🧱 Новый способ протащить большой ток по обычной печатной плате (металлические блочки)

Вступление

В очерке описаны пока что не так широко применяемые компоненты для печатных плат, которые позволят значительно увеличить токовую пропускную способность дорожек, при этом обладая низкой себестоимостью и возможностью автоматического монтажа.

Описание

Вообще-то сами по себе обычные печатные платы не так, чтобы хорошо подходят для действительно больших токов, потому что толщина проводящего слоя (меди) обычно составляет всего 35 мкм (1 oz) или даже 17.5 мкм (1/2 oz), таким образом для достижения более низкого сопротивления применяются различные подходы:

Название	Описание
Увеличение ширины дорожек/полигонов	Слишком широко не сделаешь из-за ограничения по размерам самой платы (на картинке ниже пример шины 5В светодиодного тестера):
Использование нескольких слоев меди	Т.к. сейчас широкодоступны платы 2, 4 слоя и более, то можно взять несколько параллельных слоев:
Увеличение толщины меди	Увеличение толщины медной фольги стоит дорого, если 70 мкм (2 oz) для внешних и 35 мкм (1 oz) для внутренних ещё может быть терпимо, то более 70 мкм цена очень кусается и далеко не все заводы такое сделают:
Дополнительный паяльной слой пасты (припоя)	От маски освобождается часть полигона/дорожки и на её месте наноситься паяльная паста. Такой способ можно увидеть в зарядном устройстве с PD WOTOBE: То же самое можно сделать с вручную с помощью паяльника, это излюбленный способ Ака Касьяна:
Медные шины в виде провода	На платах по типу регуляторов оборотов бесщеточных движком (ESC) или точечной сварки можно увидеть дополнительные медные шины (по сути куски одножильного провода): Такой рода же способ можно увидеть на платах BMS: Вроде бы такой способ неплохой, но плох он тем, что это ручная работа (нарезать, припаять).
Обновление от 15.10.2024: Использование штампованных и выгнутых пластин	Обновление от 15.10.2024: Это позволяет сделать соединение поверх других компонентов за счет сквозного монтажа и отлично соединить разные точки на плате, что особенно важно для 2-х слойной платы:
Обновление от 24.09.2025: Заполнение переходных отверстий медной пастой	Обновление от 24.09.2025: Заполняем всё возможное пространство переходными отверстиями 0.5мм+ и на заводе заказываем заполнение медной пастой Пример это супер-плата PMP41115 (USB-C PD3.1 ERP 240W) JLCPCB поддерживает: Vias should be at most 0.5 mm in diameter to avoid incomplete filling. Vias violating this size will be left unfilled. Vias are filled with high thermal conductivity copper paste and then plated over to create a flat, solderable surface. The filling has an excellent heat conductivity of 8 W/mK ideal for via-in-pad and heatsink pads.

Решение

Можно предположить о существовании металлических параллелепипедов, которые могли бы просто становиться на контактную площадку с помощью автоматического расстановщика и запаиваться (в печи/вручную).

Как ни странно, но такие, казалось бы, простые вещи пока не очень распространены. Но, я их наконец-то нашел у китайцев.

Это латуневые блочки, покрытые никелем, которые упакованы в ленту на бобине, пригодную для машин-расстановщиков (P&P - Pick and Place).

Расчет сопротивления

Увы, точные цифры тока или сопротивления или удельного сопротивления сплава не указаны. Тем не менее, оценить их свойства вполне возможно, учитывая что для Латуни удельное сопротивление 0.06-0.07 Ом·м (никелевым покрытием пренебрегаем).

Таким образом, для латунного блока YTC-2021-BN (10х2х1мм) имеем следующие значения (из вычисления выше):

Свод сопротивлений блоков в таблице

Все доступные на момент публикации параметры блоков от компании YIYUAN были сведены в таблицу и рассчитано их сопротивление, при этом удельное сопротивление для латуни взято наибольшее (0.07 Ом*м):

Расчёт потерь

Если принять ток за 50А, то потери почти 1 Ватт (при продольном подключении), что весьма немало, поэтому, чтобы минимизировать увеличение сопротивления металла при росте температуры можно ставить несколько таких блоков. Для параллельного же подключения потери 0.0875 Вт, что гораздо меньше.

Примеры использования

Отладочная Плата

Да, а их пока не проверял в деле, но есть пример платы от Infenion где используется крупные блочки с высотой 3-4мм (хотя они и не указаны в спецификации):

Инвертор

Здесь же используются довольно миниатюрные металлические блочки (SM - Surface Mounted?) с высотой около 1 мм. Причем посадочное место состоит из трех площадок, а не одной, не уверен, что это правильный подход:

Линия нейтрали (Load_N) усилина блочками, при этом линия фазы (Load_L) усилена луженным проводом:

Точечная сварка

Широкие бронзовые полосы почти по всей длине платы. Скорее всего они ставятся вручную, может даже нарезаются вручную:

Зарядная станция Bluetti 180

Станция представляет собой сборку из инвертора, аккумуляторной батареи и платы защиты (BMS), так что здесь могут гулять немаленькие токи. Но видимо, токи не настолько большие, так что часть блоков не установлены (только паяльная паста), а присутствуют они только в самых критических местах.

Примеры документации на кубики

Вот примеры листа данных на такого рода кубики (на китайском):

Способы упаковки (Обновление от 22.10.2024)

Главным преимуществом таких блоков является возможность использования с машинами-расстановщиками без специального компьютерного зрения и спец-захватов, для чего они должны быть упакованы в ленту в бобине:

В технической документации же может быть указан один способ упаковки или два:

• Пакет (Bag-packed)
• Лента-бобина (Tape & Reel (TR))

Но суть в том, что нужно обращать внимание именно на информацию от поставщика (они приоритетней), не попадитесь, а то будете руками расставлять эти блоки :

Пластинки для точечной сварки

Не стоит путать такие блоки с никелированными пластинками для печатных плат для точечной сварки, они, как правило, имеют сильно маленькую толщину, вот типичные размеры 0.3мм х 4мм х 6 мм:

Обновление от 20.05.2025: Пластины частенько (но не всегда) ставят на платы защиты аккумуляторов, к которым и точечно приваривается электроды ХИТа:

Заключение