تصميم لوحة مقوم SiC: قواعد تصميم الجهد العالي ودليل استكشاف الأخطاء وإصلاحها

تعتمد تحويل الطاقة عالي الكفاءة بشكل كبير على تقنية كربيد السيليكون (SiC)، ولكن أداء هذه المكونات محدود بشكل صارم بالتصميم الفيزيائي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يمكن أن يحول تخطيط لوحة مقوم SiC السيئ أشباه الموصلات عالية الأداء إلى مصدر لارتفاعات الجهد الخطيرة، والتداخل الكهرومغناطيسي المفرط (EMI)، والفشل الحراري. على عكس التصميمات القياسية القائمة على السيليكون، تعمل أجهزة SiC بسرعات عالية بشكل لا يصدق (dV/dt و di/dt عاليين)، مما يعني أن الحث والسعة الطفيلية في تخطيط اللوحة لم تعد عوامل مهملة - بل هي قيود تصميم حرجة.

يوفر هذا الدليل إطارًا تقنيًا شاملاً للمهندسين الذين يصممون دوائر مقومات SiC. نحن نغطي المواصفات الأساسية، واستراتيجيات التنفيذ خطوة بخطوة، وبروتوكولات استكشاف الأخطاء وإصلاحها التفصيلية لضمان أن تصميمك يلبي معايير الموثوقية الصناعية. سواء كنت تقوم بإنشاء نموذج أولي لعكس شمسي أو إنهاء وحدة شاحن سيارة كهربائية، توفر APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة) الدقة التصنيعية المطلوبة لتنفيذ هذه التخطيطات الصعبة.

إجابة سريعة (30 ثانية)

يتطلب تخطيط لوحة مقوم SiC الناجح تقليل مساحة حلقة الطاقة لتقليل الحث الطفيلي، الذي يسبب تجاوز الجهد والرنين.

تقليل حث الحلقة: حافظ على إجمالي حث الحلقة أقل من 10 نانو هنري عن طريق وضع مكثفات الفصل أقرب ما يمكن إلى أجهزة SiC.
توصيلات كلفن: استخدم دائمًا توصيلات مصدر كلفن لقيادة البوابة (gate driving) لفصل حلقة التحكم عن حلقة الطاقة.
الإدارة الحرارية: استخدم النحاس الثقيل (2 أونصة أو 3 أونصة) ومصفوفات الفتحات الحرارية لإدارة كثافة الطاقة العالية لمكونات SiC.
قرب مشغل البوابة: ضع دائرة مشغل البوابة المتكاملة (IC) في نطاق 20 مم من ترانزستور SiC MOSFET/الديود لتقليل حث حلقة البوابة.
قواعد التباعد: التزم بدقة بمعايير التباعد الكهربائي IPC-2221B، حيث يعمل SiC غالبًا عند 600 فولت – 1200 فولت+.
التخطيط المتماثل: تأكد من التوجيه المتماثل للأجهزة المتوازية لمنع عدم توازن التيار والانهيار الحراري.

متى ينطبق (ومتى لا ينطبق) تخطيط لوحة مقوم SiC

يضمن فهم متى يتم تطبيق تقنيات تخطيط SiC المتخصصة تخصيص موارد الهندسة بشكل صحيح. يتطلب SiC نهجًا مختلفًا عن تصميمات السيليكون (Si) القياسية نظرًا لسرعة تبديله.

ينطبق على:

أنظمة الجهد العالي: التصميمات التي تعمل فوق 400 فولت (مثل شواحن المركبات الكهربائية، محركات المحركات الصناعية) حيث يكون جهد الانهيار لـ SiC مفيدًا.
التبديل عالي التردد: المحولات التي تعمل فوق 50 كيلو هرتز – 100 كيلو هرتز حيث تكون خسائر التبديل للسيليكون القياسي باهظة.
بيئات درجات الحرارة العالية: التطبيقات التي تتطلب التشغيل فوق 150 درجة مئوية، مستفيدة من الاستقرار الحراري لـ SiC.
تصميمات مقيدة بالمساحة: المشاريع التي تتطلب كثافة طاقة عالية حيث يجب تقليل المكونات السلبية (الملفات/المكثفات) من خلال التشغيل عالي التردد.
متطلبات الكفاءة العالية: الأنظمة التي تستهدف كفاءة تزيد عن 98% (على سبيل المثال، مزودات الطاقة 80 Plus Titanium).

لا ينطبق (أو هو مبالغة) على:

تقويم الجهد المنخفض: محولات التيار المتردد-المستمر القياسية 12 فولت/24 فولت حيث تكون ثنائيات شوتكي أو ترانزستورات MOSFET السيليكونية المتزامنة كافية وأرخص.
تقويم تردد التيار الرئيسي: مقومات الجسر بتردد 50 هرتز/60 هرتز حيث تكون سرعة التبديل ضئيلة، وجسور الثنائيات القياسية قوية بما يكفي.
الإلكترونيات الاستهلاكية الحساسة للتكلفة: الأجهزة منخفضة الطاقة حيث لا يتم تبرير التكلفة الإضافية لمكونات SiC وتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المتخصصة.
مزودات الطاقة الخطية القديمة: التصميمات التي لا تستخدم طوبولوجيات التبديل.

القواعد والمواصفات

يحدد الجدول التالي قواعد التصميم الهامة لـ تخطيط لوحة مقوم SiC. هذه المواصفات مستمدة من أفضل الممارسات في إلكترونيات الطاقة عالية الجهد ومعايير DFM (التصميم للتصنيع).

القاعدة	القيمة/النطاق الموصى به	لماذا يهم	كيفية التحقق	إذا تم تجاهله
حث حلقة الطاقة	< 10 نانو هنري (الهدف < 5 نانو هنري)	يسبب ارتفاع di/dt ارتفاعات مفاجئة في الجهد ($V = L \cdot di/dt$). يؤدي الحث الزائد إلى زيادة جهد الجهاز.	محاكاة باستخدام 3D Field Solver / Q3D Extractor.	تجاوز الجهد يدمر جهاز SiC؛ رنين مفرط.
حث حلقة البوابة	< 20 نانو هنري	الحث العالي يبطئ التبديل ويسبب رنين البوابة، مما يخاطر بالتشغيل الخاطئ.	قياس طول المسار؛ التأكد من أن المشغل يبعد < 20 مم عن البوابة.	تشغيل خاطئ (shoot-through)؛ زيادة خسائر التبديل.
مسافة التسرب السطحي	حسب IPC-2221B (مثلاً، >5 مم لـ 600 فولت)	يمنع حدوث قوس سطحي بين العقد عالية الجهد، خاصة في البيئات المتسخة.	فحص قواعد التصميم (DRC) باستخدام CAD مع ضبط قواعد الجهد.	تقوس، تفحم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، قصر دائرة كارثي.
مسافة الخلوص	حسب IPC-2221B (مثلاً، >3 مم لـ 600 فولت)	يمنع انهيار الهواء بين الأجزاء الموصلة.	فحص قواعد التصميم (DRC) باستخدام CAD؛ التحقق من تباعد أطراف المكونات.	وميض، خطر على السلامة، فشل الجهاز.
وزن النحاس	2 أونصة، 3 أونصة، أو نحاس ثقيل	يتعامل SiC مع كثافة تيار عالية؛ النحاس الرقيق يسبب تسخينًا مقاومًا ($I^2R$).	التحقق من مواصفات التراص في ملاحظات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.	ارتفاع درجة حرارة المسار، انفصال الطبقات، انخفاض الجهد.
خطوة الفتحات الحرارية	شبكة 1.0 مم - 1.2 مم	ينقل الحرارة بكفاءة من مكون الطبقة العلوية إلى مستويات الأرض الداخلية/السفلية.	فحص بصري للبصمة؛ محاكاة حرارية.	ارتفاع درجة حرارة المكون، تقليل العمر الافتراضي.
عرض مسار البوابة	> 20 ميل (0.5 مم)	يقلل من حث ومقاومة المسار للتيارات الذروة العالية (2A-5A) لمشغلات البوابة.	مدير قيود CAD.	تبديل بطيء، زيادة في فقد التبديل.
توجيه البوابة التفاضلي	متوازي، اقتران محكم	يرفض ضوضاء الوضع المشترك الناتجة عن أحداث التبديل ذات dV/dt العالي.	فحص بصري؛ التأكد من أن عودة البوابة والمصدر تسيران معًا.	تذبذب البوابة، تبديل غير مقصود.
وضع مكثف الفصل	< 5 مم من أطراف الجهاز	يوفر تيارًا فوريًا لأحداث التبديل، مما يقلل من مساحة الحلقة.	فحص بصري للموضع أثناء التصميم.	ارتفاعات جهد عالية، أعطال EMI.
ترتيب الطبقات	متماثل (مثل 4 أو 6 طبقات)	يمنع تشوه اللوحة أثناء إعادة التدفق؛ يسمح بوجود مستويات أرضية مخصصة للتدريع.	مراجعة ترتيب الطبقات مع إرشادات DFM.	تشوه اللوحة، أداء EMI ضعيف.
فتحة قناع اللحام	1:1 أو أكبر قليلاً	يضمن تحرير معجون اللحام للوسادات الكبيرة؛ يمنع قناع اللحام على الوسادات.	فحص عارض Gerber.	وصلات لحام ضعيفة، زيادة في المعاوقة الحرارية.
تباعد المكونات	> 1 مم بين أجزاء الجهد العالي	يمنع الاقتران الحراري ويسمح بتدفق الطلاء المطابق إذا لزم الأمر.	مراجعة رسم التجميع.	نقاط ساخنة حرارية، فراغات في الطلاء.

خطوات التنفيذ

يتطلب تنفيذ تصميم قوي للصفيحة المعدلة لـ SiC سير عمل منضبطًا. يضمن اتباع هذه الخطوات تلبية المتطلبات الكهربائية والحرارية والميكانيكية في وقت واحد.

الخطوة 1: ترتيب الطبقات واختيار المواد

الإجراء: اختر مادة لوحة دوائر مطبوعة (PCB) ذات درجة حرارة انتقال زجاجي (Tg) عالية ومؤشر تتبع مقارن (CTI) مناسب.
المعلمة الرئيسية: Tg > 170 درجة مئوية؛ CTI > 600 فولت (PLC 0) للجهد العالي.
فحص القبول: تأكد من توفر المواد مع APTPCB قبل البدء في التصميم. قد لا يكون FR4 القياسي كافيًا للفولتية العالية جدًا؛ ضع في اعتبارك المواد المدرجة في دليل مواد لوحات الدوائر المطبوعة الخاص بنا.

الخطوة 2: وضع المكونات (الحلقة الحرجة)

الإجراء: ضع صمامات SiC الثنائية/MOSFETs ومكثف وصلة التيار المستمر أولاً. تشكل هذه حلقة الطاقة عالية التردد.
المعلمة الرئيسية: يجب تقليل المسافة بين أطراف مكثف وصلة التيار المستمر وأطراف جهاز SiC.
فحص القبول: يجب أن تكون منطقة الحلقة المادية مرئية كدائرة محكمة، وليست مسارًا ممتدًا.

الخطوة 3: وضع مشغل البوابة

الإجراء: ضع دائرة مشغل البوابة المتكاملة (IC) مباشرة بجوار مفتاح SiC.
المعلمة الرئيسية: طول مسار البوابة < 20 مم.
فحص القبول: تحقق من أن خرج مشغل البوابة ومسار عودة مصدر كلفن يسيران بالتوازي مع بعضهما البعض (توجيه الزوج التفاضلي).

الخطوة 4: تعريف مستوى الطاقة

الإجراء: حدد مساحات نحاسية كبيرة لمسارات DC+ و DC-. تجنب المسارات الرفيعة لمسارات الطاقة.
المعلمة الرئيسية: كثافة التيار < 30 أمبير/مم² (للتحكم في ارتفاع درجة الحرارة).
فحص القبول: استخدم آلة حاسبة للتحقق من عرض المسار مقابل قدرة التيار.

الخطوة 5: ربط الفتحات الحرارية

الإجراء: ضع شبكة من الفتحات الحرارية تحت الوسادات المكشوفة لأجهزة SiC.
المعلمة الرئيسية: حجم الفتحة 0.3 مم، مسافة 1.0 مم، مغلقة بالطلاء أو مغطاة إذا تطلب التجميع ذلك.
فحص القبول: تأكد من أن الفتحات تتصل بمستويات نحاسية داخلية أو سفلية كبيرة لنشر الحرارة.

الخطوة 6: قطع العزل عالي الجهد

الإجراء: أضف مناطق حظر التوجيه وفتحات مادية (طحن) بين عقد الجهد العالي إذا كانت مسافة التسرب على السطح غير كافية.
المعلمة الرئيسية: عرض الفتحة > 1 مم عادة ما يضيف هامش تسرب كبيرًا.
فحص القبول: قم بإجراء فحص التخليص ثلاثي الأبعاد في برنامج CAD الخاص بك.

الخطوة 7: استخلاص الطفيليات والمحاكاة

الإجراء: إذا كانت متاحة، استخدم أدوات المحاكاة لاستخلاص حث الحلقة.
المعلمة الرئيسية: إجمالي حث الحلقة < 10 نانو هنري.
فحص القبول: إذا كان الحث مرتفعًا، قرب المكثفات أو استخدم طريقة قضيب التوصيل المصفح ضمن طبقات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

الخطوة 8: مراجعة DFM والتجميع

الإجراء: تحقق من وجود مصائد الحمض، الشظايا، وجسور قناع اللحام.
المعلمة الرئيسية: الحد الأدنى لعرض حاجز اللحام (عادة 4 ميل).
فحص القبول: قم بتحميل الملفات إلى عارض Gerber للتحقق من أن بيانات التصنيع النهائية تتطابق مع نية التصميم.

أوضاع الفشل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

حتى مع تصميم دقيق للوحة مقوم SiC، قد تنشأ مشكلات أثناء الاختبار. تكشف سرعات التبديل العالية لـ SiC عن نقاط ضعف قد يخفيها السيليكون القياسي.

1. تجاوز الجهد الزائد (الرنين)

العرض: تتجاوز قمم الجهد عبر جهاز SiC تصنيف جهد الانهيار أثناء الإيقاف.
الأسباب: حث طفيلي عالٍ في حلقة الطاقة؛ فصل غير كافٍ.
الفحوصات: قم بقياس المسافة بين مكثف وصلة التيار المستمر والمفتاح. تحقق من وجود مسارات طويلة ورفيعة في مسار الطاقة.
الإصلاح: أضف مكثفات تخميد سيراميكية عالية التردد (C0G/NP0) مباشرة عبر أطراف جهاز SiC.
الوقاية: أعد تصميم التخطيط لتقليل المساحة المادية لحلقة التبديل.

2. التشغيل الخاطئ (تأثير ميلر)

العرض: تيار الاختراق؛ ارتفاع درجة حرارة الجهاز؛ توصيل غير متوقع.
الأسباب: اقتران dV/dt عالٍ عبر سعة ميلر ($C_{gd}$) يرفع جهد البوابة. حث عالٍ في مسار عودة البوابة.
الفحوصات: تحقق مما إذا كان يتم استخدام مشبك ميلر نشط. تحقق من مقاومة مسار البوابة.
الإصلاح: استخدم جهد قيادة بوابة سالب (مثل -4V أو -5V) لتوفير هامش. قلل مقاومة البوابة ($R_g$).
الوقاية: استخدم توصيلات مصدر كلفن بدقة. حافظ على مشغل البوابة قريبًا جدًا من الجهاز.

3. فشل EMI / EMC

العرض: فشل في اختبارات الانبعاثات المشعة أو الموصلة.
الأسباب: حلقات التبديل الكبيرة التي تعمل كهوائيات؛ حواف التبديل السريعة (dV/dt عالية) التي تولد ضوضاء عالية التردد.
الفحوصات: تحديد العقد "الساخنة" (العقد ذات dV/dt عالية) والتحقق من مساحة سطحها.
الحل: إضافة علب حماية؛ إبطاء سرعة التبديل (زيادة $R_g$) على حساب الكفاءة؛ إضافة خانقات الوضع المشترك.
الوقاية: تقليل مساحة النحاس للعقد ذات dV/dt عالية (العقد المبدلة) مع الحفاظ على سعة التيار. استخدام مستويات أرضية داخلية كدروع.

4. الهروب الحراري

العرض: ترتفع درجة حرارة الجهاز بشكل لا يمكن السيطرة عليه حتى التدمير.
الأسباب: واجهة حرارية ضعيفة؛ وزن نحاس غير كافٍ؛ نقص في الفتحات الحرارية (thermal vias).
الفحوصات: فحص الفراغات في اللحام على الوسادة الحرارية (الأشعة السينية). التحقق من اتصال الفتحات الحرارية.
الحل: تحسين التبريد (مشتت حراري، مروحة).
الوقاية: استخدام نحاس بوزن 2 أوقية أو 3 أوقية. زيادة عدد الفتحات الحرارية إلى أقصى حد. التأكد من أن عملية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور تحقق أقل من 25% فراغات على الوسادات الكبيرة.

5. انهيار أكسيد البوابة

العرض: قصر دائم بين البوابة والمصدر.
الأسباب: ارتفاعات الجهد على البوابة الناتجة عن اقتران حلقة الطاقة أو التفريغ الكهروستاتيكي (ESD).
الفحوصات: التحقق من وجود صمامات زينر (Zener diodes) تحمي البوابة.
الحل: تركيب صمامات TVS ثنائية الاتجاه بالقرب من أطراف البوابة والمصدر.
الوقاية: اقتران محكم لمسارات البوابة والمصدر (توجيه تفاضلي) لرفض الضوضاء المستحثة.

6. إجهاد وصلة اللحام

العَرَض: تشغيل متقطع أو دوائر مفتوحة بعد الدورات الحرارية.
الأسباب: عدم تطابق معامل التمدد الحراري (CTE) بين غلاف SiC السيراميكي ولوحة الدوائر المطبوعة FR4.
الفحوصات: فحص الوصلات بحثًا عن تشققات.
الإصلاح: استخدام مادة التعبئة السفلية (underfill) أو سبائك لحام مرنة.
الوقاية: اختيار مواد لوحة الدوائر المطبوعة ذات معامل تمدد حراري أقرب إلى المكون، أو استخدام أغلفة ذات أطراف لتخفيف الإجهاد.

قرارات التصميم

عند التخطيط لـ تصميم لوحة مقوم SiC، يجب اتخاذ العديد من القرارات الاستراتيجية في وقت مبكر من العملية. تحدد هذه الخيارات التكلفة والأداء وقابلية التصنيع للوحة النهائية.

اختيار المواد: FR4 مقابل الركائز المتخصصة تعتبر FR4 القياسية فعالة من حيث التكلفة ولكن لديها قيود في التوصيل الحراري وفقدان التردد العالي. لتطبيقات SiC عالية الطاقة، غالبًا ما يأخذ المهندسون في الاعتبار:

FR4 ذات Tg عالية: ضرورية للحام الخالي من الرصاص ودرجات حرارة التشغيل العالية.
الركائز السيراميكية (DBC): تستخدم لوحدات الطاقة العالية للغاية، وتوفر أداءً حراريًا فائقًا ولكن بتكلفة أعلى بكثير.
لوحة الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB): ممتازة لتبديد الحرارة ولكنها تقتصر عمومًا على التوجيه أحادي الطبقة، مما يجعل تصميم التوصيل المنخفض صعبًا.
دليل القرار: استخدم FR4 ذات Tg عالية مع نحاس سميك لمعظم التصميمات التي تقل عن 10 كيلوواط. ضع في اعتبارك IMS/MCPCB فقط إذا كانت الطوبولوجيا تسمح بالتوجيه البسيط.

سمك النحاس: 1 أونصة مقابل النحاس السميك أجهزة SiC صغيرة ولكنها تتعامل مع طاقة هائلة.

1 أوقية (35 ميكرومتر): غير كافٍ بشكل عام لمسار الطاقة الرئيسي في تصميمات SiC ما لم تكن المسارات عريضة للغاية.
2 أوقية - 3 أوقية (70 ميكرومتر - 105 ميكرومتر): المعيار لإلكترونيات الطاقة. يسمح بمسارات أضيق (مما يقلل من الحث) مع التعامل مع التيار.
دليل القرار: ابدأ بنحاس 2 أوقية. إذا أظهرت المحاكاة الحرارية نقاطًا ساخنة، انتقل إلى 3 أوقية أو أضف قضبان توصيل.

الانتهاء السطحي

HASL (Hot Air Solder Leveling): لا يُنصح به لحزم SiC ذات الخطوة الدقيقة بسبب الأسطح غير المستوية.
ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): تسطيح ممتاز، جيد لربط الأسلاك والخطوة الدقيقة.
Immersion Silver: موصلية جيدة ولكنه حساس للتشوه.
دليل القرار: اختر ENIG للحصول على أفضل توازن بين التسطيح وقابلية اللحام والموثوقية في لوحات SiC عالية القيمة.

طوبولوجيا قيادة البوابة

أحادي القطب (0 فولت إلى 15 فولت): أبسط، ولكنه ينطوي على مخاطر التشغيل الخاطئ بسبب تأثير ميلر.
ثنائي القطب (-4 فولت إلى 15 فولت): يتطلب مصدر طاقة أكثر تعقيدًا ولكنه يوفر مناعة قوية ضد التشغيل الخاطئ.
دليل القرار: استخدم دائمًا قيادة البوابة ثنائية القطب لتصميمات SiC التي تزيد عن 600 فولت أو طوبولوجيا التبديل الصارم.

الأسئلة الشائعة

س: لماذا يعتبر حث الحلقة أكثر أهمية في SiC مقارنة بـ IGBTs المصنوعة من السيليكون؟ ج: تتحول أجهزة SiC أسرع بـ 10 إلى 100 مرة من IGBTs. يتناسب ارتفاع الجهد المتولد مع سرعة التبديل ($di/dt$). حتى 10 نانو هنري من الحث يمكن أن يولد ارتفاعات جهد مدمرة بسرعات SiC، بينما قد يتحملها IGBT.

يمكن أن يتجاوز $di/dt$ لـ SiC 3000 أمبير/ميكروثانية.
عادةً ما يكون $di/dt$ لـ IGBT أقل من 500 أمبير/ميكروثانية.

س: هل يمكنني استخدام FR4 القياسي للوحات مقومات SiC؟ ج: نعم، ولكن مع بعض التحفظات. يجب عليك استخدام FR4 عالي Tg (Tg > 170°C) لتحمل درجات حرارة التشغيل الأعلى. بالنسبة للجهود >1000V، انتبه جيدًا لتصنيف CTI للرقائق لمنع التتبع.

س: ما هو اتصال كلفن ولماذا هو إلزامي؟ ج: يفصل اتصال كلفن مسار الطاقة عالي التيار عن مسار التحكم الحساس (البوابة).

يمنع انخفاض الجهد عبر محاثة المصدر من الطرح من جهد تشغيل البوابة.
بدونه، يتباطأ التبديل، ويحدث التذبذب.

س: كيف أتعامل مع الحرارة إذا كان جهاز SiC من النوع المثبت على السطح (SMD)؟ ج: يجب عليك الاعتماد على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للتبريد.

استخدم مجموعة كثيفة من الفتحات الحرارية (فتحة 0.3 مم، مسافة 1 مم) تحت الوسادة الحرارية.
قم بتوصيل هذه الفتحات بمسطحات نحاسية كبيرة على الطبقات الداخلية والسفلية.
قم بتوصيل مبدد حراري بأسفل لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام مادة واجهة حرارية (TIM).

س: ما هو عرض مسار البوابة الموصى به؟ ج: بينما يكون متوسط تيار البوابة منخفضًا، فإن تيار الذروة مرتفع (غالبًا 2 أمبير - 5 أمبير).

استخدم مسارات بعرض 20 ميل (0.5 مم) على الأقل.
حافظ على الطول أقل من 20 مم.
قلل الفتحات في مسار البوابة (تضيف الفتحات محاثة).

س: هل يجب أن أستخدم مستوى أرضي لتصاميم SiC؟ ج: نعم، ولكن كن حذرًا.

لا تضع مستوى أرضي مباشرة تحت عقدة التبديل عالية الجهد (المصرف/المجمع) إن أمكن، لأن هذا يخلق سعة طفيلية ($C_{oss}$) تزيد من خسائر التبديل.
استخدم مستويات أرضية تحت دوائر التحكم منخفضة الجهد لحمايتها من الضوضاء.

س: كيف تضمن APTPCB موثوقية لوحات SiC؟ ج: نستخدم الفحص البصري الآلي (AOI) والاختبار الإلكتروني (E-testing) للتحقق من الاتصال. بالنسبة للوحات عالية الجهد، يمكننا إجراء فحوصات محددة للتحكم في المعاوقة والتأكد من أن مواصفات المواد (مثل التصاق النحاس الثقيل) تلبي معايير IPC الفئة 2 أو 3.

س: ما هو تأثير "مصائد الحمض" في تصميمات الجهد العالي؟ ج: يمكن لمصائد الحمض (الزوايا الحادة في المسارات) أن تحتفظ بالمادة الكاوية، مما يسبب التآكل بمرور الوقت. في لوحات SiC عالية الجهد، يمكن أن يؤدي هذا التآكل إلى دوائر مفتوحة أو، الأسوأ من ذلك، إنشاء مسار للقوس الكهربائي. استخدم دائمًا زوايا 45 درجة، ولا تستخدم أبدًا زوايا 90 درجة أو حادة.

س: كيف أحسب مسافة الزحف (creepage) المطلوبة لـ SiC بجهد 1200 فولت؟ ج: ارجع إلى IPC-2221B.

للموصلات الخارجية غير المطلية: ~6 مم إلى 10 مم حسب درجة التلوث.
يمكن أن يؤدي استخدام فتحة (طحن) بين الوسادات إلى زيادة مسافة الزحف بشكل فعال دون تحريك المكونات بعيدًا عن بعضها.

س: ما هي أفضل طريقة لاختبار لوحة SiC النموذجية؟ ج: ابدأ بجهد منخفض (مثل 50 فولت) وتحقق من إشارات البوابة.

استخدم راسم ذبذبات عالي النطاق الترددي (>500 ميجاهرتز) ومجسات تفاضلية عالية الجهد.
ستقوم المجسات السلبية القياسية بتحميل الدائرة وتقديم أشكال موجية خاطئة.
قم بزيادة جهد الناقل ببطء مع مراقبة الرنين.

مسرد المصطلحات (المصطلحات الأساسية)

مصطلح	تعريف
SiC (كربيد السيليكون)	مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق واسعة تسمح بجهد ودرجة حرارة وتردد تبديل أعلى من السيليكون.
الحث الطفيلي	حث غير مرغوب فيه متأصل في مسارات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) وأطراف المكونات يقاوم التغير في التيار.
dV/dt	معدل تغير الجهد بمرور الوقت. يؤدي ارتفاع dV/dt في SiC إلى اقتران الضوضاء والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
di/dt	معدل تغير التيار بمرور الوقت. يولد ارتفاع di/dt ارتفاعات مفاجئة في الجهد عبر المحاثات.
وصلة كلفن	تقنية تصميم تستخدم أزواجًا منفصلة من نقاط التلامس لحمل التيار واستشعار الجهد (أو البوابة) للقضاء على التداخل.
تأثير ميلر	الزيادة في السعة المكافئة للمدخل بسبب تضخيم السعة بين أطراف الإدخال والإخراج ($C_{gd}$).
مساحة الحلقة	المساحة المادية المحاطة بمسار التيار. مساحة أكبر = حث أعلى = أداء أسوأ.
مسافة الزحف	أقصر مسافة بين جزأين موصلين على طول سطح المادة العازلة.
مسافة الخلوص	أقصر مسافة بين جزأين موصلين عبر الهواء.
CTI (مؤشر التتبع المقارن)	مقياس لخصائص الانهيار الكهربائي (التتبع) لمادة عازلة.
فتحة حرارية	فتحة مطلية تُستخدم خصيصًا لتوصيل الحرارة من طبقة واحدة من لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى أخرى، بدلاً من مجرد الإشارات الكهربائية.
حلقة التبديل	المسار الذي يسلكه التيار أثناء الانتقال من توصيل المفتاح إلى توصيل الصمام الثنائي (والعكس صحيح).

الخاتمة

يُعد تصميم تخطيط لوحة مقوم SiC بمثابة موازنة بين تقليل الحث الطفيلي، وإدارة الأحمال الحرارية الشديدة، والالتزام بقواعد السلامة للجهد العالي. غالبًا ما يكمن الفرق بين وحدة طاقة موثوقة ونموذج أولي فاشل في التفاصيل: إحكام حلقة التبديل، وتماثل التوجيه، وجودة ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

باتباع المواصفات وخطوات استكشاف الأخطاء وإصلاحها الموضحة أعلاه، يمكنك تسخير الإمكانات الكاملة لتقنية كربيد السيليكون. عندما تكون مستعدًا لتحويل تصميمك إلى واقع مادي، فإن APTPCB مستعدة للمساعدة. تم تحسين قدراتنا التصنيعية لتلبية متطلبات النحاس الثقيل، ودرجة حرارة الانتقال الزجاجي العالية (high-Tg)، والتفاوت الدقيق في الإلكترونيات الحديثة للطاقة.

أرسل ملفات Gerber الخاصة بك اليوم لإجراء مراجعة شاملة لتصميم قابلية التصنيع (DFM) وتأكد من أن تصميم SiC الخاص بك مصمم للأداء.