Руководство по производству и использованию печатной платы

Печата катушки относится к индуктовоподобному компоненту, созданному путем непосредственной маршрутизации следов в форме катушки на печатной плате. Эта технология предлагает отличную стойкость напряжения, Высокий Q -фактор, сильная последовательность, Гибкая маршрутизация, и высокая мощность в текущей помощи, делая его широко используемым в приложениях антенн. Катушка печатной платы - это катушка, изготовленная непосредственно на печатной плате, используя трассировки проводников на слоях платы.

В этой статье, Мы предоставим подробное введение в катушки PCB, охватывая их концепцию, преимущества, приложения, производственные процессы, и другие ключевые характеристики, которые помогут пользователям получить полное понимание катушек PCB.

Что такое катушка печатной платы?

Катушка печатной платы - это устройство, которое использует точно спроектированные металлические следы на печатной плате, чтобы сформировать катушку выбранной формы. Интересно, Этот процесс может быть реализован на нескольких уровнях, в зависимости от разных форм и моделей.
Кроме того, ПХД состоят из чередующихся изоляционных слоев и проводников, которые переплетаются на сгруппированные катушки печатных плат.
Более того, Этот компонент включает в себя слой проводника с треками, позволяя ему соответствовать соответствующей форме дуги при разделении на несколько проводящих секций.

Основная структура катушек печатной платы

Катушки печатной платы в основном состоят из следующих компонентов:

Проводник катушки: Обычно сделано из медной фольги, сформированы в спиральные или другие специальные формы через процессы маршрутизации печатной платы.
Изоляционный слой: Обычно делается из FR4, полиимид (Пик), или керамические субстраты для обеспечения надлежащей изоляции.
Варенья: Используется для подключения следы катушек в многослойных печатных платах, Улучшение пропускной способности тока или повышение индуктивности.
Поверхностная обработка: Включает загадку (Электролетное никелевое погружение), Оп (Органическая припаяя консервант), Следует/неэтилированная припоя, и т. д., Для повышения надежности и проводимости пайки.

Типы катушек печатной платы

(1) Классификация по количеству слоев

Однослойная печатная плата Катушка: Структура катушки выложена только на одной стороне печатной платы, Показ простой дизайн, подходящий для применений с низким энергопотреблением.
Многослойная печатная плата Катушка: Использует несколько слоев печатной платы, сложенные и подключенные через VIAS, чтобы повысить индуктивность и несущую способность..
Гибкая печатная плата Катушка (FPC катушка): Сделано из гибких материалов, таких как PI, Подходит для сгибаемых и ультратонких приложений, такие как катушки беспроводной зарядки.

(2) Классификация по форме

Спиральная катушка: Самая распространенная структура, С катушкой спирально распределена вдоль поверхности печатной платы. Широко используется в беспроводной зарядке и антеннах RFID.
Змеиная катушка: Разработано для датчиков и высокочастотных приложений, уменьшение паразитической емкости.
Прямоугольная/кольцевая катушка: Используется в специализированных структурных дизайнах, такие как электромагнитное экранирование и применение трансформаторов.

Как работает катушка печатной платы?

Электромагнитные принципы катушек PCB идентичны принципам проволочных катушек или любых других индукторов:

Проводящий элемент: Медные следы действуют как проводящие компоненты, Замена проводных обмоток в дискретных индукторах.
Индуцированное магнитное поле: Когда чередовый или импульсный ток протекает через следы, он генерирует расширяющееся и сокращающее магнитное поле.
Хранение энергии: Из -за индуктивности катушки, Магнитное поле временно хранит энергию в каждом цикле тока переменного тока.
Индуцированное напряжение: Любое изменение приложенного тока вызывает напряжение по всей катушке пропорционально скорости изменения, из -за индуктивности.
Импеданс: Катушка представляет импеданс, который варьируется в зависимости от частоты, в первую очередь из -за индуктивного реактивного сопротивления.

Таким образом, Катушка печатной платы по сути функционирует как стандартный индуктор, с его параметрами, определяемыми его структурой и материалами.

Ключевые соображения дизайна для катушек печатной платы

(1) Расчеты параметров катушки

Конструкция катушки печатной платы в основном включает в себя следующие параметры ключей:

Индуктивность (Л): Зависит от количества поворотов, Ширина следа, интервал, и субстратный материал.
Сопротивление (Ведущий): Определяется толщиной медной фольги, Ширина следа, и длина, непосредственно влияя на потери энергии.
Q Фактор (Фактор качества): Более высокий коэффициент Q указывает на более низкие потери, сделать его подходящим для высокоэффективных приложений.
Резонансная частота (фантаст): Резонансная точка должна быть рассмотрена, чтобы избежать вмешательства сигнала или потерь.

(2) Соображения с макетом катушки

Ширина следа и расстояние: Следует выбрать на основе уровней и частоты тока для предотвращения перегрева или электромагнитных помех (Эми).
Межслойные соединения (Через дизайн): С помощью диаметра и медного заполнения должно быть оптимизировано для снижения импеданса и повышения надежности.
Экранирование и самолеты заседания: Для высокочастотных приложений, Самолеты заземления или экранирующие слои могут использоваться для минимизации внешних помех.

Процесс производства катушки PCB и контроль точности

Производство катушек печатной платы включает в себя фотолитографию, травление, и процессы гальванизации. Типичный рабочий процесс заключается в следующем:

Фотолитографический процесс

Шаги: Фоторезистское покрытие → УФ -экспозиция (Использование прямой визуализации фильма или LDI) → развитие → травление → сопротивляться очистке.
Точность: LDI (Лазерная прямая визуализация) Технология обеспечивает ширину/расстояние линии ≤ 25 мкм, удовлетворение требований высокочастотных катушек.

Технология утолщения медного слоя

Гальванированная медь: Электролитическое осаждение увеличивает медный слой с 1 унции до 10 унций, Значительно снижая сопротивление. (Например, в ширине 1 мм, 10ММ Лонг катушка, 1Оз медь имеет сопротивление ~ 5 мм, в то время как медь 10 унций уменьшает его до ~ 0,5 мм.)
Приложения: Мощные индукторы или трансформаторы требуют баланса между стоимостью и рассеянием тепла.

Многослойный процесс печатной платы

Ламинирование & Варенья: Многослойные медные фольги ламинируются с использованием простыней, С VIAS, образованными с помощью лазерного или механического бурения для установления электрических соединений между слоями.
Преимущества: Планарные трансформаторы (НАПРИМЕР., 4-слойная плата с первичной и вторичной катушкой вертикально связана) повысить эффективность магнитной связи.

Лазерная технология резания

Подходит для: Гибкие катушки печатной платы, Высокочастотные извилистые линии, Устранение необходимости травления путем непосредственно разрезая медный слой.
Точность: Co₂ или ультрафиолетовые лазеры достигают точность резки 10 мкм.

Приложения катушек печатной платы

(1) Беспроводная зарядка

Используется в передатчиках беспроводной зарядки QI (Техас) и приемники (Rx).
Многослойные спиральные катушки повышают эффективность передачи энергии.

(2) RF и NFC Communication

Используется в RFID, Приложения NFC, такие как смарт -карты и электронные платежные устройства.
Оптимизация частоты резонанса катушки обеспечивает совместимость с целевыми полосами частот (НАПРИМЕР., 13.56МГц).

(3) Датчики и измерение

Применяется в магнитных датчиках индукции и датчиках тока.
Дифференциальные конструкции катушки PCB повышают чувствительность сигнала.

(4) Мощность и электромагнитное экранирование

Используется в трансформаторах печатной платы и подавление EMI.
Повороты катушки и регулировки формы оптимизируют электромагнитную совместимость (EMC).

Заключение

Как важный магнитный компонент в современных электронных системах, Конструкция катушки печатной платы требует тщательного рассмотрения материалов, производственные процессы, Электромагнитная производительность, и тепловое управление. С растущими требованиями к высокочастотной, интегрированный, и гибкие дизайны, Технология катушки PCB будет продолжать развиваться для более высокой производительности и более широких приложений. Через оптимизированные инновации в проектировании и процессах, Катушки печатной платы будут играть решающую роль в развивающихся областях, таких как 5G Communication, IoT, и электромобили.