PCB İz Akım Kapasitesi: Genişlik, Bakır Ağırlığı ve IPC-2221

Her bir bakır iz, içinden akım geçtiğinde ısınan ince bir dirençtir. Doğru boyutlandırıldığında, devre kartı yıllarca serin çalışır; kısa boyutlandırıldığında ise iz aşırı ısınır, laminat eskir ve bir sigorta gibi açılabilir. Bu kılavuz, mühendislerin gerçekten aradığı soruları yanıtlıyor – bir iz kaç amper taşır, 1 ons bakır kaç milimetredir, ne zaman kalın bakıra geçilmelidir – ve Highleap Electronics'in bu rakamları güvenilir bir şekilde üretebileceği ve monte edebileceği bir devre kartına nasıl dönüştürdüğünü gösteriyor.

1. Bir bakır iletken tel kaç amper akım taşıyabilir?

Bir iletken hattı için tek bir maksimum akım değeri yoktur; sınır, kabul ettiğiniz sıcaklık artışıdır. Hızlı bir referans olarak, dış katmanda 1 ons bakırda 1 mm (yaklaşık 40 mil) genişliğindeki bir iletken hattı, muhafazakar bir 10°C artışta yaklaşık 2 A ve 30°C artışta yaklaşık 4 A akım taşır. Akım, iletken hattını akımın karesi ile direncin çarpımıyla orantılı olarak ısıtır ve iletken hat, bu ısıyı çevredeki bakır, laminat ve havaya yayabildiği her yerde sabitlenir.

Üç iz özelliği direnci ve dolayısıyla ısınmayı belirler. Kesit alanı – genişlik çarpı bakır kalınlığı – baskın faktördür; bunlardan herhangi birinin iki katına çıkarılması direnci yaklaşık olarak yarıya indirir. Uzunluk, orantılı direnç ve voltaj düşüşü ekler ancak tepe sıcaklığını neredeyse hiç değiştirmez. Bakırın direnci °C başına yaklaşık %0.4 artar, bu nedenle sıcak bir iz, biraz daha yüksek dirençli bir izdir ve bu da daha fazla ısıya yol açar. Üç çevresel faktör, ısının ne kadar kolay dışarı atılacağını belirler: dış ve iç katman, muhafaza içindeki ortam sıcaklığı ve herhangi bir hava akışı veya ısı dağıtımı. İzlerin nasıl oluşturulduğu ve belirtildiği konusunda yeniyseniz, güç için boyutlandırmadan önce PCB iz tasarımının temelleri faydalı bir başlangıç ​​​​niteliğindedir.

2. 1 ons bakırın kalınlığı kaç mm'dir? (bakır ağırlık tablosu)

1 ons bakır yaklaşık 35 mikron kalınlığındadır, bu da 0.035 mm veya yaklaşık 1.37 mil'e eşittir. Bakır kalınlığı, metrekare başına ağırlık olarak belirtilir – bu, yeni başlayanları yanıltan eski bir yöntemdir – bu nedenle ezberlenmesi gereken dönüşümler şunlardır:

Kapasite kesit alanıyla doğru orantılı olduğundan, daha fazla akım taşımak için ya izi genişletmeniz ya da daha kalın bakır kullanmanız gerekir. Yoğun bir devre kartında, 3 ons bakır kullanmak , çok geniş bir iz için yer açmaktan genellikle daha temiz bir sonuç verir ve yüksek güçlü işler için tamamen kalın bakırdan yapılmış bir PCB, bu iş için özel olarak tasarlanmıştır.

3. İz genişliği ve akım grafiği (1 ons ve 2 ons bakır)

Muhafazakar bir yaklaşımla 10°C'lik sıcaklık artışında, dış katmanda 1 ons bakır için, 1 A'lik bir iz yaklaşık 0.5 mm (20 mil) ve 3 A'lik bir iz yaklaşık 1.8 mm (70 mil) genişliğinde olmalıdır. Aşağıdaki tam tablo, IPC-2221'e dayalı bir başlangıç ​​noktasıdır ve kendi sıcaklık hedefiniz için bir hesaplamanın yerine geçmez; iç katman izleri genellikle bu genişliklerin yaklaşık iki katına ihtiyaç duyar.

Akım arttıkça genişlik de hızla artar. Birkaç amperden sonra tek bir hat pratik olmaktan çıkar ve daha iyi çözüm bakır döküm veya düzlem, birkaç katman üzerinde paralel hatlar ve bunların arasına yerleştirilmiş delikler veya daha kalın bakır kullanmaktır; işte burada özel olarak tasarlanmış kalın bakır akım kapasitesi mühendisliği, yüksek akım hatlarını serin tutar.

4. İç ve dış iz genişliği: iç izlerin neden daha geniş olması gerekiyor?

İç iletkenin, aynı akımı taşımak için dış iletkenin yaklaşık iki katı genişliğe ihtiyacı vardır, çünkü laminat içine yerleştirilmiştir ve havaya ısı veremez. IPC-2221, tam olarak bu nedenle iki durum için farklı sabitler kullanır – dış iletken havaya konveksiyon yoluyla soğur, iç iletken ise termal olarak yalıtılmıştır ve aynı genişlikte daha fazla ısı depolar.

Pratik sonuç şu: Dış katman için doğruladığınız bir genişlik, çok katmanlı bir kartta aynı ağ iç katmanda yönlendirildiğinde sessizce aşırı ısınabilir. Katmanlar arasında güç taşırken, iç katman durumunu dikkate alın ve katman değişiminin sıcak bir darboğaz haline gelmemesi için her geçişte paralel olarak birden fazla via kullanın.