如何调整PCB中走线宽度的大小

出处:上海韬放电子 发布于:2020-12-31 14:10:58

  铜是一种具有高熔点的强导体,但您仍应尽力保持低温。在这里,您需要适当调整走线宽度的大小,以将温度保持在一定范围内。但是,这是您需要考虑给定走线中流动的电流的地方。当使用电源轨,高压组件以及电路板的其他对热敏感的部分时,可以通过PCB走线宽度与电流表的关系来确定布局中需要使用的走线宽度。

  大多数表格的一个问题是,它们不能解决受控阻抗路由问题。您已经确定了走线的大小以便控制阻抗,仅通过查看表就很难确定温度上升,并且您必须使用计算器。但是,一种替代方法是使用IPC2152诺模图检查电流-温度关系是否在受控阻抗曲线中的工作范围内。

  在日常工作中,我发现自己花了很多时间浏览EE论坛。在PCB设计和布线过程中经常出现的一个问题是确定建议的走线宽度,以将设备的温度保持在给定电流值的一定范围内,反之亦然。尽管铜的熔点高并且可以承受高温,但理想情况下,您应该将电路板的温度上升幅度保持在10°C以内。允许PCB走线达到很高的温度会增加组件看到的环境温度,这会给主动散热措施带来更大的负担。

  该IPC2152标准是浆纱线和过孔的时候开始的地方。这些标准中指定的公式对于计算给定温升的电流限值很简单,尽管它们没有考虑受控的阻抗布线。话虽这么说,在确定PCB迹线宽度/横截面积时,使用PCB迹线宽度与电流表是一个很好的起点。这使您可以有效地确定走线中允许电流的上限,然后可以使用该上限来调整走线的大小,以进行受控阻抗布线。

  当在大电流下运行的板上温度升高达到非常大的值时,基板的电性能会在高温下表现出相应的变化。基板的电气和机械性能会随温度而变化,如果长时间在高温下运行,则基板会变色和变弱。这是我知道的设计师会确定走线尺寸的原因之一,以使温度上升保持在10°C以内。这样做的另一个原因是要适应广泛的环境温度,而不是考虑特定的工作温度。

  下面的PCB迹线宽度与电流的关系表显示了迹线宽度和相应的电流值的数量,它们会以1oz/sq将温度升高限制在10°C。英尺铜重。这应该使您了解如何调整PCB中走线的大小。

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  您可能已经注意到此表中的三件事:

  不同的走线厚度/铜重量。迹线厚度需要根据板上的铜重量计算得出。我们仅包括标准的1盎司/平方尺。英尺以上的值。但是,要在大电流下运行的电路板通常需要较重的铜,以适应较高的温度上升。

  无阻抗数据。如果需要使用受控阻抗路由,则需要验证计算出的走线尺寸是否满足上述指定的限制。

  替代基材。上面的数据是针对FR4编译的,它将涵盖大量已投产的PCB。但是,  应用程序可能需要铝芯PCB,陶瓷基板或  高速层压板。如果您使用导热率较高的基板,则随着热量从温暖的走线带走,走线的温度会降低。对于一阶近似值,温度上升将通过所需基材的导热系数与FR4的导热系数之比进行缩放。

  使用IPC2152Nomograph

  如果要使用不同的铜重量,请针对温度上升和电流验证受控的阻抗布线尺寸,然后应使用IPC2152标准中的列线图。对于特定的电流和温度上升,这是确定导体尺寸的好方法。另外,如果您已经选择了走线宽度,则可以确定将导致特定温度升高的电流。这在下面的列线图中的两个示例中显示。

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  红色箭头显示如何确定所需的走线宽度,铜重量(即走线横截面积)和温度上升的  电流。在此示例中,首先选择导体宽度(140密耳),然后将红色箭头沿水平方向绘制到所需的铜重量(1盎司/平方呎)。然后,我们垂直跟踪到所需的温升(10°C),然后追溯到y轴以找到相应的电流限制(?2.75A)。

  橙色箭头朝另一个方向移动。我们从所需的电流(1A)开始,然后水平追踪至所需的温度上升(30°C)。然后,我们垂直向下跟踪以确定跟踪尺寸。在此示例中,假设我们指定0.5oz/sq。英尺铜重。追溯到这条线之后,我们水平地追溯到y轴,以找到?40密耳的导体宽度。假设我们要使用的铜重量为1oz/sq。ft。;在这种情况下,我们会发现所需的走线宽度为20密耳。

  验证受控阻抗路由

  让我们看一个简单的示例,其中涉及上面的诺模图,它与4.7mil层压板顶部的50Ohm微带走线一起使用。如果使用微带走线阻抗计算器,则会发现2密耳的走线厚度要求6.5密耳的走线宽度。现在,我们可以在上面的诺模图中使用这些值来确定给定温升的电流极限(请参见红线示例)。如果将  温升指定为10°C,则可以看到该迹线中允许的  电流为?400mA。


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