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PCB铜重量,走线宽度和载流能力之间的关系

从理论上讲,PCB(印刷电路板)的载流量由走线的横截面积和温升确定。此外,走线的横截面积与走线宽度和铜厚度成正比。好吧,这里有一个问题:这个规则是否也适用于载流能力与走线截面积之间的关系,也就是说,走线承载能力是否与其截面积成正比?在10°C的相同温度上升下,铜重量为1oz的10mil走线最多能够承受1amp的电流,而我们放心,50mil走线可以承受大于1amp的电流。那么,基于简单的多次计算,它能够保持的最大电流5amps到底是多少?实际上,要复杂得多。

温度上升 10°摄氏度 20°摄氏度 30°摄氏度
0.5盎司 1.0盎司 2.0盎司 0.5盎司 1.0盎司 2.0盎司 0.5盎司 1.0盎司 2.0盎司
迹线宽度(英寸) 最大限度。电流安培
0.01 0.5 1.0 1.4 0.6 1.2 1.6 0.7 1.5 2.2
0.015 0.7 1.2 1.6 0.8 1.3 2.4 1.0 1.6 3.0
0.02 0.7 1.3 2.1 1.0 1.7 3.0 1.2 2.4 3.6
0.025 0.9 1.7 2.5 1.2 2.2 3.3 1.5 2.8 4.0
0.03 1.1 1.9 3.0 1.4 2.5 4.0 1.7 3.2 5.0
0.05 1.5 2.6 4.0 2.0 3.6 6.0 2.6 4.4 7.3
0.075 2.0 3.5 5.7 2.8 4.5 7.8 3.5 6.0 10.0
0.1 2.6 4.2 6.9 3.5 6.0 9.9 4.3 7.5 12.5
0.2 4.2 7.0 11.5 6.0 10.0 11.0 7.5 13.0 20.5
0.25 5.0 8.3 12.3 7.2 12.3 20.0 9.0 15.0 24.0

尽管如此,上表已逐渐被IPC-2221印刷电路板设计通用标准取代,以此作为参考,可以精确地设计印刷电路板。

铜厚度测量单元

在进行真正的讨论之前,有必要对铜的厚度(盎司(盎司))的单位进行维基化处理。它通常被认为是重量测量的单位,但在电路板设计中,已被用于铜厚度的测量。当涉及以盎司为单位的铜厚度转换时,应牢记一些规则。因为铜的规格是通过每平方英尺的铜重量来衡量的,所以通常提到的1盎司实际上是指该铜的每平方英尺的重量为1盎司。在这种情况下,铜越厚,铜的重量就越大,因为铜的重量与铜的厚度成正比。结果,铜的厚度可以用重量单位盎司表示。此外,盎司还可以转换为毫米或密耳的单位。
0.5盎司=
0.0007英寸= 0.7密 耳= 0.018毫米1.0盎司= 0.0014英寸= 1.4密耳= 0.035毫米2.0盎司= 0.0034英寸= 2.8
密耳= 0.070毫米

PCB铜箔横截面积与最大载流量和温升之间的关系

根据IPC-2221中第6.2节的解释,即“导电材料要求”,载流量可以进一步分为两类:内部导体和外部导体。内部导体的最大载流能力定义为外部导体的最大载流能力的一半。IPC-2221中的表6-4演示了外部导体和内部导体之间的铜箔横截面积,温度上升和最大载流能力之间的关系。

PCB铜重量,走线宽度和载流能力之间的关系

此外,基于上表总结了一个简化的公式:I =KΔT0.44A0.75

在该公式中,K是校正因子。就内部导体而言,它等于0.024,对于外部导体而言,它等于0.048。ΔT是最大值 温度差,表示加热铜与环境温度之间的温差,单位为摄氏度(°C)。A表示铜迹线的横截面积,其单位为平方密耳(mil²)。我指的是载流量,其单位为安培(Amp)。

由于电子技术的发展,一些在线走线宽度计算器可供电路板设计人员使用。这种工具非常方便,一旦填充了所需的电流和铜重量,便会提供相应的内部导体和外部导体走线宽度。

确定最大载流量的要素

尽管可以直接采用简单的公式来计算最大载流量,但实际情况并非如此简单直接。这是因为除了横截面积和温度升高外,走线电流的承载能力还取决于其他因素,例如组件数量,焊盘和过孔。

对于分布有许多焊盘的走线,镀锡走线的容量将比普通走线高得多。工程师遇到电路板的情况并不罕见,因为流过大电流时,焊盘之间的一些走线会被烧毁。发生此类悲剧的原因在于组件或引脚上的焊锡膏过多,导致截面积增大,而焊盘之间的痕迹没有发生变化。结果,一旦启动电源或对走线进行阶次修改,就有可能导致超大瞬态浪涌,甚至烧毁焊盘之间的走线。

解决此问题的方法之一是增加走线宽度。当不允许扩大走线时,可以在容易被烧毁的走线上涂上阻焊剂,并应采用SMT(表面贴装技术)程序印刷焊膏。回流焊接后,走线宽度将增加,因此载流量也将增加。

一言以蔽之,虽然可以通过IPC提供的表格或公式来获得PCB走线的载流量,但它们仅用于直接走线计算。但是,在实际的印刷电路制造或组装中,必须认真考虑灰尘或污染物的污染,因为污染可能会导致部分迹线折断。因此,当我们以任何一种方式设计最大载流量时,都必须增加安全系数以防止发生过载问题。

此外,必须特别注意转动痕迹。如果在迹线中形成锐角,则可能会引起不平滑的转移,这可能对小电流或宽宽度的迹线几乎没有影响。但是,当涉及到低电流承载能力时,可能会发生问题。

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