Piirilevyn jälkiresistanssilaskuri: Kuinka laskea jälkiresistanssi ja jännitehäviö

Jokaisella kuparijohtimella on resistanssi, joka aiheuttaa jännitehäviötä ja lämpenemistä, jotka voivat hiljaisesti heikentää hyvää suunnittelua. Johdinvastuslaskuri muuntaa leveyden, kuparin paksuuden, pituuden ja lämpötilan johtimen lisäämiksi todellisiksi ohmeiksi. Tämä opas vastaa todellisiin kysymyksiin – miten lasketaan piirilevyn johtimen resistanssi, 1 gramman kuparin resistanssi, miten sitä pienennetään – ja näyttää, kuinka Highleap Electronics varmistaa, että piirtämäsi johdin on se, minkä se rakentaa.

1. Miten lasketaan piirilevyn jälkiresistanssi?

Laske piirilevyn jälkiresistanssi kaavalla R = ρ × pituus ÷ (leveys × paksuus) tai yksinkertaisemmin kertomalla kuparin pintaresistanssi neliöiden lukumäärällä (pituus ÷ leveys). Molemmat antavat saman vastauksen – neliömenetelmä on vain nopeampi. Resistiivisyys ρ on kuparin materiaalivakio (noin 1.7 × 10⁻⁸ ohmimetriä huoneenlämmössä) ja poikkileikkauspinta-ala on leveys kertaa kuparin paksuus.

Neliöiden oikopolku kannattaa sisäistää: kuparin levyn vastus riippuu vain kuparin paksuudesta, neliöiden lukumäärä on vain pituus jaettuna leveydellä, joten:

Jälkivastus ≈ arkkivastus × (pituus ÷ leveys)

Tästä syystä pitkällä ja kapealla johtimella on suuri resistanssi ja lyhyellä ja leveällä johtimella pieni resistanssi – ja miksi kuparin painon kaksinkertaistaminen (1 g - 2 g) karkeasti puolittaa resistanssin, koska poikkileikkaus kaksinkertaistuu. Kuparin paino on siis ensisijainen vipuvaikutus, minkä vuoksi tehosuunnittelussa pyritään... raskas kuparipiirilevy kun vastustuksen on laskettava. Kertaus aiheesta miten piirilevyjälkiä käyttäytyvät helpottaa lopun soveltamista.

2. Mikä on 1 unssin kuparijohtimen resistanssi?

1 gramman kuparin pintaresistanssi on noin 0.5 milliohmia neliötä kohden, joten kymmenen kertaa leveyttään pidempi johdin (kymmenen neliötä) on noin 5 milliohmia ennen lämpötilan ja läpivirtauksen vaikutuksia. Paksumpi kupari pienentää tätä suhteellisesti – 2 gramman kuparia on noin 0.25 milliohmia neliötä kohden – koska resistanssi on kääntäen verrannollinen poikkileikkauspinta-alaan.

”Neliöt” on yksikötön suhdeluku (pituus jaettuna leveydellä), minkä vuoksi sama arkkiresistanssiluku pätee kaikille kuparin painon jälkille. Päästäksesi neliöistä ohmeihin, kerro luku kuparin arkkiresistanssilla; päästäksesi ohmeista jännitehäviöön tai lämpöön, syötä virta. Tämä yksi arkkiresistanssiluku yhdistettynä neliöiden määrään riittää nopeisiin arvioihin, jotka ohjaavat useimpia asettelupäätöksiä.

3. Käytännön esimerkki: jälkivastus, jännitehäviö ja teho

50 mm pitkällä ja 0.5 mm leveällä johtimella, joka on valmistettu 2 ampeerin painoisesta kuparista ja jonka virta on 1 grammaa, resistanssi on noin 50 milliohmia, jännitehäviö 100 mV ja tehohäviö 0.2 W. Tässä on täydellinen laskelma:

• Neliöt: pituus ÷ leveys = 50 ÷ 0.5 = 100 neliötä.
• Resistance: 100 neliötä × ~0.5 mΩ/neliö ≈ 50 milliohmia.
• Jännitteen putoaminen: vastus × virta = 0.050 Ω × 2 A = 0.1 V (100 mV).
• Hukkateho: virta² × resistanssi = 2² × 0.050 = 0.2 W lämpöä.

3.3 V:n kiskolla 100 mV:n jännitehäviö on noin 3 % – usein hyväksyttävä, joskus ei. Levitä nyt johdinta 2 mm:iin: neliöt putoavat 25:een, resistanssi noin 12.5 mΩ:iin ja jännitehäviö 25 mV:iin. Neljä kertaa leveämpi johdin antaa neljä kertaa pienemmän resistanssin – laskin paljastaa sydämen kompromissin ja päätöksen, joka on tehtävä ennen piirustuksen valmistumista, ei vasta piirilevyn kuumentumisen jälkeen. Suurimman virran kiskoille käytetään omaa... raskaan kuparin virtakapasiteetin suunnittelu pitää sekä vastuksen että lämpötilan kurissa.

4. Muuttuuko jälkivastus lämpötilan ja reikien määrän mukaan?

Kyllä – kuparin resistanssi nousee noin 0.4 % per °C, joten 40 °C huoneenlämpötilaa korkeammalla lämpötilalla kulkevalla johtimella on noin 16 % suurempi resistanssi kuin kylmällä lämpötilalla, ja jokainen läpivienti lisää hieman. Koska tämä lisäresistanssi tuottaa myös enemmän lämpöä, lämpötila ja resistanssi vahvistavat toisiaan kuumilla, suurvirtaisilla johtimilla. Muita käytännön tarkennuksia:

• Syövytyskestävyys. Valmistusmenetelmä kaventaa jokaista jälkiä hieman piirustukseen verrattuna, mikä lisää vastusta; raskaampi kupari laajentaa tätä toleranssia.
• Läpiviennit. Kerrosten välillä hyppivä polku kertyy resistanssin kautta, joten suurvirtasiirtymiin käytetään kuparivalut ja ompeleet yhdistetyn arvon alentamiseksi.
• Pinnoitus. Valmiin kuparin ulkokerroksen mukana tulee pinnoitus, joten todellinen paksuus voi ylittää pohjakalvon painon.

Useimmissa töissä huoneenlämpötilan neliöiden arvio on riittävän lähellä ratkaisua; tiukoissa teho- tai anturisuunnitteluissa sekoita lämpötila ja läpiviennin resistanssi mukaan ja käsittele sitä osana kokonaisuutta. Piirilevyn lämmönhallinta.

5. Piirilevyn jälkiresistanssin vähentäminen

Vähennä johtimen vastusta leventämällä johdinta, käyttämällä paksumpaa kuparia, lyhentämällä reittiä, vaihtamalla tehoverkot kuparivalulle tai -tasolle ja rinnakkaisläpivienneillä kerrosvaihdoissa. Jokainen vipu toimii, koska vastus on arkin vastus kertaa neliö: levennä tai paksunna lisätäksesi poikkileikkausta, lyhennä leikataksesi neliöitä. Vaikutusjärjestyksessä:

• Raskaampi kupari – 2 oz tai 3 oz leikkaa vastusta suhteellisesti samassa leveydessä.
• Leveämmät jäljet ​​tai valumat – taso on käytännössä erittäin leveä ja erittäin pieniresistanssinen johdin.
• Lyhyempi reititys – vähemmän neliöitä, vähemmän vastusta ja pudotusta.
• Rinnakkaisläpiviennit – useat läpiviennit kerrossiirtymässä jakavat läpivientien resistanssin.

Kun signaalit ovat nopeita pikemminkin kuin suurivirtaisia, asiaan liittyvä tieteenala on ohjattu impedanssi vastustuksen sijaan – eri kohde, eri matematiikka.

6. Pitääkö vastus arvonsa valmistuksen jälkeen?

Laskettu resistanssi pätee vain, jos johdin on valmistettu oletettujen mittojen mukaisesti ja etsaus sekä pinnoitus siirtävät lopullista arvoa hieman – yleensä hieman, mutta riittävästi, jotta sillä on merkitystä tiukalla tehobudjetilla tai johdinta käytettäessä tarkkana arvona. Kun leveys on kriittinen, varmista suunnitteluaikomus valmistajaltasi.

Esivalmistelu suunnittelun valmistusta varten tarkastus varmistaa, että tehokäyrät, kuparin paino ja läpivientistrategia ovat saavutettavissa ja että valmis geometria osuu haluamaasi paikkaan. Highleap vie sitten laudan läpi paksukuparivalmistus ja kokoonpanoa, sekä runsaasti kuparia sisältäviä vaihtoehtoja matalaresistanssisille tehonsyöttöreiteille ja ensivaihemittauksille, kun suunnittelu riippuu tietystä johtimen vastuksesta tai jännitehäviöstä. Kun pyydät hintaa, mainitse kuparin paino, kiskot, joissa jännitehäviö on kriittinen, ja kaikki johtimet, joiden resistanssiin luotat.

Lainaa minun sähkötauluani

7. Jälkienkestävyyttä koskevat usein kysytyt kysymykset

Miten lasketaan piirilevyn jälkiresistanssi?

Käytä kaavaa R = ρ × pituus ÷ (leveys × paksuus) tai kerro kuparin pintaresistanssi (noin 0.5 mΩ/neliö 1 grammaa kohden) neliöiden lukumäärällä (pituus ÷ leveys). Molemmat antavat saman tuloksen.

Mikä on 1 unssin kuparijäljen resistanssi?

Noin 0.5 milliohmia neliötä kohden. Kymmenen kertaa leveyttään pidempi juova on siis noin 5 mΩ 1 gramman kuparissa ennen lämpötilan ja läpivirtausvaikutusten vaikutusta.

Muuttuuko jälkivastus lämpötilan mukaan?

Kyllä. Kuparin resistanssi nousee noin 0.4 % celsiusastetta kohden, joten huoneenlämpötilaa selvästi korkeammalla lämpötilalla kulkevalla johtimella on huomattavasti suurempi resistanssi kuin sen kylmällä lämpötilalla.

Miten voin vähentää jälkien vastustuskykyä?

Levitä johdinta, käytä paksumpaa kuparia, lyhennä johdinreittiä, käytä virransyöttöön kuparivalua tai -tasoa ja kytke useita rinnakkaisia ​​läpivientireikiä kerrossiirtymissä.

Voiko Highleap rakentaa matalaresistanssisia, runsaasti kuparia sisältäviä piirilevyjä?

Kyllä. Highleap tarjoaa paksua kuparia matalaresistanssisiin tehonsiirtoreitteihin, kerrossiirtymien strategioiden ja ensimmäisen artikkelin mittauksen avulla, kun suunnittelu perustuu tiettyyn jälkiresistanssiin tai jännitehäviöön.