電機(jī)定子是電機(jī)中靜止的部分，在大多數(shù)電機(jī)中，定子通過提供變化的旋轉(zhuǎn)磁場，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而完成電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。
定子由鐵芯和繞組兩部分組成：鐵芯通常由硅鋼片疊壓而成，以減少磁滯和渦流損耗；繞組是指纏繞在鐵芯槽內(nèi)的導(dǎo)線，負(fù)責(zé)產(chǎn)生磁場。
電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
圖源：Nidec
鐵芯的材料選擇決定了磁滯和渦流損耗，對電機(jī)的性能和效率有很大影響，設(shè)計(jì)時(shí)通常使用高導(dǎo)磁率的硅鋼片來提高磁場效率。
銅線繞組需要良好絕緣，防止電流泄漏和短路。
電機(jī)的特性決定了其需要長時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，因而在設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮電機(jī)的散熱問題，減少運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量堆積。維持電機(jī)的溫度在效率最佳的范圍內(nèi)。
電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的組成
圖源：VectorMine
早期PCB定子技術(shù)主要應(yīng)用于小功率的軸向磁通電機(jī)，這些電機(jī)扭矩大，尺寸小，重量輕，特別安裝在手持設(shè)備上。例如手持割草機(jī)，使用的就是PCB定子的軸向磁通電機(jī)。如下圖，就是手持割草機(jī)中的PCB定子，使用的是4oz厚銅工藝的6層PCB。
直流軸向磁通電機(jī)中的PCB定子
圖源：Ben Katz
2012年，Boulder Wind Power（BWP）公司意識到PCB定子電機(jī)高扭矩特性在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的潛力，開始著手將PCB定子電機(jī)的額定功率提升到兆瓦（MW）級別，并且電機(jī)的工作電壓高達(dá)600V。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的PCB定子
如今，隨著軸向磁通電機(jī)在新能源汽車、電動船舶、電動飛機(jī)和機(jī)器人領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，在中低功率的軸向磁通電機(jī)中使用PCB定子的比例也越來越大。
傳統(tǒng)的交流電機(jī)的生成過程，需要將銅線圈成型和絕緣，自動化程度比較低，盡管有嚴(yán)格的質(zhì)量控制流程，但是仍無法保證每個(gè)線圈都絕緣良好并且線圈間沒有空隙。PCB制造過程的自動化程度高，而且可以針對加工過程做定量控制，為產(chǎn)品提供了無與倫比的一致性，同時(shí)通過壓合工藝，可以保證PP（預(yù)浸料）被充分?jǐn)D壓填充到PCB上的銅線圈，能夠保證良好的絕緣性。
傳統(tǒng)電機(jī)中使用的銅繞組、鐵芯和絕緣材料各自具有不同的熱膨脹系數(shù)，電機(jī)在冷熱變化時(shí)會以不同的速率收縮和膨脹。在熱應(yīng)力可能導(dǎo)致機(jī)器絕緣層產(chǎn)生裂縫，從而發(fā)生故障。相比之下，PCB定子具有相似的熱膨脹系數(shù)，在冷熱周期中可以均勻地收縮和膨脹，而不會產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
PCB定子技術(shù)不僅大大縮小了定子的體積，可以讓電機(jī)的體積變的更加小巧。同時(shí)可以將傳感器等器件直接放置在PCB上，集成度變高的同時(shí)，裝配也更加簡單。
PCB電機(jī)定子的用銅量比傳統(tǒng)繞線定子少66%，同時(shí)PCB電機(jī)定子的壽命是傳統(tǒng)電機(jī)定子的10倍。自重更小、效率更高，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。
PCB電機(jī)定子的設(shè)計(jì)特點(diǎn)顯著，通常線圈繞線很密，厚銅工藝，層數(shù)高，使用高Tg板材，絕緣要求高。
PCB電機(jī)定子的特點(diǎn)決定其加工過程有一系列難點(diǎn)：
曝光精度：線圈曝光精度的差異會導(dǎo)致電機(jī)不同相之間的參數(shù)出現(xiàn)偏差，從而影響電機(jī)的運(yùn)行效率。
蝕刻環(huán)節(jié)：藥水交換難度加大，側(cè)蝕量也會變大，需要通過多次快速蝕刻和增加蝕刻補(bǔ)償系數(shù)的方式來解決側(cè)蝕量變大的問題。
層壓環(huán)節(jié)：由于線路間隙較深，在殘銅率相同的情況下，需要選擇多張流動性好的半固化片來滿足樹脂填充量的需求。同時(shí)需要增加鉚釘，加強(qiáng)芯板之間的固定，減少滑板的風(fēng)險(xiǎn)。銅厚的增加導(dǎo)致在壓合時(shí)板子的實(shí)際升溫速率變慢，需要增加高溫段的持續(xù)時(shí)間，增加半固化片的固化效果。
鉆孔環(huán)節(jié)：厚銅板厚在2.0mm以上時(shí)，可使用分段鉆孔來解決鉆孔難度的問題，同時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)刀速和退刀速的相關(guān)參數(shù)來優(yōu)化鉆孔質(zhì)量，降低落刀速度，避免產(chǎn)生厚銅焊盤拉裂的問題。
阻焊印刷環(huán)節(jié)：由于線路間隙較深，銅與基材的高低差會導(dǎo)致流油、油厚不夠、線路發(fā)紅、針孔氣泡等問題，需要將油墨粘度稀釋，采用多次印刷的方式來解決阻焊印刷的一系列問題。
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