Capacitatea curentului de urmărire PCB: Lățime, Greutate de cupru și IPC-2221

Fiecare pistă de cupru este o rezistență subțire care se încălzește atunci când curentul trece prin ea. Dimensionați-o corect și o placă va funcționa la rece ani de zile; dimensionați-o scurt și pista se supraîncălzește, îmbătrânește laminatul și se poate deschide ca o siguranță. Acest ghid răspunde la întrebările pe care inginerii le caută de fapt - câți amperi transportă o pistă, ce reprezintă 1 uncie de cupru în milimetri, când să se treacă la cupru greu - și arată cum Highleap Electronics transformă aceste numere într-o placă pe care o poate fabrica și asambla în mod fiabil.

1. Câți amperi poate transporta o pistă de cupru?

Nu există un curent maxim unic pentru o urmă – limita este creșterea temperaturii acceptată. Ca o referință rapidă, o urmă cu lățimea de 1 mm (aproximativ 40 mil) în cupru de 1 oz pe un strat exterior transportă aproximativ 2 A la o creștere conservatoare de 10°C și aproximativ 4 A la o creștere de 30°C. Curentul încălzește urna proporțional cu pătratul curentului înmulțit cu rezistența, iar urna se stabilizează oriunde poate elibera acea căldură în cuprul, laminatul și aerul din jur.

Trei proprietăți ale urmei stabilesc rezistența și, prin urmare, încălzirea. Aria secțiunii transversale – lățimea înmulțită cu grosimea cuprului – domină; dublarea oricăreia dintre acestea înjumătățește aproximativ rezistența. Lungimea adaugă rezistență proporțională și cădere de tensiune, dar modifică abia temperatura de vârf. Iar rezistența cuprului crește cu aproximativ 0.4% pe °C, deci o urme fierbinte este o urme cu rezistență puțin mai mare, care alimentează mai multă căldură. Trei factori de mediu decid cât de ușor scapă căldura: stratul exterior versus interior, temperatura ambiantă din interiorul carcasei și orice flux de aer sau radiator. Dacă sunteți nou în modul în care sunt construite și specificate urmele, elementele fundamentale ale proiectării urmelor PCB sunt o introducere utilă înainte de dimensionarea pentru putere.

2. Care este grosimea cuprului de 1 oz în mm? (tabelul greutății cuprului)

1 uncie de cupru are o grosime de aproximativ 35 de microni, ceea ce reprezintă 0.035 mm sau aproximativ 1.37 mil. Grosimea cuprului este exprimată în greutate pe picior pătrat - o convenție veche care îi pune în dificultate pe începători - așadar conversiile care merită memorate sunt:

Deoarece capacitatea urmărește aria secțiunii transversale, transportați mai mult curent fie prin lărgirea pistei, fie prin comandarea unui cupru mai gros. Pe o placă densă, trecerea la o construcție de cupru de 3 g este adesea mai ușoară decât crearea unui spațiu pentru o pistă foarte lată, iar pentru lucrări de putere mare, un PCB complet din cupru greu este special conceput pentru această sarcină.

3. Lățimea urmei vs. diagrama curentă (1 oz și 2 oz cupru)

Pentru 1 de grame de cupru pe un strat exterior la o creștere conservatoare de 10°C, o urmă de 1 A necesită aproximativ 0.5 mm (20 mil), iar o urmă de 3 A aproximativ 1.8 mm (70 mil). Diagrama completă de mai jos este un punct de plecare bazat pe IPC-2221, nu un substitut pentru un calcul în funcție de propria temperatură țintă; urmele stratului interior necesită de obicei aproximativ dublul acestor lățimi.

Lățimea crește rapid odată cu curentul. Peste câțiva amperi, o singură pistă devine impracticabilă, iar răspunsul mai bun este o turnare sau o planare a cuprului, piste paralele pe mai multe straturi cusute cu fire de contact sau cupru mai greu - acolo unde ingineria dedicată a capacității de curent din cupru greu menține șinele de curent ridicat reci.

4. Lățimea urmei interne vs. externă: de ce urmele interne trebuie să fie mai late

O pistă internă are nevoie de aproximativ dublul lățimii unei piste externe pentru a transporta același curent, deoarece este încadrată în laminat și nu poate transmite căldură în aer. IPC-2221 utilizează constante diferite pentru cele două cazuri tocmai din acest motiv - o pistă exterioară se răcește prin convecție în aer, în timp ce o pistă internă este izolată termic și stochează mai multă căldură la aceeași lățime.

Consecința practică: o lățime pe care ați validat-o pentru un strat exterior se poate supraîncălzi discret dacă aceeași rețea este rutată pe un strat interior într-o placă multistrat. Când mutați alimentarea între straturi, dimensionați-o pentru carcasa stratului interior și utilizați mai multe via-uri în paralel la fiecare tranziție, astfel încât schimbarea stratului să nu devină un blocaj important.