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PCB线路板走线承载能力可以与其截面积成正比吗?
2022-03-02
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印制电路板的载流量由走线的横截面积和温升确定。此外,走线的横截面积与走线宽度和铜厚度成正比。那么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,也就是说,PCB线路板走线承载能力是否与其截面积成正比呢?在10℃的相同温度上升下,铜厚度为1oz的10mil走线最多能够承受1A的电流,50mil走线可以承受大于1A的电流。那么,基于简单的多次计算,它能够保持的最大电流5A到底是多少?

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上表已逐渐被IPC-2221印制电路板设计通用标准取代,以此作为参考,可以精确地设计印制电路板。

铜厚度测量单位
在进行真正的讨论之前,有必要对铜的厚度(盎司)的单位进行维基化处理。它通常被认为是重量测量的单位,但在电路板设计中,已被用于铜厚度的测量。当涉及以盎司为单位的铜厚度转换时,应牢记一些规则。因为铜的规格是通过每平方英尺的铜厚度来衡量的,所以通常提到的1盎司实际上是指该铜的每平方英尺的重量为1盎司。在这种情况下,铜越厚,铜厚度就越大,因为铜厚度与铜的厚度成正比。结果,铜的厚度可以用重量单位盎司表示。此外,盎司还可以转换成mm或mil的单位。

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铜箔横截面积与最大载流量和温升之间的关系
根据IPC-2221中第6.2节的解释,即“导电材料要求”,载流量可以进一步分为两类:内部导体和外部导体。内部导体的最大载流量定义为外部导体的最大载流量的一半。

此外,根据上表总结了一个简化的公式:I=KΔT0.44A0.75 。在这个公式中,K是一个修正因子。内部导体相当于0.024,外部导体相当于0.048。ΔT是最大值。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是指铜线的横截面面积,其单位为平方密耳(mil²)。是指其单位为安培(安培)的电流承载能力。

确定最大载流量的要素
尽管可以直接采用简单的公式来计算最大载流量,但实际情况并非如此简单直接。这是因为除了横截面积和温度升高外,走线电流的承载能力还取决于其他因素,例如组件数量,焊盘和过孔。

对于分布有许多焊盘的走线,镀锡走线的容量将比普通走线高得多。工程师遇到电路板的情况并不罕见,因为流过大电流时,焊盘之间的一些走线会被烧毁。造成此类悲剧的原因在于,组件或引脚上的焊锡膏过多,会导致横截面积增加,而焊盘之间的痕迹不会发生变化。结果,一旦启动电源或对走线进行阶次修改,就有可能导致超大瞬态浪涌,甚至烧毁焊盘之间的走线。

解决此问题的方法之一是增加走线宽度。当不允许扩大走线时,可以在容易被烧毁的走线上涂上阻焊剂,并应采用SMT(表面贴装技术)规程印刷焊膏。回流焊接后,走线宽度将增加,因此载流量也将增加。

虽然可以通过IPC提供的表格或公式来获得PCB走线的载流量,但它们仅用于直接走线计算。在实际的印刷电路制造或组装中,必须认真考虑灰尘或污染物的污染,因为污染可能会导致部分导线折断。因此,当我们以任何一种方式设计最大载流量时,都必须增加安全系数以防止发生过载问题。

此外,必须特别注意转动痕迹。如果在导线中形成锐角,则可能会引起不平滑的转移,这可能对小电流或宽度的导线几乎没有影响。但是,当涉及到低电流承载能力时,可能会发生问题。

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