PCB İz Genişliği Hesaplayıcı: Akım, Gerilim Düşümü ve Empedans İçin İzlerin Boyutlandırılması

İz genişliği basit görünse de kolayca yanlış ayarlanabilir: çok dar olursa güç izi aşırı ısınır veya çok fazla voltaj düşer; çok geniş olursa yer israfı olur veya empedansı bozarsınız. İz genişliği hesaplayıcısı savunulabilir bir başlangıç ​​değeri verir, ancak ona ne kadar besleme yapılacağını bilmek, güvenilir bir kartı yük altında arızalanan bir karttan ayıran şeydir. Bu kılavuz, gerçek soruları yanıtlıyor – belirli bir akım için hangi genişlik, dahili mi harici mi, 50 ohm'luk izlerin nasıl boyutlandırılacağı – ve Highleap Electronics'in genişliğin üretimden sonra da bozulmamasını nasıl sağladığını gösteriyor.

1. PCB iz genişliği hesaplayıcısı nasıl çalışır?

Bir PCB iz genişliği hesaplayıcısı, mevcut, izin verilen sıcaklık artışı, bakır ağırlığı ve katman değerlerinden yola çıkarak minimum iz genişliğini hesaplamak için IPC-2221 formülünü kullanır. Akım baskın girdidir – gerekli alan akımla birlikte hızla artar – sıcaklık artışının etkisi ise çok daha azdır, bu nedenle daha yüksek izin verilen bir sıcaklığı hedeflemek çok az ek kapasite sağlar. Girdiler:

• akım – iletken hattının taşıyabileceği maksimum sürekli akım.
• İzin verilen sıcaklık artışı – 10°C muhafazakar bir hedeftir; örneklerde genellikle 30°C gösterilir. Daha düşük sıcaklık artışı daha geniş bir izleme anlamına gelir.
• Bakır ağırlığı – Genellikle 1 veya 2 ons; daha ağır bakır, aynı akımı daha dar bir alanda taşır.
• Katman (dış veya iç) – Aynı akım için iç hatların genişliğinin yaklaşık iki katına ihtiyaç duyulur.

İki yorumlama notu hataları önler: formül, çıplak iz test verilerine dayanmaktadır ve kalabalık gerçek devre kartları için iyimserdir, bu nedenle sürekli güç yollarında pay ekleyin; ve sonuç bir hedef değil, bir minimumdur – daha geniş bir güç izinin nadiren zararı vardır, ancak çok dar bir izin gerçek zararı vardır. Gerekli genişlik pratik olmaktan çıktığında, bir üst seviyeye geçmek gerekir. ağır bakır PCB Genellikle daha temizdir. İzlerin akımı nasıl taşıdığının temel prensipleri burada yatmaktadır. PCB iz astarı.

2. 1, 3 veya 5 amper için hangi iz genişliğine ihtiyacım var?

Muhafazakar bir yaklaşımla 10°C'lik sıcaklık artışında, dış katmanda 1 ons bakır için 1 A akım yaklaşık 0.5 mm (20 mil), 3 A akım yaklaşık 1.8 mm (70 mil) ve 5 A akım yaklaşık 3.3 mm (130 mil) gerektirir. Tam tablo, IPC-2221'e dayalı bir başlangıç ​​noktasıdır ve kendi sıcaklık hedefiniz için bir hesaplamanın yerine geçmez; iç katman izleri yaklaşık olarak iki kat daha fazla akım gerektirir:

Akım arttıkça genişlik de hızla artar. Birkaç amperden sonra tek bir hat pratik olmaktan çıkar ve bakır döküm, düzlem veya daha kalın bakır doğru çözümdür – yüksek akım hatları ince hatlara ait değildir, bu nedenle özel hatlar bu amaçla kullanılır. ağır bakır akım-kapasite mühendisliği Onları serin tutar.

3. İç ve dış iz genişliği: iç izler neden daha geniştir?

İç iletkenin, aynı akımı taşıyabilmesi için dış iletkenin yaklaşık iki katı genişliğe ihtiyacı vardır, çünkü laminat içine yerleştirilmiştir ve havaya ısı veremez. IPC-2221 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 olarak, dış katman için onaylanmış bir genişlik, aynı ağ çok katmanlı bir kartın iç katmanında yönlendirildiğinde sessizce aşırı ısınabilir. Katmanlar arasında güç taşırken, iç katman durumu için boyutlandırma yapın ve katman değişiminin sıcak bir darboğaz haline gelmemesi için her geçişte birden fazla paralel via kullanın.

4. 50 ohm'luk kontrollü empedans izinin boyutlandırılması nasıl yapılır?

50 ohm'luk bir izi akım hesaplayıcısından değil, katman yapısından boyutlandırın: genişliği, altındaki dielektrik kalınlığına, bakır ağırlığına ve laminatın dielektrik sabitine bağlıdır. Yüksek hızlı ve RF sinyalleri empedansa göre boyutlandırılır – genellikle 50 ohm tek uçlu veya 90 veya 100 ohm gibi bir hedefte diferansiyel çiftler – ve akıma dayalı bir genişlik burada geçerli değildir.

İki sonuç ortaya çıkar. Birincisi, empedans kontrollü genişliği tek başına seçemezsiniz; katman yapısına bağlıdır, bu nedenle yüksek hızlı istifleme Öncelikle iz geometrisine karar verilmelidir. İkinci olarak, empedansın doğru çıkması için üretici bu geometriyi doğru bir şekilde oluşturmalıdır; bu da kontrollü empedans izlerinin, uygun yöntemler kullanılarak, kartı üreten kişiyle kararlaştırılması anlamına gelir. empedans kontrolü işleme.

5. Sık yapılan PCB iz genişliği hataları

En sık yapılan iz genişliği hataları, her şey için tek bir varsayılan genişlik kullanmak, iç katman cezasını göz ardı etmek, voltaj düşüşünü unutmak ve sinyal izlerini empedans yerine akım için boyutlandırmaktır. Her birinin basit bir çözümü vardır:

• Her şey için tek bir varsayılan genişlik. – Sinyaller için uygun, güç için tehlikeli derecede dar. Güç izlerinin boyutlarını akımlarına göre ayarlayın.
• İç katman cezasını göz ardı etmek – Dış kısımda yeterli genişlikte bir kumaş, iç katmanda aşırı ısınmaya neden olabilir; bu durumda iç katmanın yaklaşık iki katı genişlikte olması gerekir.
• Gerilim düşüşünü unutmak – Soğuk bir iletken bile düşük voltajlı, yüksek akımlı bir hatta çok fazla voltaj düşüşüne neden olabilir. Hem ısı hem de voltaj düşüşü için boyutlandırma, iyi bir tasarımın parçasıdır. termal yönetim.
• Akım için sinyal izlerinin boyutlandırılması – Yüksek hızlı iletken hatlar, IPC-2221 akım genişliklerine değil, katman yapısına bağlı empedans tabanlı genişliklere ihtiyaç duyar.
• Üretim sürecinin üretebileceğinden daha ince genişlikler belirtmek – Minimum genişlik ve aralık değerlerini üreticiyle teyit edin.

6. İz genişliği imalat sırasında korunacak mı?

Çizdiğiniz genişlik, elde ettiğiniz genişlikle tam olarak aynı olmayabilir; aşındırma işlemi her bir izin kenarlarından biraz bakır çıkarır, bu nedenle bitmiş iz tasarlanandan biraz daha dar olur ve daha kalın bakır bu toleransı genişletir. Dar güç izleri için bu, akım kapasitesini ve voltaj düşüşünü yanlış yöne doğru etkiler; empedans kontrollü izler için ise empedansı değiştirebilir. Genişlik her iki durumda da kritik olduğunda, tasarım amacını üreticiyle teyit edin.

Önceden yapılmış bir üretim için tasarım kontrolü Highleap, iz genişliklerinizin ve aralıklarınızın işlem kapasitesi dahilinde olduğunu, güç izlerinin aşındırma işleminden sonra akım ve voltaj düşüşü gereksinimlerini karşıladığını ve kontrollü empedans izlerinin oluşturulabilir bir katmanla eşleştiğini doğrular. Ardından Highleap, kartı bir sonraki aşamaya taşır. kalın bakır imalatı Yüksek akım gerektiren tasarımlar için ağır bakır seçenekleri ve yüksek hızlı devre kartları için kontrollü empedans işleme ve test ile montaj hizmeti sunuyoruz. Fiyat teklifi istediğinizde, bakır ağırlığını, güç hatlarındaki maksimum akımı, voltaj düşüşüne duyarlı hatları ve hedef ve katman yapısıyla birlikte herhangi bir kontrollü empedans gereksinimini belirtin.

Panomdan alıntı yapın

7. PCB iz genişliği hakkında SSS

1 amper için ne kadar iz genişliğine ihtiyacım var?

Dış katmanda 1 ons bakır için, ortalama 10°C'lik sıcaklık artışında, yaklaşık 0.5 mm (yaklaşık 20 mil) kalınlık gerekir. 2 ons bakırda ise bu değerin yaklaşık yarısı kadardır. İç katmanlarda aynı akım için yaklaşık iki kat daha fazla kalınlık gereklidir.

İç izlerin neden dış izlerden daha geniş olması gerekir?

İç iletken hatlar laminatla çevrilidir ve havaya ısı aktaramazlar; bu nedenle, aynı sıcaklık artışında aynı akımı taşımak için dış iletken hatlara göre yaklaşık iki kat daha geniş olmaları gerekir.

Akım yerine empedansı esas alarak bir iz nasıl boyutlandırırım?

Empedans kontrollü genişlik, dielektrik kalınlığı, bakır ağırlığı ve malzemenin dielektrik sabiti tarafından belirlenir, bu nedenle katman yapısına bağlıdır. Öncelikle katman yapısına karar verin, buna göre hesaplama yapın ve yapıyı üreticinizle onaylayın.

Güç ve sinyal hatları aynı genişlikte mi olmalı?

Hayır. Güç hatları akım ve gerilim düşüşüne göre boyutlandırılır ve genellikle çok daha geniştir; sinyal hatları ise yönlendirmeye veya yüksek hızlı hatlar için empedansa göre boyutlandırılır. Her ikisi için de varsayılan bir genişlik, aşırı ısınmanın yaygın bir nedenidir.

Highleap, yüksek bakır içerikli ve kontrollü empedanslı devre kartları üretebilir mi?

Evet. Highleap, yüksek akım gerektiren tasarımlar için kalın bakır ve yüksek hızlı devre kartları için kontrollü empedans işleme ve test hizmeti sunar; ayrıca üretim sırasında iz genişliklerinizin korunacağını doğrulamak için bir üretim uygunluğu incelemesi de yapar.