När det finns för många komponenter på ett mönsterkort kan det leda till överbelastning, vilket kan orsaka negativa effekter som försämrad elektrisk prestanda och minskad värmeavledning.Så när det finns många komponenter på ett PCB-korthur kan vi avgöra om kretskortet är överbelastat?
Metoder för bestämning av PCB-överbelastning
1. Test av aktuella parametrar
- Använd en klämmätare med hög precision för att mäta driftsströmmen i kritiska kretsar
- Jämför med konstruktionsparametrar:
- Konventionella ledare på 1,5 mm² har en säker strömstyrka på 16 A (vid en omgivningstemperatur på 30 °C)
- 100mil linjebredd/1OZ koppartjocklek har en maximal strömstyrka på 4,5A (baserat på en standard för temperaturökning på 10°C)
- Kriterier för bestämning: Om den uppmätta strömmen är ≥80% av konstruktionsvärdet krävs en varning
2.Karakteristisk analys av temperaturökning
- Testverktyg:Infraröd värmekamera (upplösning ≤ 0,1°C)
- Säkerhetströsklar:
- PVC-isoleringsmaterial: Ledartemperatur ≤ 70°C
- FR-4 substrat:Lokal temperaturökning ≤ 20°C (i förhållande till omgivningstemperaturen)
- Onormala indikatorer:Missfärgning/mjukning av isoleringsskiktet, deformation av lödfog
3.Verifiering av lastkapacitet
- Beräkningsformel:I = Kx - P / (U - cosφ)
(Kx tas som 0,7-0,8, cosφ rekommenderas som 0,85)
- Exempel på verifiering:
220V/3500W resistiv belastning strömberäkning ≈ : 15,9A
Kräver matchande 2,5 mm² kabel (konstruktionsmarginal 20%)
4.Diagnos av fysiskt tillstånd
- Typiska felegenskaper:
- Avskalning av kopparfolie (skjuvspänning överskrider gränsvärdet)
- Karboniseringsmärken (lokal hög temperatur > 300°C)
- Onormal drift av skyddsanordningar (≥3 utlösningar inom 24 timmar)
5.Verifiering av konstruktionsspecifikation
Matchningstabell för nyckelparametrar:
| Nuvarande krav | Krav på koppartjocklek | Minsta linjebredd | Kompletterande åtgärder |
|---|
| ＜5A | 1OZ | 20 miljoner | Enkelsidig routing |
| 5-20A | 2OZ | 80 miljoner | Lägg till fönster |
| ＞100A | 4OZ | 15 mm | Stöd för samlingsskenor av koppar |
Prioritera snabb screening genom strömmätning + temperaturövervakning, kombinerat med belastningsberäkning och korsverifiering av fysisk inspektion. För kretskort med hög effekt, välj strikt linjebredd och koppartjocklek enligt den aktuella bärkapacitetstabellen i det tidiga designstadiet och reservera värmeavledningsbidrag. Vilka konsekvenser kommer överbelastning att få på kretskortet?
Effekter av överbelastning på PCB
1. Trefaldig förstörelsemekanism för elektrisk prestanda
- Impedansinstabilitetseffekt
Betydande ökning av trådmotståndet: ΔR = ρ - L - (1/S₁ – 1/S₂) (S är förändringen av tvärsnittsarean)
Typiskt fall: Överbelastning av kraftledningar orsakar ±15% fluktuation i MCU:s matningsspänning, vilket utlöser systemåterställning (faktiska mätdata)
- Kollaps av signalintegritet
Mätvärden för signalförstöring i hög hastighet:
Ögondiagrammet stängs > 30%.
Fördröjning skew ≥ 50 ps
Krosstalk-brusförhållande > -12 dB
- 3EMI-strålningen överskrider normerna
EMI-toppnivåer på överbelastade linjer ökar med 20-35 dBμV/m
Exempel på försämrat signal/brus-förhållande i känsliga kretsar:
Samplingsfelet för Audio ADC ökar från 0,1% till 3,2%.
2.Termodynamiskt felfrekvensspektrum
- Tröskelvärden för materiella skador Materialtyp Kritisk temperatur Feltillstånd FR-4 substrat 130°C Delaminering och sprickbildning 1 oz kopparfolie 260°C Smältning och deformation Bly-tennlod 183°C Vätskemigration Lödmaskbläck 70°C Karbonisering och avskalning
- Typisk kedja av termiska fel
Överström → Lokal temperaturökning > 85°C → Lödfogskrypning → Ökat kontaktmotstånd → Termisk rusning (positiv återkopplingsslinga)
3.Riskmatris på systemnivå
- Sannolikhetsfördelning för fel
Kraftmodul: 68%
Strömförsörjningsgränssnitt: 22%.
Signallinjer: 10%
- Modell för sekundär skada
Radie för påverkan av termisk strålning: R = 3,5 - √P (P är värmegenereringseffekten, enhet: W)
Fall:En 10W värmekälla orsakar ±15% kapacitansdrift inom 3 cm från MLCC
Lösning för överbelastningssystem för kretskort (fyrdimensionellt optimeringssystem)
1. Lösning för förbättring av elektrisk prestanda
- Nuvarande bärkraft Förbättring
- Optimering av kopparlager: 4OZ tjock koppar + 15 mm bred dubbelsidig kabeldragning (lösning på 100A-nivå)
- Förbättrade processer:
Fönsteröppnande tennplätering på ledare (40% förbättring av strömförande kapacitet)
Delning av hjälpström för kopparskenor (200A-applikationsfall för industriklass)
- Teknologi för impedansreglering
- Effektlager med komplett kopparplansdesign (impedans < 5mΩ)
- Matris via array (12mil via grupp som delar 20A ström)
2.Intelligent lösning för termisk hantering
- Design av värmeavledningsstruktur
- Konfiguration av komponenter med hög värme (＞5W):
Kluster av hål för värmeavledning i botten (Φ0,3 mm × 50 hål)
Layout på kortets kant + kylfläns i aluminiumlegering (60% temperaturfall)
- Specifikationer för termisk layout
- Termisk känslighet komponentavstånd ≥8mm
- Jämn fördelning av värmekällor (temperaturskillnadskontroll <15°C)
3.Strategi för högdensitetslayout
- Isolering av digitalt/analogt lager (skärmning av mellanliggande GND-lager)
- Höghastighetssignaler:
Kontroll av lika längd (±50 mil)
Symmetrisk layout av RF-komponenter (12 dB brusreducering för 5G-moduler)
- Lösning för högspänningsisolering
- >50V områden:
15 mm säkerhetsavstånd
2 mm isolering slitsisolering
4.Avancerade processlösningar
- Sandwichstruktur med kopparlager (1,5 mm inbäddat kopparlager)
- Applikation för högfrekventa kartongmaterial (Rogers 4350B@1GHz+)
- Termisk simulering (ΔT < 15°C/cm)
- Signaltestning (TDR-impedansfluktuation ≤ 10%)
- DFM-standarder (linjebredd/avstånd ≥ 4 mil)
| Optimeringsfas | Viktiga tekniska indikatorer |
|---|
| 1. Grunderna för nuvarande kapacitet | Koppartjocklek ≥4OZ + Spårbredd ≥15mm |
| 2. Termisk hantering | Temperatursänkning för nyckelkomponenter ≥30%. |
| 3. Signaloptimering | Reducering av överhörning 12dB |
| 4. Uppgradering av process | Förbättrad avkastningsgrad 27%. |
Obs: Efter att ha tillämpat denna lösning på en 5G-basstationsmodul uppnåddes följande resultat:
- Kontinuerlig strömförande kapacitet ökad med 300%.
- Antalet termiska fel minskade med 82%.
- Signalintegritetens efterlevnadsgrad nådde 100%.
Vilka åtgärder bör vidtas för att förhindra överbelastning av kretskort? För att förhindra överbelastning av kretskort krävs gemensam kontroll under hela design-, tillverknings- och testprocessen.
Plan för skydd mot överbelastning av kretskort
1. Skyddsstrategi i projekteringsskedet
- Exakt dimensionering av nuvarande bärförmåga
- Standard för beräkning av aktuell bärförmåga:
matematik
I_{max} = K \cdot \Delta T^{0,44} \cdot W^{0,725} \cdot W^{0,725}
(K=0,048, ΔT är den tillåtna temperaturökningen, W är linjebredden i mils)
- Typiska konfigurationsscheman:
- Konventionella tillämpningar: 2OZ koppartjocklek + 100mil linjebredd (klass 10A)
- Scheman för höga strömmar:4OZ koppartjocklek + dubbelsidiga 15mm spår + kopparskenor (100A klass)
- Design av kraftintegritet
- Matris för frikopplingskondensatorer:
- Högfrekvent band: 0402 10nF keramisk kondensator (ESL < 0,5nH)
- Mellanfrekvensband: 0603 100nF kondensator
- Lågfrekvent band: 1206 10μF tantal kondensator
- Förbättrad termisk hantering
- Specifikationer för värmeavledande hålmatris:
- Håldiameter: Φ0,3 mm
- Centrumavstånd:0,8 mm
- Honeycomb-arrangemang (35% förbättring av värmeavledningseffektiviteten)
2.Avancerade tillverkningsprocesser
- Särskild bearbetningsteknik
- Process med hög strömförande kapacitet:
- VIPPO kopparfyllning (40% minskning av kontaktmotståndet)
- Selektiv koppartjocklek (4OZ förtjockning i lokala områden)
- Processparametrar för tre-bevis beläggning:
| Typ av beläggning | Tjocklek | Temp. Motstånd | Saltspraytest | Viktiga egenskaper |
|---|
| Silikon | 0,1 mm | 200°C | 1000 timmar | Hög flexibilitet, utmärkt fuktbeständighet |
| Polyuretan | 0,15 mmoch de senaste citaten! | 130°C | 500 timmar | Överlägsen nötningsbeständighet, bra kemiskt skydd |
3.Test- och övervakningssystem
- Standarder för produktionstestning
- ICT-testobjekt:
- Impedanstest (±5% tolerans)
- Isolationsresistans (≥100MΩ)
- Tålig spänningstest (500V DC/60s)
- Intelligent övervakningssystem
- Parametrar för övervakning i realtid:
- Strömtäthet (≤4A/mm²)
- Hotspot-temperatur (≤85 ℃)
- Vibrationsspektrum (<5g RMS)
4.Viktiga konstruktionsspecifikationer
| Aktuellt betyg | Koppartjocklek | Min. Spårbredd | Max temp ökning | Rekommendationer för design |
|---|
| ≤5A | 1 oz (35 μm) | 50 mil (1,27 mm) | ≤10°C | Routning i ett lager |
| 20A | 2 oz (70 μm) | 3 mm | ≤15°C | Termisk via matris |
| 100A+ | 4 oz (140 μm) | 15 mm | ≤20°C | Samlingsskena i koppar med vätskekylning |
5.Lösningar med hög tillförlitlighet
- Symmetrisk laminatdesign (≤5% impedansavvikelse)
- Kvävefylld förpackning (syrehalt <100ppm)
- Varningsmekanism med tre nivåer:
Nivå 1: Ljud- och visuellt larm när temperaturen överstiger 85°C
Nivå 2: Automatisk frekvensreduktion när strömmen överskrider gränsvärdet
Nivå 3: Säkringsskydd (åtgärdstid < 50 ms)
Sammanfattning
Överbelastning av mönsterkort innebär risk för försämrad elektrisk prestanda, termiska fel och systemstabilitet och måste kontrolleras under hela konstruktions-, tillverknings- och testprocessen. Genom att använda exakta beräkningar av strömförande kapacitet (t.ex. 4 oz koppartjocklek + 15 mm spårbredd som stöder 100 A), avancerad termisk design (honeycomb värmeavledningshål som minskar temperaturökningen med 35%), strikt processkontroll (VIPPO kopparfyllning som minskar motståndet med 40%) och intelligent övervakning (realtidsvarningar för ström/temperatur) kan mönsterkortets tillförlitlighet förbättras avsevärt.