PCB走線電流容量在PCB設(shè)計(jì)中的作用

當(dāng)涉及PCB設(shè)計(jì)時(shí)，PCB布線電流容量的限制非常重要。 盡管 IPC-2221 通用設(shè)計(jì)指南是一個(gè)很好的起點(diǎn)，但 PCB 布線寬度計(jì)算器提供了可用于電路板設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確值。

PCB上布線的電流容量由布線寬度、布線厚度、所需的最高溫升、布線是在內(nèi)層還是外層、是否有阻焊劑覆蓋等參數(shù)決定。

在本文中，我們將討論：

1. PCB布線寬度
   

2. PCB布線的載流能力
   

3. 大電流PCB
   

4. 高電流 PCB 布局指南
   

5. 大電流PCB設(shè)計(jì)技巧
   

6. PCB布線寬度計(jì)算器
   

7. PCB布線寬度是多少？
   

PCB布線或PCB布線是PCB板上的銅導(dǎo)體，可以在PCB表面?zhèn)鲗?dǎo)信號(hào)。 蝕刻后留下的就是銅箔的平坦狹窄部分。 流經(jīng)銅跡線的電流會(huì)產(chǎn)生大量熱量。 正確校準(zhǔn) PCB 布線寬度和厚度有助于最大限度地減少電路板上的熱量積聚。 走線越寬，電流阻抗越低，熱量積累越少。 如下圖所示，PCB走線寬度是走線的水平尺寸，厚度是走線的垂直尺寸。

PCB布線結(jié)構(gòu)

PCB開(kāi)發(fā)總是從默認(rèn)的布線寬度開(kāi)始。 然而，這種默認(rèn)布線寬度并不總是適合所需的 PCB。 這是因?yàn)樾枰紤]走線的載流能力來(lái)確定走線寬度。

在確定正確的布線寬度時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)因素：

• 銅層厚度 – 銅層厚度是 PCB 上的實(shí)際布線厚度。 高電流 PCB 的默認(rèn)銅厚度約為 1 盎司（35 微米）至 2 盎司（70 微米）
  

• 導(dǎo)線截面積 – PCB 上的功率要求越高，則需要更大的導(dǎo)線截面積。 這與線寬成正比。
  

• 走線位置 – 底層或頂層或內(nèi)層

  
  

如何設(shè)計(jì)大電流 PCB？

數(shù)字、射頻和功率電路主要處理或傳輸?shù)凸β市盘?hào)。 這些應(yīng)用的銅重量為 1-2 盎司，載流電流為 mA 至 1A 或 2A。 在某些應(yīng)用中，例如電機(jī)控制，需要高達(dá) 50A 的電流，這將需要 PCB 上更大的銅重量和布線寬度。

針對(duì)大電流需求的常規(guī)設(shè)計(jì)方法是加寬銅線，并將線的厚度增加到2oz。 這將增加電路板上的空間要求和電路板上的層數(shù)。

高電流 PCB 布局指南

這些是設(shè)計(jì)和制造高電流 PCB 的指南：

• 保持大電流接線短
  

• 較長(zhǎng)的電纜具有較高的電阻值，并且還承載較高的電流，從而導(dǎo)致較高的功率損耗。 由于功率損耗產(chǎn)生的熱量，電路板的壽命會(huì)縮短。 因此，保持承載大電流的布線盡可能短是非常重要的。
  

• 計(jì)算適當(dāng)溫升下的布線寬度
  

• 走線寬度是電阻和流過(guò)它的電流以及允許溫升等變量的函數(shù)。 通常情況下，環(huán)境溫度高于25℃時(shí)，允許溫升10℃。如果板材的材料和設(shè)計(jì)允許，溫度甚至可以升高20℃。
  

將敏感部件與熱隔離

一些電子元件，例如電壓基準(zhǔn)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器，對(duì)溫度變化很敏感。 當(dāng)這些組件被加熱時(shí)，它們的信號(hào)可能會(huì)發(fā)生變化。

眾所周知，大電流板會(huì)發(fā)熱，因此上述部件需要與熱點(diǎn)進(jìn)行一定程度的熱隔離。 您可以通過(guò)在板上打孔并提供散熱器來(lái)做到這一點(diǎn)。

去除阻焊層

為了增加布線的電流容量，您可以去除阻焊層，從而暴露下面的銅。 然后，您可以在電線上添加額外的焊料，這會(huì)增加電線的厚度并降低電阻。 這將允許更多的電流流過(guò)導(dǎo)線，而無(wú)需增加導(dǎo)線寬度或額外的銅厚度。

在高電流元件處使用多邊形澆注

現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）和處理器采用球柵陣列（BGA）和線柵陣列（LGA）封裝，需要大電流。 為了實(shí)現(xiàn)高電流，您可以將方形多邊形直接倒在芯片下方，然后拉下通孔并將它們連接起來(lái)。 然后，您可以將多邊形澆筑鏈接到較厚的電源線路或電源平面。

將內(nèi)層用于高電流路徑

如果PCB外層沒(méi)有足夠的空間放置較粗的走線，可以在內(nèi)層填充。 接下來(lái)，您可以使用過(guò)孔鏈接到外層中存在的高電流器件。

添加銅條以獲得非常高的電流

對(duì)于電動(dòng)汽車和電流超過(guò)100A的大功率逆變器，銅線可能不是傳輸電力和信號(hào)的最佳方法。 在這種情況下，您可以使用可焊接到 PCB 焊盤的銅母線。 銅母排比接線粗得多，可以根據(jù)需要承載大電流，而不會(huì)出現(xiàn)任何發(fā)熱問(wèn)題。

在承受大電流的多層板上采用過(guò)孔拼接方式進(jìn)行多重布線

當(dāng)單層走線無(wú)法承載所需電流時(shí)，可以將走線進(jìn)行多層走線，并通過(guò)將各層縫合在一起來(lái)處理。 當(dāng)兩層布線的厚度相同時(shí)，這將增加載流量。

什么是PCB布線寬度計(jì)算器？

走線寬度取決于很多因素，例如銅層厚度、走線的走線位置長(zhǎng)度等，因此很難手動(dòng)計(jì)算出準(zhǔn)確的值。 這就是為什么大多數(shù) PCB 制造商提供計(jì)算布線寬度的工具。 PCB布線寬度計(jì)算器是一種將上述所有因素考慮在內(nèi)的工具，可以為所需的布線寬度提供準(zhǔn)確的值。

根據(jù)IPC-2221 PCB設(shè)計(jì)通用標(biāo)準(zhǔn)，PCB布線限流又可分為內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體。

在確定接線的電流容量時(shí)，有許多復(fù)雜的因素在起作用。 然而，PCB 設(shè)計(jì)人員可以依靠導(dǎo)線厚度計(jì)算器的可靠性來(lái)幫助有效地設(shè)計(jì)其電路板。 在設(shè)計(jì)可靠且高性能的 PCB 時(shí)，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能正確設(shè)置布線寬度及其載流能力。

---- PCB組裝和PCB加工廠家講解PCB走線載流量在PCB設(shè)計(jì)中的作用、PCB走線寬度、PCB走線載流量。