PCB Trace Width vs Current Capacity: Käytännön suunnitteluopas

Oikean levyisten PCB-jälkien suunnittelu on tärkeää, jotta voidaan sähköinen luotettavuus, lämmönkestävyys ja valmistettavuus.

Jos johdin on liian kapea sen kuljettamaan virtaan nähden, se voi aiheuttaa:

• Liiallinen kuumuus
• Jännitehäviö
• Signaalin eheysongelmat
• PCB-vika ääritapauksissa

Ymmärtää, miten jäljen leveys liittyy virran kapasiteettiin auttaa insinöörejä suunnittelemaan levyt, jotka täyttävät sekä sähköiset vaatimukset ja valmistusrajoitukset.

Tässä artikkelissa selitetään, miten jäljen leveys toimii, miten arvioida nykyinen kapasiteetti ja miten optimoida asettelut reaalimaailman piirilevyn valmistusta varten.

Miksi jäljen leveys on tärkeää PCB-suunnittelussa

Jäljen leveys määrittää, kuinka paljon virtaa kuparijohdin voi turvallisesti kuljettaa ilman ylikuumenemista.

Suhteeseen vaikuttavat useat tekijät:

Kuparin paksuus

Yleisiä arvoja ovat:

• 1 oz kuparia (35 µm)
• 2 oz kuparia (70 µm)
• Raskaat kuparimallit (3 oz+)

Paksumpi kupari lisää virtakapasiteettia.

Lämpötilan nousu

Suunnitteluohjeissa oletetaan yleensä hyväksyttävä lämpötilan nousu, kuten:

• 10°C
• 20°C
• 30°C

Alhaisempi lämpötilan nousu edellyttää leveämpiä jälkiä.

Ulkoiset ja sisäiset kerrokset

Ulkoiset kerrokset haihduttavat lämpöä helpommin.

Tyypillinen sääntö:

• Sisäiset jäljet kuljettavat vähemmän virtaa kuin ulomman kerroksen jäljet.

Valmistukseen liittyvät näkökohdat, kuten kuparin paksuus ja kerrosten pinoaminen, selitetään PCB-tuotannon työnkulussa osoitteessa: PCB valmistusprosessi selitetty askel askeleelta

Perusjäljen leveyden ja virran suhde

Virran ja jäljen leveyden välistä suhdetta arvioidaan tyypillisesti käyttämällä arvoa IPC-2221-standardi.

Yksinkertaistettu nyrkkisääntö:

Nämä ovat likimääräiset arvot, ja tarkkoihin laskelmiin olisi sisällyttävä:

• lämpötilan nousu
• kuparin paksuus
• jäljen pituus
• hallitusympäristö

Virran epäasianmukainen käsittely on yksi yleisimmistä syistä, joista keskustellaan kohdassa: Yleiset PCB-viat: PCB PCB-piirilevyt: Syyt ja ratkaisut

Sisäinen vs. ulkoinen jäljityskapasiteetti

Piirilevyjen pinoutuminen vaikuttaa lämpösuorituskykyyn.

Ulkoiset kerrokset

Edut:

• parempi lämmöntuotto
• suurempi virtakapasiteetti
• helpompi tarkastus

Sisäiset kerrokset

Rajoitukset:

• loukkuun jäänyt lämpö
• vähentynyt jäähdytys
• pienempi virrankapasiteetti

Esimerkiksi:

Kerrossuunnittelu vaikuttaa myös valmistuksen monimutkaisuuteen, jota käsitellään kohdassa PCB Layer Stackup Design Guide -suunnitteluopas

Kapeiden jälkien lämpövaikutukset

Jos jäljet ovat alimitoitettuja, lämmön kertymisestä tulee vakava riski.

Mahdollisia seurauksia ovat:

Kuparin ylikuumeneminen

Suuri virrantiheys voi nostaa kuparin lämpötilaa nopeasti.

Laminaatin hajoaminen

Liiallinen kuumuus voi vahingoittaa piirilevyn alustaa.

Juotosliitosten luotettavuusongelmat

Lämpökierto rasittaa komponentteja ja tyynyjä.

Monet luotettavuusongelmat johtuvat sähkö- ja lämpösuunnitteluun liittyvistä ongelmista. Voit lukea lisää osoitteessa: PCB:n luotettavuuden testausmenetelmät selitettyinä

Kuinka laskea PCB Trace Width (askel askeleelta)

Suunnittelijat käyttävät usein laskureita tai IPC-standardeista johdettuja kaavoja.

Vaihe 1 - Määritä enimmäisvirta

Määritä suurin virta, joka johtimen on kestettävä.

Esimerkki:

Moottorinohjaimen lähtö = 4 A

Vaihe 2 - Määritä sallittu lämpötilan nousu

Tyypilliset arvot:

10°C konservatiivinen suunnittelu
20 °C:n yleinen rakenne

Vaihe 3 - Valitse kuparin paksuus

Esimerkki:

1 oz kuparia

Vaihe 4 - Käytä jäljen leveyden laskuria

Monet EDA-työkalut tai verkkolaskimet antavat tarkkoja arvoja.

Vaihe 5 - Validointi DFM-arvioinnin avulla

Valmistajat voivat varmistaa, että malli täyttää valmistustoleranssit.

DFM-tarkastusmenetelmät selitetään seuraavassa: Mikä on PCB DFM ja miksi sillä on merkitystä valmistuksessa?

Käytännön suunnitteluvinkkejä suurvirtaisia jälkiä varten

Virran käsittelyä voidaan parantaa useilla tekniikoilla.

Kuparin paksuuden lisääminen

Käyttämällä 2 oz kuparia parantaa merkittävästi nykyistä kapasiteettia.

Laajemmat kuparikaadot

Suuret kuparialueet vähentävät vastusta ja lämpöä.

Lisää rinnakkaisia jälkiä

Virran jakaminen useammalle johtimelle vähentää kuormitusta.

Käytä termisiä läpivientejä

Lämpöläpiviennit jakavat lämpöä kerrosten välillä.

Poraus ja valmistuksen kautta tapahtuva valmistus on käsitelty kohdassa: PCB-poraus vs. laserporaus: Erilaiset valmistustavat: Valmistuserot

Jäljen leveyden valmistusrajoitukset

Piirilevyjen valmistus asettaa käytännön rajoituksia.

Tyypilliset valmistusvalmiudet:

Suunnittelu valmistusrajojen puitteissa parantaa tuotosta ja alentaa kustannuksia.

Suunnittelun monimutkaisuuden ja tuotantokustannusten välistä suhdetta käsitellään seuraavassa: Kuinka vähentää PCB-kustannuksia laatua tinkimättä laadusta

Miten valmistajat arvioivat jäljityssuunnittelua

Ammattimaiset PCB-valmistajat suorittavat yleensä suunnittelusääntöjen tarkastukset (DRC) ja DFM-analyysi ennen tuotantoa.

He tarkastelevat:

• jäljen leveys vs. kuparin paino
• etäisyystoleranssit
• lämpöjakauma
• virransietokyky

Sellaisissa yrityksissä kuin TOPFAST, insinöörit tarkistavat usein layout-parametrit ennen valmistuksen aloittamista vähentääkseen valmistusriskejä ja varmistaakseen vakaan suorituskyvyn kaikissa tuotantoerissä.

Päätelmä

Jäljen leveydellä on kriittinen rooli piirilevyn sähköisen luotettavuuden ja valmistettavuuden kannalta.

Keskeisiä otteita ovat muun muassa:

• Jäljen leveys määrittää virtakapasiteetin ja lämpötehokkuuden.
• Kuparin paksuus ja lämpötilan nousu vaikuttavat voimakkaasti suunnittelusääntöihin.
• Ulkoiset kerrokset voivat kuljettaa enemmän virtaa kuin sisäiset kerrokset
• Asianmukainen DFM-arviointi varmistaa, että mallit voidaan valmistaa luotettavasti.

Yhdistämällä tarkat virtalaskelmat valmistustietoisten layout-käytäntöjen avulla, insinöörit voivat rakentaa piirilevyjä, jotka ovat sekä sähköisesti vakaita että tuotantokelpoisia.

FAQ