Υπολογιστής πλάτους ίχνους PCB: Πώς να υπολογίσετε το μέγεθος των ιχνών για ρεύμα, πτώση τάσης και σύνθετη αντίσταση

Το πλάτος του ίχνους φαίνεται απλό, αλλά είναι εύκολο να γίνει λάθος: πολύ στενό και ένα ίχνος ισχύος υπερθερμαίνεται ή μειώνει υπερβολικά την τάση. πολύ φαρδύ και σπαταλάτε χώρο ή διαταράσσετε την αντίσταση. Μια αριθμομηχανή πλάτους ίχνους δίνει έναν αξιόπιστο αριθμό εκκίνησης, αλλά το να γνωρίζετε τι να τροφοδοτήσετε είναι αυτό που διαχωρίζει μια αξιόπιστη πλακέτα από μια που αποτυγχάνει υπό φορτίο. Αυτός ο οδηγός απαντά στα πραγματικά ερωτήματα - ποιο πλάτος για ένα δεδομένο ρεύμα, εσωτερικό έναντι εξωτερικού, πώς να διαστασιολογήσετε ίχνη 50 ohm - και δείχνει πώς η Highleap Electronics διασφαλίζει ότι το πλάτος επιβιώνει από την κατασκευή.

1. Πώς λειτουργεί μια αριθμομηχανή πλάτους ίχνους PCB;

Μια αριθμομηχανή πλάτους ίχνους PCB χρησιμοποιεί τον τύπο IPC-2221 για να λειτουργήσει αντίστροφα από την τρέχουσα, επιτρεπόμενη αύξηση θερμοκρασίας, το βάρος χαλκού και το στρώμα στο ελάχιστο πλάτος ίχνους. Το ρεύμα είναι η κυρίαρχη είσοδος - η απαιτούμενη επιφάνεια αυξάνεται απότομα μαζί του - ενώ η αύξηση της θερμοκρασίας έχει πολύ μικρότερη επίδραση, επομένως η επιδίωξη μιας υψηλότερης επιτρεπόμενης θερμοκρασίας αγοράζει μικρή επιπλέον χωρητικότητα. Οι είσοδοι:

• Ρεύμα – το μέγιστο συνεχές ρεύμα που θα μεταφέρει η ιχνηλάτηση.
• Επιτρεπόμενη αύξηση θερμοκρασίας – Οι 10°C είναι ένας συντηρητικός στόχος. Οι 30°C εμφανίζονται συχνά σε παραδείγματα. Χαμηλότερη άνοδος σημαίνει ευρύτερο ίχνος.
• Βάρος χαλκού – συνήθως 1 ουγγιά ή 2 ουγγιές. Ο βαρύτερος χαλκός μεταφέρει το ίδιο ρεύμα σε μικρότερο πλάτος.
• Στρώμα (εξωτερικό ή εσωτερικό) – τα εσωτερικά ίχνη χρειάζονται περίπου διπλάσιο πλάτος για το ίδιο ρεύμα.

Δύο ερμηνευτικές σημειώσεις αποτρέπουν τα λάθη: ο τύπος βασίζεται σε δεδομένα δοκιμών γυμνού ίχνους και είναι αισιόδοξος για πραγματικές σανίδες με πολύ κόσμο, επομένως προσθέστε περιθώριο σε συνεχείς διαδρομές ισχύος. και το αποτέλεσμα είναι ένα ελάχιστο, όχι ένας στόχος - σπάνια υπάρχει ζημιά σε ένα ευρύτερο ίχνος ισχύος, αλλά πραγματική ζημιά σε ένα πολύ στενό. Όταν το απαιτούμενο πλάτος καθίσταται μη πρακτικό, προχωρήστε σε ένα PCB από βαρύ χαλκό είναι συχνά πιο καθαρό. Τα βασικά στοιχεία για το πώς τα ίχνη μεταφέρουν το ρεύμα ζωντανά σε αυτό Αστάρι ιχνοστοιχείων PCB.

2. Τι πλάτος ίχνους χρειάζομαι για 1, 3 ή 5 αμπέρ;

Για 1 ουγγιά χαλκού σε εξωτερικό στρώμα με συντηρητική αύξηση 10°C, 1 A χρειάζεται περίπου 0.5 mm (20 mil), 3 A περίπου 1.8 mm (70 mil) και 5 A περίπου 3.3 mm (130 mil). Το πλήρες διάγραμμα είναι ένα σημείο εκκίνησης με βάση το IPC-2221 και όχι υποκατάστατο ενός υπολογισμού σε σχέση με τον δικό σας στόχο θερμοκρασίας. Τα ίχνη του εσωτερικού στρώματος χρειάζονται περίπου διπλάσια:

Το πλάτος αυξάνεται γρήγορα με το ρεύμα. Πέρα από μερικά αμπέρ, ένα μόνο ίχνος καθίσταται μη πρακτικό και η σωστή απάντηση είναι η χύτευση χαλκού, η επίπεδη επιφάνεια ή ο βαρύτερος χαλκός - οι ράγες υψηλού ρεύματος δεν ταιριάζουν σε λεπτές γραμμές, όπου και είναι αφιερωμένος... βαριά μηχανική χωρητικότητας ρεύματος χαλκού τα κρατάει δροσερά.

3. Εσωτερικό έναντι εξωτερικού πλάτους ίχνους: γιατί οι εσωτερικές ίχνη 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 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 είναι ότι ένα πλάτος που έχει επικυρωθεί για ένα εξωτερικό στρώμα μπορεί να υπερθερμανθεί αθόρυβα εάν το ίδιο δίκτυο δρομολογηθεί σε ένα εσωτερικό στρώμα μιας πολυστρωματικής πλακέτας. Όταν μετακινείτε ισχύ μεταξύ στρώσεων, το μέγεθος για την θήκη του εσωτερικού στρώματος και παράλληλες πολλαπλές οπές σε κάθε μετάβαση, ώστε η αλλαγή στρώματος να μην γίνει σημείο συμφόρησης.

4. Πώς να διαστασιολογήσετε ένα ίχνος ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης 50 ohm

Υπολογίστε ένα ίχνος 50 ohm από τη στοίβα, όχι από μια αριθμομηχανή ρεύματος: το πλάτος του εξαρτάται από το πάχος του διηλεκτρικού από κάτω, το βάρος του χαλκού και τη διηλεκτρική σταθερά του ελάσματος. Τα σήματα υψηλής ταχύτητας και RF διαστασιολογούνται για σύνθετη αντίσταση - συνήθως 50 ohm single-ended ή διαφορικά ζεύγη σε έναν στόχο όπως 90 ή 100 ohm - και ένα πλάτος που βασίζεται στο ρεύμα απλά δεν ισχύει.

Ακολουθούν δύο συνέπειες. Πρώτον, δεν μπορείτε να επιλέξετε πλάτος ελεγχόμενο από την αντίσταση μεμονωμένα. είναι κλειδωμένο στο stackup, επομένως το στοίβαξη υψηλής ταχύτητας πρέπει να αποφασιστεί πριν από τη γεωμετρία του ίχνους. Δεύτερον, ο κατασκευαστής πρέπει να κατασκευάσει αυτήν τη γεωμετρία με ακρίβεια ώστε η σύνθετη αντίσταση να βγαίνει σωστά, πράγμα που σημαίνει ότι οι ίχνη ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης θα πρέπει να συμφωνηθούν με τον κατασκευαστή της πλακέτας, χρησιμοποιώντας κατάλληλες έλεγχος σύνθετης αντίστασης επεξεργασία.

5. Συνηθισμένα λάθη στο πλάτος ίχνους PCB

Τα πιο συνηθισμένα λάθη στο πλάτος του ίχνους είναι η χρήση ενός προεπιλεγμένου πλάτους για τα πάντα, η αγνόηση της ποινής του εσωτερικού στρώματος, η παράλειψη της πτώσης τάσης και η ταξινόμηση των ιχνών σήματος για το ρεύμα αντί για την αντίσταση. Κάθε ένα έχει μια απλή λύση:

• Ένα προεπιλεγμένο πλάτος για όλα – καλό για σήματα, επικίνδυνα στενό για ισχύ. Το μέγεθος της ισχύος ίχνη στο ρεύμα τους.
• Αγνοώντας την ποινή του εσωτερικού επιπέδου – ένα εξωτερικό πλάτος επαρκούς μεγέθους μπορεί να υπερθερμανθεί σε ένα εσωτερικό στρώμα, το οποίο χρειάζεται περίπου διπλάσιο.
• Ξεχνώντας την πτώση τάσης – ένα δροσερό ίχνος μπορεί να μειώσει υπερβολική τάση σε μια ράγα χαμηλής τάσης και υψηλού ρεύματος. Το μέγεθος τόσο για τη θερμότητα όσο και για την πτώση, μέρος του καλού θερμική διαχείριση.
• Διαστασιολόγηση ιχνών σήματος για ρεύμα – τα ίχνη υψηλής ταχύτητας χρειάζονται πλάτη που βασίζονται στην σύνθετη αντίσταση και είναι συνδεδεμένα με τη στοίβα, όχι πλάτη ρεύματος IPC-2221.
• Καθορισμός πλάτους λεπτότερων από αυτά που μπορεί να δημιουργήσει η διεργασία – επιβεβαιώστε το ελάχιστο πλάτος και την απόσταση με τον κατασκευαστή.

6. Θα επιβιώσει το πλάτος του ίχνους από την κατασκευή;

Το πλάτος που σχεδιάζετε δεν είναι ακριβώς το πλάτος που παίρνετε – η χάραξη αφαιρεί λίγο χαλκό από τις πλευρές κάθε ίχνους, επομένως το τελικό ίχνος είναι ελαφρώς στενότερο από το σχεδιασμένο, και ο βαρύτερος χαλκός διευρύνει αυτήν την ανοχή. Για στενές ίχνη ισχύος, αυτό ωθεί την χωρητικότητα ρεύματος και την πτώση τάσης προς την αντίθετη κατεύθυνση. Για ίχνη ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης μπορεί να μετατοπίσει την σύνθετη αντίσταση. Όταν το πλάτος είναι κρίσιμο σε κάθε περίπτωση, επιβεβαιώστε την πρόθεση σχεδιασμού με τον κατασκευαστή.

Μια προκατασκευή έλεγχος σχεδιασμού για κατασκευή Επιβεβαιώνει ότι τα πλάτη και οι αποστάσεις των ιχνών σας είναι εντός των δυνατοτήτων της διεργασίας, ότι οι ιχνές ισχύος καλύπτουν τις ανάγκες τους σε ρεύμα και πτώση τάσης μετά τη χάραξη και ότι οι ιχνές ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης ταιριάζουν με μια δομήσιμη στοίβαξη. Στη συνέχεια, το Highleap μεταφέρει την πλακέτα μέσω κατασκευή από παχύ χαλκό και συναρμολόγηση, με επιλογές βαρέως χαλκού για σχέδια υψηλού ρεύματος και επεξεργασία και δοκιμή ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης για πλακέτες υψηλής ταχύτητας. Όταν ζητάτε προσφορά, αναφέρετε το βάρος του χαλκού, το μέγιστο ρεύμα στις γραμμές ισχύος, τυχόν ράγες ευαίσθητες στην πτώση τάσης και οποιαδήποτε απαίτηση ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης με τον στόχο και τη στοίβαξη.

Παράθεση του πίνακά μου

7. Συχνές ερωτήσεις για το πλάτος ίχνους PCB

Τι πλάτος ίχνους χρειάζομαι για 1 αμπέρ;

Για 1 ουγγιά χαλκού σε εξωτερικό στρώμα με συντηρητική αύξηση 10°C, περίπου 0.5 mm (περίπου 20 mil). Για 2 ουγγιές χαλκού, περίπου η μισή. Τα εσωτερικά ίχνη χρειάζονται περίπου διπλάσια για το ίδιο ρεύμα.

Γιατί τα εσωτερικά ίχνη πρέπει να είναι ευρύτερα από τα εξωτερικά;

Τα εσωτερικά ίχνη περιβάλλονται από πολυστρωματικό υλικό και δεν μπορούν να αποβάλουν θερμότητα στον αέρα, επομένως χρειάζονται περίπου το διπλάσιο πλάτος ενός εξωτερικού ίχνους για να μεταφέρουν το ίδιο ρεύμα στην ίδια αύξηση της θερμοκρασίας.

Πώς μπορώ να διαστασιολογήσω μια ιχνηλασία για σύνθετη αντίσταση αντί για ρεύμα;

Το πλάτος που ελέγχεται από την αντίσταση ορίζεται από το πάχος του διηλεκτρικού, το βάρος του χαλκού και τη διηλεκτρική σταθερά του υλικού, επομένως συνδέεται με τη στοίβαξη. Αποφασίστε πρώτα για τη στοίβαξη, υπολογίστε σε σχέση με αυτήν και επιβεβαιώστε την κατασκευή με τον κατασκευαστή σας.

Πρέπει οι ιχνηλασίες ισχύος και σήματος να χρησιμοποιούν το ίδιο πλάτος;

Όχι. Τα ίχνη ισχύος έχουν μέγεθος για πτώση ρεύματος και τάσης και συχνά είναι πολύ πιο φαρδιά. Τα ίχνη σήματος έχουν μέγεθος για δρομολόγηση ή, για γραμμές υψηλής ταχύτητας, για σύνθετη αντίσταση. Ένα προεπιλεγμένο πλάτος και για τα δύο είναι μια κοινή αιτία υπερθέρμανσης.

Μπορεί η Highleap να κατασκευάσει σανίδες από βαρύ χαλκό και ελεγχόμενη σύνθετη αντίσταση;

Ναι. Η Highleap προσφέρει βαρύ χαλκό για σχέδια υψηλού ρεύματος και επεξεργασία και δοκιμή ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης για πλακέτες υψηλής ταχύτητας, με έλεγχο κατασκευασιμότητας για να επιβεβαιωθεί ότι τα πλάτη ίχνους σας αντέχουν στην κατασκευή.