Χωρητικότητα ρεύματος ίχνους PCB: Πλάτος, βάρος χαλκού και IPC-2221

Κάθε ίχνος χαλκού είναι μια λεπτή αντίσταση που θερμαίνεται όταν ρέει ρεύμα μέσα από αυτήν. Αν το διαστασιολογήσετε σωστά, η πλακέτα θα παραμείνει κρύα για χρόνια. Αν το διαστασιολογήσετε κοντά, η πλακέτα θα υπερθερμανθεί, θα γεράσει το laminate και θα ανοίξει σαν ασφάλεια. Αυτός ο οδηγός απαντά στις ερωτήσεις που πραγματικά αναζητούν οι μηχανικοί - πόσα αμπέρ μεταφέρει μια πλακέτα, τι είναι η 1 ουγγιά χαλκού σε χιλιοστά, πότε να στραφεί σε βαρύ χαλκό - και δείχνει πώς η Highleap Electronics μετατρέπει αυτούς τους αριθμούς σε μια πλακέτα που μπορεί να κατασκευάσει και να συναρμολογήσει αξιόπιστα.

1. Πόσα αμπέρ μπορεί να μεταφέρει ένα ίχνος χαλκού;

Δεν υπάρχει ένα μόνο μέγιστο ρεύμα για μια καμπύλη – το όριο είναι οποιαδήποτε αύξηση θερμοκρασίας αποδέχεστε. Ως γρήγορη αναφορά, μια καμπύλη πλάτους 1 mm (περίπου 40 mil) σε χαλκό 1 oz σε ένα εξωτερικό στρώμα μεταφέρει περίπου 2 A σε μια συντηρητική αύξηση 10°C και περίπου 4 A σε μια αύξηση 30°C. Το ρεύμα θερμαίνει την καμπύλη αναλογικά με το τετράγωνο του ρεύματος επί την αντίσταση και η καμπύλη κατακάθεται οπουδήποτε μπορεί να αποβάλει αυτή τη θερμότητα στον περιβάλλοντα χαλκό, το έλασμα και τον αέρα.

Τρεις ιδιότητες ίχνους καθορίζουν την αντίσταση και επομένως τη θέρμανση. Η διατομή - πλάτος επί πάχος χαλκού - κυριαρχεί. Ο διπλασιασμός οποιουδήποτε από τα δύο μειώνει περίπου στο μισό την αντίσταση. Το μήκος προσθέτει αναλογική αντίσταση και πτώση τάσης, αλλά αλλάζει ελάχιστα τη μέγιστη θερμοκρασία. Και η αντίσταση του χαλκού αυξάνεται περίπου 0.4% ανά °C, επομένως ένα θερμό ίχνος είναι ένα ίχνος ελαφρώς υψηλότερης αντίστασης, το οποίο ανατροφοδοτεί σε περισσότερη θερμότητα. Τρεις περιβαλλοντικοί παράγοντες καθορίζουν πόσο εύκολα διαφεύγει η θερμότητα: το εξωτερικό έναντι του εσωτερικού στρώματος, η θερμοκρασία περιβάλλοντος μέσα στο περίβλημα και οποιαδήποτε ροή αέρα ή ψύκτρα. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με τον τρόπο κατασκευής και τον καθορισμό των ιχνών, οι βασικές αρχές του σχεδιασμού ιχνών PCB αποτελούν ένα χρήσιμο εισαγωγικό στοιχείο πριν από τον καθορισμό του μεγέθους για την ισχύ.

2. Πόσο είναι το πάχος χαλκού 1 ουγγιάς σε mm; (διάγραμμα βάρους χαλκού)

1 ουγγιά χαλκού έχει πάχος περίπου 35 μικρά, που αντιστοιχεί σε 0.035 mm ή περίπου 1.37 mil. Το πάχος του χαλκού αναφέρεται σε βάρος ανά τετραγωνικό πόδι - μια παλιά σύμβαση που μπερδεύει τους νεοφερμένους - επομένως οι μετατροπές που αξίζει να απομνημονεύσετε είναι:

Επειδή η χωρητικότητα παρακολουθεί την επιφάνεια της διατομής, μεταφέρετε περισσότερο ρεύμα είτε διευρύνοντας την τομή είτε παραγγέλνοντας παχύτερο χαλκό. Σε μια πυκνή πλακέτα, η κατασκευή χαλκού 3 ουγγιών είναι συχνά πιο καθαρή από το να δημιουργήσετε χώρο για μια πολύ φαρδιά διαδρομή, και για εργασίες υψηλής ισχύος, μια πλήρως βαριά πλακέτα χαλκού είναι ειδικά κατασκευασμένη για την εργασία.

3. Πλάτος ίχνους σε σχέση με το τρέχον διάγραμμα (1 oz & 2 oz χαλκός)

Για χαλκό 1 ουγγιάς σε εξωτερικό στρώμα με συντηρητική αύξηση 10°C, ένα ίχνος 1 A χρειάζεται περίπου 0.5 mm (20 mil) και ένα ίχνος 3 A περίπου 1.8 mm (70 mil). Το πλήρες διάγραμμα παρακάτω είναι ένα σημείο εκκίνησης με βάση το IPC-2221 και δεν υποκαθιστά έναν υπολογισμό σε σχέση με τον δικό σας στόχο θερμοκρασίας. Τα ίχνη του εσωτερικού στρώματος συνήθως χρειάζονται περίπου διπλάσια πλάτη.

Το πλάτος αυξάνεται γρήγορα με το ρεύμα. Μετά από λίγα αμπέρ, ένα μόνο ίχνος καθίσταται μη πρακτικό και η καλύτερη απάντηση είναι μια χύτευση ή επίπεδο χαλκού, παράλληλα ίχνη σε πολλά στρώματα ραμμένα με οπές διέλευσης ή βαρύτερος χαλκός - όπου η ειδική μηχανική χωρητικότητας ρεύματος βαρέος χαλκού διατηρεί τις ράγες υψηλού ρεύματος δροσερές.

4. Εσωτερικό έναντι εξωτερικού πλάτους ίχνους: γιατί οι εσωτερικές ίχνη πρέπει να είναι πιο φαρδιές

Ένα εσωτερικό ίχνος χρειάζεται περίπου το διπλάσιο πλάτος ενός εξωτερικού ίχνους για να μεταφέρει το ίδιο ρεύμα, επειδή είναι περιτριγυρισμένο από ένα πολυστρωματικό υλικό και δεν μπορεί να αποβάλει θερμότητα στον αέρα. Το IPC-2221 χρησιμοποιεί διαφορετικές σταθερές για τις δύο περιπτώσεις ακριβώς για αυτόν τον λόγο - ένα εξωτερικό ίχνος ψύχεται με συναγωγή στον αέρα, ενώ ένα εσωτερικό ίχνος είναι θερμομονωμένο και αποθηκεύει περισσότερη θερμότητα στο ίδιο πλάτος.

Η πρακτική συνέπεια: ένα πλάτος που επικυρώσατε για ένα εξωτερικό στρώμα μπορεί να υπερθερμανθεί αθόρυβα εάν το ίδιο δίκτυο δρομολογηθεί σε ένα εσωτερικό στρώμα σε μια πλακέτα πολλαπλών στρώσεων. Όταν μετακινείτε ισχύ μεταξύ στρώσεων, υπολογίστε το μέγεθος για την περίπτωση του εσωτερικού στρώματος και χρησιμοποιήστε πολλαπλές οπές σύνδεσης παράλληλα σε κάθε μετάβαση, ώστε η αλλαγή στρώματος να μην γίνει σημείο συμφόρησης.