توضیح مفصل فرآیند ساخت شینه چند لایه: تحلیل جریان کلیدی از طراحی تا آزمایش

با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم‌های ذخیره انرژی، حمل‌ونقل ریلی و تجهیزات تبدیل فرکانس صنعتی، شین‌های چند لایه به اجزای اتصال حیاتی در سیستم‌های الکترونیکی{{0}قدرت بالا تبدیل شده‌اند. در مقایسه با راه‌حل‌های سنتی اتصال کابل، شین‌های چند لایه مزایایی مانند اندوکتانس کم، ساختار فشرده، ظرفیت حمل جریان بالا و راندمان نصب بالا را ارائه می‌کنند و به طور گسترده در اینورترها، ماژول‌های IGBT، بسته‌های باتری و سیستم‌های توزیع برق با ولتاژ بالا استفاده می‌شوند.

 

به عنوان یک نوار اتصال ساختار کامپوزیت چند لایه معمولی، عملکرد شینه های چند لایه نه تنها به انتخاب مواد بلکه به فرآیند تولید نیز بستگی دارد. این مقاله به طور سیستماتیک فرآیندهای تولید اصلی و نقاط کنترل کلیدی شین های چند لایه را معرفی می کند.

 

 

 

اولین قدم در ساخت شینه چند لایه، طراحی محصول است. مهندسان باید تعداد لایه‌های هادی، ساختار عایق و ابعاد کلی را بر اساس ولتاژ عملیاتی تجهیزات، رتبه‌بندی جریان، فضای نصب و الزامات سازگاری الکترومغناطیسی تعیین کنند.

 

برای گذرگاه چند لایه برای خودروهای الکتریکی در سیستم‌های محرک خودروهای انرژی جدید، طراحی معمولاً بر چگالی جریان، قابلیت‌های مدیریت حرارتی و مقاومت در برابر لرزش متمرکز است. باسبارهای چند لایه که در مبدل‌های توان بالا برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند، قابلیت‌های انتقال جریان با فرکانس بالا و اندوکتانس انگلی پایین را در اولویت قرار می‌دهند.

 

یک ساختار خوب-طراحی شده می‌تواند تلفات سیستم را به طور موثر کاهش دهد و کارایی عملیاتی کلی را بهبود بخشد.

 

 

مواد رسانا برای شینه های چند لایه معمولاً از مس-یا آلومینیوم با خلوص بالا است و مس به دلیل رسانایی عالی آن به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

 

قبل از ورود به فرآیند تولید، مواد هادی باید تحت:

آزمایش ترکیب مواد خام

تست رسانایی

بازرسی ضخامت و ابعاد

بازرسی وضعیت اکسیداسیون سطحی

 

مواد هادی با کیفیت بالا، پایداری فرآیندهای تولید بعدی را تضمین می‌کند و رسانایی و استحکام مکانیکی محصول نهایی را بهبود می‌بخشد.

 

 

 

لایه هادی جزء اصلی شینه چند لایه است و دقت پردازش آن به طور مستقیم بر عملکرد محصول تأثیر می گذارد.

تکنیک های رایج پردازش عبارتند از:

 

مهر زنی دقیق CNC

برش لیزری

خمش CNC

حفاری دقیق

شکل گیری

برای شینه های چند لایه سفارشی برای محصولات IGBT، به دلیل فضای نصب محدود، الزامات تحمل ابعاد و دقت موقعیت سوراخ معمولاً سختگیرانه تر است.

 

پس از پردازش، سطح هادی باید تمیز شود تا روغن، لایه‌های اکسید و ناخالصی‌ها حذف شود تا از کیفیت فرآیندهای لمینیت بعدی اطمینان حاصل شود.

 

 

عملکرد اصلی لایه عایق جداسازی لایه های هادی مختلف، جلوگیری از اتصال کوتاه و کاهش تداخل الکترومغناطیسی است.

مواد عایق رایج عبارتند از:

فیلم پلی استر (PET)
فیلم پلی آمید (PI)
کامپوزیت های رزین اپوکسی
فیلم های کامپوزیت عایق مخصوص

برای کاربردهای ولتاژ بالا، مانند گذرگاه‌های اینورتر ضد ولتاژ بالا{{1}، مواد عایق نه تنها به خواص دی الکتریک عالی نیاز دارند، بلکه باید الزامات مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر حرارت مرطوب و مقاومت درازمدت پیری را برآورده کنند.

 

کنترل ضخامت لایه عایق و کنترل صافی سطح از شاخص های کیفیت مهم برای این فرآیند هستند.

 

 

فرآیند لمینیت یکی از حیاتی ترین مراحل در تولید شینه های چند لایه می باشد.

در طول تولید، لایه‌های هادی و لایه‌های عایق طبق ترتیب طراحی شده روی هم چیده شده و از طریق پرس گرم یا پرس سرد به یک ساختار یکپارچه تبدیل می‌شوند.

 

پارامترهای کلیدی کنترل عبارتند از:

دمای لمینیت
فشار
زمان برگزاری
میزان سرمایش

به عنوان مثال، در تولید باسبارهای چند لایه سه لایه، استحکام پیوند بین لایه‌ای مستقیماً بر قابلیت اطمینان بلند مدت محصول تأثیر می‌گذارد.

 

فرآیند لمینت با کیفیت بالا-تضمین می‌کند:

بدون حباب
بدون لایه لایه شدن
بدون تاب برداشتن
توزیع یکنواخت عایق

بنابراین، یک شینه نیمه چند لایه یا ساختار کاملاً چند لایه پایدار و قابل اعتماد تشکیل می شود.

 

 

 

پس از لمینیت، ماشینکاری ثانویه طبق نقشه های مشتری مورد نیاز است.

فرآیندهای رایج عبارتند از:

 

برش شکل
ماشینکاری سوراخ نصب
اتصال جوش
مونتاژ پرچین
پایان درمان

شینه های چند لایه که در تجهیزات پیچیده برای نصب شینه های پیچیده استفاده می شوند، اغلب نیاز به ماشینکاری شکل نامنظم دارند تا نیازهای نصب ویژه را برآورده کنند.

 

در حین ماشینکاری، دقت ابعاد و تلورانس های هندسی باید به شدت کنترل شود تا از مونتاژ سیستم بعدی اطمینان حاصل شود.

 

 

پس از تولید محصول، آزمایش رسانایی برای تأیید ظرفیت انتقال جریان هر لایه هادی مورد نیاز است.

 

موارد کلیدی تست عبارتند از:

تست مقاومت DC
تست تداوم
تست مقاومت تماسی

برای کاربردهای IGBT Laminated Busbar، اتصالات با مقاومت کم-به طور مؤثری تلفات برق را کاهش می‌دهند و کارایی سیستم را بهبود می‌بخشند.

 

تست تداوم می تواند به سرعت مشکلات احتمالی مانند مدارهای باز، اتصالات شل یا آسیب هادی را تشخیص دهد.

 

 

تست عملکرد عایق یک گام مهم در ارزیابی ایمنی شینه های چند لایه است.

 

موارد رایج آزمون عبارتند از:

تست مقاومت عایق
تست ولتاژ مقاومت فرکانس قدرت
تست ولتاژ مقاومت در برابر ضربه
تست تخلیه جزئی

 

مخصوصاً در اتوبوس‌های چند لایه مترو که در حمل‌ونقل ریلی و تجهیزات اینورتر{0}ولتاژ بالا استفاده می‌شوند، الزامات برای قابلیت اطمینان عایق بسیار بالاست.

 

از طریق آزمایش دقیق، عملکرد عایق پایدار را می توان در طول عملکرد طولانی مدت- تضمین کرد.

 

 

برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی و عمر مفید محصول، شینه های چند لایه معمولاً تحت عملیات سطحی قرار می گیرند.

 

فرآیندهای رایج عبارتند از:

آبکاری قلع
آبکاری نقره
آبکاری نیکل
درمان پوشش ضد اکسیداسیون

 

درمان سطح به طور موثر مقاومت تماس را کاهش می دهد و پایداری محصول را در رطوبت بالا، اسپری نمک بالا و محیط های آلوده صنعتی افزایش می دهد.

 

برای محصولات باس بار القایی پایین چند لایه، عملیات سطح عالی می‌تواند عملکرد انتقال جریان با فرکانس بالا را بیشتر- بهبود بخشد.

 

 

با ارتقای مداوم فناوری الکترونیک قدرت، شین‌های چند لایه به سمت یکپارچگی بالا، چگالی توان بالا و هوشمندی در حال توسعه هستند.

 

در حال حاضر، آنها به طور گسترده ای در موارد زیر استفاده می شوند:

سیستم های محرک خودروهای انرژی جدید
مبدل های ذخیره انرژی (PCS)
اینورترهای فتوولتائیک
سه -اینورتر سطح
تجهیزات اتوماسیون صنعتی
سیستم های حمل و نقل ریلی

 

به ویژه در دستگاه‌های الکترونیکی با کارایی بالا مانند شینه‌های چند لایه برای سه سطح-، شین‌های چند لایه به اجزای کلیدی برای بهبود کارایی و قابلیت اطمینان سیستم تبدیل شده‌اند. در همین حال، به‌عنوان میله‌های اتوبوس چند لایه معمولی، قطعات الکترونیکی غیرفعال، سطوح طراحی و ساخت آنها به طور مداوم توسعه فناوری‌های تبدیل توان مدرن را هدایت می‌کنند.

 

 

 

ساخت ازشینه های چند لایهیک پروژه مهندسی سیستماتیک شامل مواد، ماشینکاری، طراحی الکتریکی و کنترل کیفیت است. از طراحی ساختاری، پردازش هادی و آماده سازی لایه عایق گرفته تا لمینیت و تست عملکرد، هر مرحله بر عملکرد الکتریکی و طول عمر محصول نهایی تأثیر می گذارد. با توسعه انرژی‌های جدید، وسایل نقلیه الکتریکی، و{2}}صنایع تولید تجهیزات پیشرفته، باسبارهای چند لایه با کارایی بالا نقش فزاینده‌ای در سیستم‌های الکترونیک قدرت آینده خواهند داشت.