حاسبة عرض مسارات لوحة الدوائر المطبوعة: كيفية تحديد حجم المسارات بناءً على التيار، وانخفاض الجهد، والمعاوقة

يبدو عرض المسار بسيطًا، لكن من السهل الخطأ فيه: فإذا كان ضيقًا جدًا، يسخن مسار الطاقة بشدة أو ينخفض ​​الجهد بشكل كبير؛ وإذا كان واسعًا جدًا، تهدر المساحة أو يختل التوازن. توفر حاسبة عرض المسار قيمة ابتدائية مقبولة، لكن معرفة البيانات المناسبة هي ما يميز اللوحة الموثوقة عن تلك التي تتعطل تحت الحمل. يجيب هذا الدليل على الأسئلة المهمة - ما هو العرض المناسب لتيار معين، داخلي أم خارجي، وكيفية تحديد حجم مسارات 50 أوم - ويوضح كيف تضمن شركة Highleap Electronics بقاء العرض ثابتًا أثناء التصنيع.

1. كيف تعمل حاسبة عرض مسار لوحة الدوائر المطبوعة؟

تستخدم حاسبة عرض مسارات لوحات الدوائر المطبوعة معادلة IPC-2221 لحساب الحد الأدنى لعرض المسار، وذلك انطلاقًا من التيار الكهربائي، وارتفاع درجة الحرارة المسموح به، ووزن النحاس، وعدد الطبقات. يُعد التيار الكهربائي هو المُدخل الرئيسي، حيث تزداد المساحة المطلوبة بشكل حاد معه، بينما يكون لارتفاع درجة الحرارة تأثير أقل بكثير، لذا فإن السعي وراء درجة حرارة مسموح بها أعلى لا يُضيف سعة إضافية تُذكر. المُدخلات:

• حالياًّ – أقصى تيار مستمر يمكن أن يحمله المسار.
• ارتفاع درجة الحرارة المسموح به – 10 درجات مئوية هدف متحفظ؛ وغالبًا ما تظهر 30 درجة مئوية في الأمثلة. انخفاض الارتفاع يعني منحنى أوسع.
• وزن النحاس - عادةً ما يكون وزنها 1 أونصة أو 2 أونصة؛ النحاس الأثقل يحمل نفس التيار في عرض أقل.
• الطبقة (الخارجية أو الداخلية) – تحتاج المسارات الداخلية إلى ضعف العرض تقريبًا لنفس التيار.

هناك ملاحظتان تفسيريتان لتجنب الأخطاء: تعتمد الصيغة على بيانات اختبار المسارات المكشوفة، وهي متفائلة بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة الحقيقية المزدحمة، لذا أضف هامش أمان على مسارات الطاقة المستمرة؛ والنتيجة هي حد أدنى، وليست هدفًا - نادرًا ما يكون هناك ضرر في مسار طاقة أعرض، ولكن الضرر حقيقي في المسار الضيق جدًا. عندما يصبح العرض المطلوب غير عملي، غالبًا ما يكون استخدام لوحة دوائر مطبوعة نحاسية سميكة خيارًا أفضل. تجدون أساسيات كيفية نقل التيار عبر المسارات في هذا الدليل التمهيدي لمسارات لوحات الدوائر المطبوعة.

2. ما هو عرض المسار الذي أحتاجه لتيار 1 أو 3 أو 5 أمبير؟

بالنسبة لطبقة خارجية من النحاس بوزن 1 أونصة، مع ارتفاع درجة حرارة 10 درجات مئوية، يحتاج تيار 1 أمبير إلى حوالي 0.5 مم (20 ميل)، وتيار 3 أمبير إلى حوالي 1.8 مم (70 ميل)، وتيار 5 أمبير إلى حوالي 3.3 مم (130 ميل). يُعدّ هذا الجدول نقطة انطلاق بناءً على معيار IPC-2221، وليس بديلاً عن حسابات درجة الحرارة المستهدفة؛ إذ تحتاج مسارات الطبقة الداخلية إلى ضعف هذا المقدار تقريبًا.

يزداد عرض المسار بسرعة مع زيادة التيار. فبعد بضعة أمبيرات، يصبح المسار الواحد غير عملي، ويصبح استخدام النحاس المصبوب أو المسطح أو النحاس السميك هو الحل الأمثل - فالمسارات ذات التيار العالي لا تناسب المسارات الرقيقة، وهنا يأتي دور هندسة النحاس السميك المخصصة لسعة التيار للحفاظ على برودتها.

3. عرض المسار الداخلي مقابل عرض المسار الخارجي: لماذا تكون المسارات الداخلية أعرض؟

يحتاج المسار الداخلي إلى ضعف عرض المسار الخارجي تقريبًا لنقل نفس التيار، لأنه محصور بين طبقات متداخلة ولا يمكنه تبديد الحرارة إلى الهواء. ولهذا السبب، يستخدم معيار IPC-2221 ثوابت مختلفة للحالتين؛ فالمسار الخارجي يبرد بالحمل الحراري في الهواء، بينما المسار الداخلي معزول حراريًا ويخزن حرارة أكبر عند نفس العرض.

النتيجة العملية هي أن عرضًا مُعتمدًا لطبقة خارجية قد يسخن بشكل مفرط إذا تم توجيه نفس الشبكة على طبقة داخلية في لوحة متعددة الطبقات. عند نقل الطاقة بين الطبقات، يجب مراعاة حجم التوصيلات في حالة الطبقة الداخلية، وإنشاء فتحات توصيل متوازية متعددة عند كل انتقال حتى لا يصبح تغيير الطبقة نقطة اختناق حرارية.

4. كيفية تحديد حجم مسار مقاومة متحكم بها بقيمة 50 أوم

حدد حجم مسار 50 أوم من خلال مخطط الطبقات، وليس باستخدام حاسبة التيار: يعتمد عرضه على سمك العازل أسفله، ووزن النحاس، وثابت العزل الكهربائي للرقائق. تُحدد أحجام إشارات الترددات العالية وإشارات الترددات الراديوية بناءً على المعاوقة - عادةً 50 أوم أحادية الطرف، أو أزواج تفاضلية عند قيمة مستهدفة مثل 90 أو 100 أوم - ولا ينطبق عليها تحديد العرض بناءً على التيار.

يترتب على ذلك نتيجتان. أولاً، لا يمكنك اختيار عرض المسار المُتحكم فيه بالممانعة بشكل منفصل؛ فهو مرتبط بتكوين الطبقات، لذا يجب تحديد تكوين الطبقات عالي السرعة قبل هندسة المسارات. ثانياً، يجب على المُصنِّع بناء هذه الهندسة بدقة لضمان الحصول على الممانعة الصحيحة، مما يعني ضرورة الاتفاق على مسارات الممانعة المُتحكم فيها مع مُصنِّع اللوحة، باستخدام معالجة مناسبة للتحكم في الممانعة .

5. أخطاء شائعة في عرض مسارات لوحات الدوائر المطبوعة

أكثر أخطاء عرض المسارات شيوعًا هي استخدام عرض افتراضي واحد لجميع المسارات، وتجاهل تأثير الطبقة الداخلية، وإغفال انخفاض الجهد، وتحديد حجم مسارات الإشارة بناءً على التيار بدلًا من المعاوقة. ولكل خطأ حل بسيط:

• عرض افتراضي واحد لكل شيء – مناسبة للإشارات، لكنها ضيقة بشكل خطير بالنسبة للطاقة. حجم مسارات الطاقة يتناسب مع تيارها.
• تجاهل عقوبة الطبقة الداخلية - قد يؤدي عرض الطبقة الخارجية الكافي إلى ارتفاع درجة الحرارة على الطبقة الداخلية، والتي تحتاج إلى ضعف هذا العرض تقريبًا.
• تجاهل انخفاض الجهد - قد يؤدي مسار التبريد البارد إلى انخفاض كبير في الجهد على خط جهد منخفض وتيار عالٍ. يُعدّ تحديد الحجم المناسب لكل من الحرارة وانخفاض الجهد جزءًا من التصميم الجيد. الإدارة الحرارية.
• تحديد حجم مسارات الإشارة للتيار – تحتاج المسارات عالية السرعة إلى عرض يعتمد على المعاوقة مرتبط بالطبقة المتراصة، وليس عرض التيار IPC-2221.
• تحديد عرض أدق مما يمكن أن تقوم به العملية – تأكد من الحد الأدنى للعرض والتباعد مع الشركة المصنعة.

6. هل سيصمد عرض المسار أثناء التصنيع؟

لا يُمثل العرض الذي ترسمه العرض النهائي تمامًا، إذ تُزيل عملية الحفر طبقة رقيقة من النحاس من جوانب كل مسار، مما يجعل المسار النهائي أضيق قليلًا من التصميم، كما أن زيادة سُمك النحاس تُوسّع هذا التفاوت. بالنسبة لمسارات الطاقة الضيقة، يُؤثر ذلك سلبًا على سعة التيار وانخفاض الجهد؛ أما بالنسبة للمسارات التي يتم التحكم في مقاومتها، فقد يُؤدي ذلك إلى تغيير المقاومة. عندما يكون العرض بالغ الأهمية في كلتا الحالتين، تأكد من التصميم المقصود مع الشركة المصنعة.

تُجري شركة Highleap فحصًا أوليًا للتصميم قبل التصنيع للتأكد من أن عرض مسارات التوصيل والمسافات بينها ضمن إمكانيات عملية التصنيع، وأن مسارات الطاقة تلبي متطلبات التيار وانخفاض الجهد بعد عملية الحفر، وأن مسارات المعاوقة المُتحكَّم بها مُطابقة لبنية الطبقات القابلة للتصنيع. بعد ذلك، تتولى Highleap تصنيع وتجميع اللوحة باستخدام النحاس السميك ، مع توفير خيارات النحاس السميك للتصاميم عالية التيار، ومعالجة واختبار المعاوقة المُتحكَّم بها للوحات عالية السرعة. عند طلب عرض سعر، يُرجى تحديد وزن النحاس، والحد الأقصى للتيار على مسارات الطاقة، وأي مسارات حساسة لانخفاض الجهد، وأي متطلبات للمعاوقة المُتحكَّم بها مع تحديد هدفها وبنية الطبقات.

اقتبس من مجلس إدارتي

7. الأسئلة الشائعة حول عرض مسارات لوحة الدوائر المطبوعة

ما هو عرض المسار المطلوب لتيار 1 أمبير؟

بالنسبة لطبقة خارجية من النحاس بوزن 1 أونصة، مع ارتفاع درجة حرارة معتدل قدره 10 درجات مئوية، يكون سمك الطبقة الخارجية حوالي 0.5 مم (حوالي 20 ميل). أما عند استخدام طبقة من النحاس بوزن 2 أونصة، فيكون السمك حوالي نصف ذلك. وتحتاج المسارات الداخلية إلى ضعف هذا السمك تقريبًا لنفس التيار.

لماذا يجب أن تكون المسارات الداخلية أوسع من المسارات الخارجية؟

المسارات الداخلية محاطة بطبقة رقيقة ولا يمكنها أن تبعث الحرارة إلى الهواء، لذلك فهي تحتاج إلى ضعف عرض المسار الخارجي تقريبًا لحمل نفس التيار عند نفس ارتفاع درجة الحرارة.

كيف يمكنني تحديد حجم مسار بناءً على المعاوقة بدلاً من التيار؟

يتم تحديد عرض الدائرة المتحكم فيه بالممانعة من خلال سمك العازل، ووزن النحاس، وثابت العزل الكهربائي للمادة، لذا فهو مرتبط بتكوين الطبقات. حدد تكوين الطبقات أولاً، ثم قم بإجراء الحسابات بناءً عليه، وتأكد من صحة التصميم مع الشركة المصنعة.

هل يجب أن تستخدم مسارات الطاقة والإشارة نفس العرض؟

لا. تُصمَّم مسارات الطاقة وفقًا لانخفاض التيار والجهد، وغالبًا ما تكون أعرض بكثير؛ أما مسارات الإشارة فتُصمَّم وفقًا للتوجيه، أو بالنسبة للخطوط عالية السرعة، وفقًا للمقاومة. ويُعدّ تحديد عرض افتراضي واحد لكليهما سببًا شائعًا لارتفاع درجة الحرارة.

هل تستطيع شركة Highleap تصنيع لوحات ذات مقاومة عالية ونحاس سميك؟

نعم. تقدم شركة Highleap نحاسًا سميكًا لتصميمات التيار العالي ومعالجة واختبار المعاوقة المتحكم بها للوحات عالية السرعة، مع مراجعة قابلية التصنيع للتأكد من أن عرض المسارات يتحمل عملية التصنيع.