueront un rôle crucial dans les champs émergents tels que la communication 5G, IoT, et véhicules électriques.