PCB的载流能力是由走线的横截面积和温升决定的。此外,走线的横截面积与走线宽度和铜厚度成正比。那么,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,即走线承载能力与其截面积成正比吗?
铜厚度测量单元
在讨论之前,我们有必要对铜厚度(盎司)进行维基计算。它通常被接受为重量测量的单位,但在电路板设计中,它已被用于铜厚度测量。当涉及到以盎司为单位的铜厚度转换时,应牢记一些规则。因为铜的规格是以每平方英尺的铜重量来衡量的,所以通常提到的 1 盎司实际上是指这种铜的每平方英尺在重量方面是 1 盎司的事实。在这种情况下,铜越厚,它的重量就越重,因为铜的重量与其厚度成正比。因此,铜厚可以用重量单位盎司表示。此外,盎司也可以转换为毫米或密耳的单位。下面列出了一些普通转换:
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铜箔截面积与最大载流能力与温升的关系
根据IPC-2221中第6.2节的解释,即导电材料要求,载流能力可进一步分为两种类型: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一半。IPC-2221中的表6-4显示了铜箔横截面积、温升和外部导体和内部导体之间最大载流能力之间的关系。
此外,根据上表总结了一个简化公式:I = KΔT0.44A0.75
在这个公式中,K 是一个校正因子。就内部导体而言,它相当于 0.024,对于外部导体,它相当于 0.048。ΔT 是最大温差,表示加热铜与环境温度之间的温差,其单位为摄氏度 (°C)。A 是指铜迹线的横截面积,其单位为平方密耳 (mil²)。I 是指载流能力,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。这是一个非常方便的工具,一旦所需的电流和铜重量被填满,就会提供相应的内部导体和外部导体的走线宽度。
确定最大载流能力的元件
虽然可以直接使用一个简单的公式来计算最大载流能力,但实际情况并不是那么简单和直接。这是因为除了横截面积和温升外,走线载流能力还取决于其他因素,例如组件数量、焊盘和通孔。
对于分布了多个焊盘的走线,镀锡走线将执行比普通走线更高的容量。工程师遇到电路板的情况并不罕见,当大电流流过时,焊盘之间的一些走线被烧毁。造成这种悲剧的原因在于组件或引脚上的焊膏过多,导致横截面积增加,而焊盘之间的痕迹却没有发生任何修改。因此,一旦对走线实施电源启动或阶次修改,就可能导致焊盘之间的走线出现超大瞬态浪涌,甚至烧毁。
此问题的解决方案之一在于增加迹线宽度。当走线不允许拓宽时,可以在容易被烧毁的走线上应用阻焊层,并且焊膏应在SMT(表面贴装技术)程序中打印。回流焊后,走线宽度会增加,因此载流能力也会增加。
总之,虽然PCB走线的载流能力可以通过IPC提供的表格或公式获得,但它们仅适用于直线走线计算。然而,在实际的印刷电路制造或组装中,必须仔细考虑灰尘或污染物污染,因为污染可能会导致部分走线损坏。因此,当我们以任何一种方式设计最大载流能力时,必须添加一个安全系数以防止发生过载问题。
此外,必须特别注意转弯走线。如果走线中出现锐角,可能会导致不平滑的传输,这可能对小电流或高宽度的走线影响不大。但是,当涉及到低载流能力时,可能会出现问题。
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