印制電路板的載流量由走線的橫截面積和溫升確定。此外,走線的橫截面積與走線寬度和銅厚度成正比。那么這個規則是否也適用于載流能力與走線截面積之間的關系,也就是說,PCB線路板走線承載能力是否與其截面積成正比呢?在10℃的相同溫度上升下,銅厚度為1oz的10mil走線最多能夠承受1A的電流,50mil走線可以承受大于1A的電流。那么,基于簡單的多次計算,它能夠保持的最大電流5A到底是多少?
上表已逐漸被IPC-2221印制電路板設計通用標準取代,以此作為參考,可以精確地設計印制電路板。
銅厚度測量單位
在進行真正的討論之前,有必要對銅的厚度(盎司)的單位進行維基化處理。它通常被認為是重量測量的單位,但在電路板設計中,已被用于銅厚度的測量。當涉及以盎司為單位的銅厚度轉換時,應牢記一些規則。因為銅的規格是通過每平方英尺的銅厚度來衡量的,所以通常提到的1盎司實際上是指該銅的每平方英尺的重量為1盎司。在這種情況下,銅越厚,銅厚度就越大,因為銅厚度與銅的厚度成正比。結果,銅的厚度可以用重量單位盎司表示。此外,盎司還可以轉換成mm或mil的單位。
0.5盎司=0.0007英寸= 0.7mil= 0.018mm
1.0盎司= 0.0014英寸= 1.4mil= 0.035mm
2.0盎司= 0.0034英寸= 2.8mil= 0.070mm
PCB銅箔橫截面積與最大載流量和溫升之間的關系
根據IPC-2221中第6.2節的解釋,即“導電材料要求”,載流量可以進一步分為兩類:內部導體和外部導體。內部導體的最大載流量定義為外部導體的最大載流量的一半。
此外,根據上表總結了一個簡化的公式:I=KΔT0.44A0.75 。在這個公式中,K是一個修正因子。內部導體相當于0.024,外部導體相當于0.048。ΔT是最大值。溫差,表示加熱銅與環境溫度之間的溫差,其單位為攝氏度(C)。A是指銅線的橫截面面積,其單位為平方密耳(mil2)。是指其單位為安培(安培)的電流承載能力。
確定最大載流量的要素
盡管可以直接采用簡單的公式來計算最大載流量,但實際情況并非如此簡單直接。這是因為除了橫截面積和溫度升高外,走線電流的承載能力還取決于其他因素,例如組件數量,焊盤和過孔。
對于分布有許多焊盤的走線,鍍錫走線的容量將比普通走線高得多。工程師遇到電路板的情況并不罕見,因為流過大電流時,焊盤之間的一些走線會被燒毀。造成此類悲劇的原因在于,組件或引腳上的焊錫膏過多,會導致橫截面積增加,而焊盤之間的痕跡不會發生變化。結果,一旦啟動電源或對走線進行階次修改,就有可能導致超大瞬態浪涌,甚至燒毀焊盤之間的走線。
解決此問題的方法之一是增加走線寬度。當不允許擴大走線時,可以在容易被燒毀的走線上涂上阻焊劑,并應采用SMT(表面貼裝技術)規程印刷焊膏。回流焊接后,走線寬度將增加,因此載流量也將增加。
雖然可以通過IPC提供的表格或公式來獲得PCB走線的載流量,但它們僅用于直接走線計算。在實際的印刷電路制造或組裝中,必須認真考慮灰塵或污染物的污染,因為污染可能會導致部分導線折斷。因此,當我們以任何一種方式設計最大載流量時,都必須增加安全系數以防止發生過載問題。
此外,必須特別注意轉動痕跡。如果在導線中形成銳角,則可能會引起不平滑的轉移,這可能對小電流或寬度的導線幾乎沒有影響。但是,當涉及到低電流承載能力時,可能會發生問題。
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