Калькулятор ширини доріжок на друкованій платі: як визначити розміри доріжок для струму, падіння напруги та імпедансу

Ширина доріжок виглядає простою, але її легко визначити неправильно: занадто вузька — і силова доріжка перегріється або падає занадто багато напруги; занадто широка — і ви втрачаєте місце або порушуєте імпеданс. Калькулятор ширини доріжок дає обґрунтоване початкове число, але знання того, що її живити, — це те, що відрізняє надійну плату від тієї, яка виходить з ладу під навантаженням. Цей посібник відповідає на справжні питання: яка ширина для заданого струму, внутрішня чи зовнішня, як визначити розмір доріжок 50 Ом — і показує, як Highleap Electronics гарантує, що ця ширина витримає виробництво.

1. Як працює калькулятор ширини доріжок на друкованій платі?

Калькулятор ширини доріжки на друкованій платі використовує формулу IPC-2221 для зворотного розрахунку від поточного допустимого підвищення температури, ваги міді та шару до мінімальної ширини доріжки. Струм є домінуючим вхідним фактором – необхідна площа різко зростає разом з ним, тоді як підвищення температури має набагато менший вплив, тому прагнення до вищої допустимої температури купує незначну додаткову потужність. Вхідні дані:

• Поточний – максимальний безперервний струм, який пропускатиме доріжка.
• Допустиме підвищення температури – 10°C – це консервативна ціль; у прикладах часто показано 30°C. Менше підняття означає ширшу траєкторію.
• Мідна вага – зазвичай 1 унція або 2 унції; важча мідь проводить той самий струм, але меншої ширини.
• Шар (зовнішній або внутрішній) – внутрішні доріжки потребують приблизно вдвічі більшої ширини для того самого струму.

Два примітки щодо інтерпретації запобігають помилкам: формула базується на даних випробувань голих трас і є оптимістичною для переповнених реальних плат, тому додайте запас на безперервних лініях живлення; результат буде мінімальним, а не цільовим – ширша траса живлення рідко завдає шкоди, але реальна шкода виникає у занадто вузькій. Коли необхідна ширина стає непрактичною, перехід на важку мідну друковану плату часто є чистішим. Основи того, як траси проводять струм, викладено в цьому посібнику з трасування друкованих плат.

2. Яка ширина доріжки мені потрібна для 1, 3 або 5 ампер?

Для 1 унції міді на зовнішньому шарі при консервативному підвищенні температури на 10°C, 1 А потрібно близько 0.5 мм (20 міл), 3 А - близько 1.8 мм (70 міл) та 5 А - близько 3.3 мм (130 міл). Повна діаграма є відправною точкою на основі IPC-2221, а не замінює розрахунку відносно вашої власної цільової температури; доріжки внутрішнього шару потребують приблизно вдвічі більше:

Ширина швидко зростає зі збільшенням струму. Понад кілька ампер використання однієї колії стає непрактичним, і правильним рішенням є заливання міді, плоска мідь або важча мідь – сильнострумові рейки не призначені для тонких колій, саме там спеціалізована конструкція з важчою міддю забезпечує їх охолодження.

3. Ширина внутрішньої та зовнішньої траєкторії: чому внутрішні траєкторії ширші

Внутрішня доріжка повинна бути приблизно вдвічі ширшою за зовнішню, щоб передавати той самий струм, оскільки вона затиснута в ламінаті та не може віддавати тепло в повітря. З цієї причини в IPC-2221 використовуються різні константи для цих двох випадків – зовнішня доріжка охолоджується конвекцією в повітря, тоді як внутрішня доріжка теплоізольована та накопичує більше тепла при тій самій ширині.

Практичним наслідком є ​​те, що ширина, валідована для зовнішнього шару, може непомітно перегріватися, якщо та сама мережа прокладається на внутрішньому шарі багатошарової плати. Під час переміщення живлення між шарами слід враховувати розмір корпусу внутрішнього шару та паралельні кілька переходних отворів на кожному переході, щоб зміна шару не перетворилася на вузьке місце.

4. Як визначити розмір доріжки з контрольованим імпедансом на 50 Ом

Розмір 50-омної доріжки визначається на основі стеку, а не за допомогою калькулятора струму: її ширина залежить від товщини діелектрика під нею, ваги міді та діелектричної проникності ламінату. Високошвидкісні та радіочастотні сигнали розраховуються за імпедансом – зазвичай 50 Ом для односторонніх сигналів або диференціальних пар при цільовому опорі, такому як 90 або 100 Ом – і ширина на основі струму просто не застосовується.

З цього випливають два наслідки. По-перше, не можна вибрати ширину з контролем імпедансу окремо; вона прив'язана до стеку, тому високошвидкісний стек має бути визначений до геометрії трас. По-друге, виробник повинен точно побудувати цю геометрію, щоб імпеданс вийшов правильним, а це означає, що траси з контролем імпедансу повинні бути узгоджені з виробником плати, використовуючи належну обробку контролю імпедансу.

5. Поширені помилки ширини доріжок на друкованій платі

Найпоширеніші помилки щодо ширини доріжок – це використання однієї ширини за замовчуванням для всього, ігнорування недоліків внутрішнього шару, забуття про падіння напруги та визначення розміру сигнальних доріжок для струму, а не для імпедансу. Кожна з них має просте виправлення:

• Одна ширина за замовчуванням для всього – добре для сигналів, небезпечно вузько для потужності. Розмір силових доріжок відповідає їхньому струму.
• Ігнорування штрафу за внутрішній шар – достатня ширина зовнішнього шару може перегрітися на внутрішньому шарі, який потрібно приблизно вдвічі збільшити.
• Забуття про падіння напруги – холодна доріжка все ще може спричинити занадто велике падіння напруги на низьковольтній шинній шині з високим струмом. Розмір як для нагрівання, так і для падіння напруги, частина хорошого термічне управління.
• Визначення розмірів сигнальних доріжок для струму – високошвидкісні доріжки потребують ширини на основі імпедансу, прив’язаної до стеку, а не ширини струму за IPC-2221.
• Визначення ширини, меншої, ніж може створити процес – уточніть мінімальну ширину та відстань між елементами з виробником.

6. Чи збережеться ширина доріжки після виготовлення?

Ширина, яку ви малюєте, не зовсім відповідає отриманій – травлення видаляє трохи міді з боків кожної траси, тому готова траса трохи вужча, ніж за проектом, а важча мідь розширює цей допуск. Для вузьких силових трас це зміщує струмову пропускну здатність і падіння напруги в неправильний бік; для трас з контрольованим імпедансом це може змістити імпеданс. Якщо ширина має вирішальне значення в будь-якому випадку, узгодьте задум проекту з виробником.

Попередня перевірка проекту для виробництва підтверджує, що ширина та відстані між вашими трасами відповідають технологічним можливостям, що силові траси відповідають потребам у струмі та падінні напруги після травлення, а також що траси з контрольованим імпедансом узгоджені з придатним для складання стеком. Потім Highleap виконує виготовлення та складання плати з товстої міді , з варіантами з важкої міді для сильнострумових конструкцій та обробкою та випробуваннями з контрольованим імпедансом для високошвидкісних плат. Коли ви запитуєте цінову пропозицію, вкажіть вагу міді, максимальний струм на силових трасах, будь-які рейки, чутливі до падіння напруги, та будь-які вимоги до контрольованого імпедансу з їх цільовим показником та стеком.

Цитувати мою дошку

7. Ширина доріжки на друкованій платі. Найчастіші запитання

Яка ширина доріжки мені потрібна для 1 ампера?

Для 1 унції міді на зовнішньому шарі при консервативному підвищенні температури на 10°C це приблизно 0.5 мм (близько 20 міл). Для 2 унцій міді – приблизно вдвічі менше. Внутрішні доріжки потребують приблизно подвійної товщини для того ж струму.

Чому внутрішні сліди мають бути ширшими за зовнішні?

Внутрішні доріжки оточені ламінатом і не можуть віддавати тепло повітрю, тому їм потрібна приблизно вдвічі більша ширина, ніж зовнішній доріжці, щоб передавати той самий струм за того ж підвищення температури.

Як мені визначити розмір траси для імпедансу, а не для струму?

Ширина, контрольована імпедансом, визначається товщиною діелектрика, вагою міді та діелектричною проникністю матеріалу, тому вона пов'язана з набіром елементів. Спочатку визначтеся з набіром елементів, здійсніть розрахунки та підтвердьте збірку з вашим виробником.

Чи повинні силові та сигнальні доріжки використовувати однакову ширину?

Ні. Силові доріжки розраховані з урахуванням струму та падіння напруги і часто набагато ширші; сигнальні доріжки розраховані з урахуванням трасування або, для високошвидкісних ліній, з урахуванням імпедансу. Одна ширина за замовчуванням для обох є поширеною причиною перегріву.

Чи може Highleap створювати плати з товстої міді та з контрольованим імпедансом?

Так. Highleap пропонує потужну мідь для сильнострумових конструкцій, а також обробку та випробування з контрольованим імпедансом для високошвидкісних плат, з перевіркою технологічності, щоб підтвердити, що ширина ваших доріжок витримає виробництво.