目前由于成本的原因, PCB 面積越來越小化,這給工程師帶來很大的挑戰(zhàn),除了考慮電路精簡(jiǎn)、合理布局、改變?cè)庋b等外,也要考慮走線的寬度。
要弄清楚PCB的過流能力,我們首先從PCB結(jié)構(gòu)下手。以雙層PCB為例,這種電路板通常是三層式結(jié)構(gòu):銅箔、板材、銅箔。
銅箔也就是PCB中電流、信號(hào)要通過的路徑。
首先要說一下PCB的銅箔厚度,PCB銅箔的厚度是以盎司(OZ)為單位。
盎司(OZ)是重量的單位, 國(guó)際上用單位面積的重量來控制銅皮的厚度。1OZ意思是重量1OZ的銅均勻平鋪在1平方英尺(FT2)的面積上所達(dá)到的厚度,1OZ=35um=0.035mm。
一般PCB銅厚有三個(gè)尺寸,0.5OZ、1OZ和2OZ。我們常用的多層板,一般表層銅厚為1OZ,內(nèi)層銅厚為0.5OZ。2OZ一般用于大電流的線路板。
PCB的載流能力主要和線寬、線厚(銅箔厚度)以及溫升有關(guān)系,線寬越大,載流能力越強(qiáng),允許溫升越高,可以流過的電流就越大,但同時(shí)PCB使用壽命會(huì)縮短,因此一般最大溫升為10℃或20℃。
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國(guó)際通用PCB制作標(biāo)準(zhǔn)IPC-2221規(guī)范給出的線寬計(jì)算公式為:
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其中公式中參數(shù)含義為:
1、I為容許通過的最大電流,單位為安培A。
2、0.024和0.048為修正系數(shù),一般用K表示,內(nèi)層走線,K=0.024,表層走線,K=0.048。
3、dT為最大溫升,單位為攝氏度℃。
4、A為走線截面積,截面積等于銅厚乘以線寬,單位為平方mil。
我們?cè)诋婸CB時(shí)一般都有一個(gè)常識(shí),即走大電流的地方用粗線(比如50mil,甚至以上),小電流的信號(hào)可以用細(xì)線(比如10mil)。
通常大電流的做法有以下四種:
1)增加導(dǎo)線寬度。
2)在導(dǎo)線增加一層Solder層這樣在過錫過后,這條1mm的導(dǎo)線就可以看做一條1.5mm~2mm導(dǎo)線了(導(dǎo)線過錫時(shí)均勻度和錫厚度)。
3)采用更厚的銅箔線路板,例如2OZ。
4) 使用銅排來走大電流。在PCB板上焊接定制銅排來走更大電流,例如30A-50A。
除了導(dǎo)線,過孔的導(dǎo)電能力也需要考慮。
一般的PCB繪制軟件對(duì)器件引腳的過孔焊盤鋪銅時(shí)往往有幾種選項(xiàng):直角輻條,45度角輻條,直鋪。
使用直鋪的方式特點(diǎn)是焊盤的過電流能力很強(qiáng),對(duì)于大功率回路上的器件引腳一定要使用這種方式。同時(shí)它的導(dǎo)熱性能也很強(qiáng),雖然工作起來對(duì)器件散熱有好處,但是這對(duì)于電路板焊接人員卻是個(gè)難題,因?yàn)楹副P散熱太快不容易掛錫,常常需要使用更大瓦數(shù)的烙鐵和更高的焊接溫度,降低了生產(chǎn)效率。
使用直角輻條和45角輻條會(huì)減少引腳與銅箔的接觸面積,散熱慢,焊起來也就容易多了。所以選擇過孔焊盤鋪銅的連接方式要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合,綜合過電流能力和散熱能力一起考慮,小功率的信號(hào)線就不要使用直鋪了,而對(duì)于通過大電流的焊盤則一定要直鋪。
DCDC的輸出電容之后,一般會(huì)直接打過孔連到內(nèi)層去。這里要注意打孔不可以過于密集,每個(gè)過孔之間要留足過電流的銅箔寬度。否則就會(huì)導(dǎo)致DCDC的輸出能力是足夠的,但就是送不到后面去。