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當涉及到PCB 設計時(shí)，PCB 走線(xiàn)電流容量帶來(lái)的限制是至關(guān)重要的。雖然IPC-2221通用設計指南是一個(gè)很好的起點(diǎn)，但 PCB 走線(xiàn)寬度計算器提供了可用于電路板設計的準確值。
PCB上一條走線(xiàn)的電流容量由走線(xiàn)寬度、走線(xiàn)厚度、所需的最大溫升、走線(xiàn)是內層還是外層以及是否被阻焊層覆蓋等參數決定。
在本文中，我們將討論：
PCB走線(xiàn)寬度
PCB走線(xiàn)載流能力
大電流PCB
大電流 PCB 布局指南
高電流 PCB 的設計技巧
PCB走線(xiàn)寬度計算器
PCB走線(xiàn)或PCB走線(xiàn)是PCB上的銅導體，在PCB表面傳導信號。它是蝕刻后留下的銅箔平坦、狹窄的部分。流經(jīng)銅跡線(xiàn)的電流會(huì )產(chǎn)生大量熱量。正確校準的 PCB 走線(xiàn)寬度和厚度有助于最大限度地減少電路板中的熱量積聚。走線(xiàn)越寬，電流電阻越低，熱量積聚越少。如下圖所示，PCB 走線(xiàn)寬度是走線(xiàn)的水平尺寸，而厚度是走線(xiàn)的垂直尺寸。
PCB走線(xiàn)結構
PCB 的開(kāi)發(fā)總是從默認的走線(xiàn)寬度開(kāi)始。但是這樣的默認走線(xiàn)寬度并不總是適合所需的 PCB。這是因為您需要通過(guò)考慮走線(xiàn)的電流承載能力來(lái)決定走線(xiàn)寬度。
確定正確的走線(xiàn)寬度時(shí)需要考慮幾個(gè)因素：
銅層厚度——銅層厚度是 PCB 上的實(shí)際走線(xiàn)厚度。高電流 PCB 的默認銅厚度約為 1 盎司（35 微米）至 2 盎司（70 微米）
的TRAC的截面積? -在PCB上更高的功率要求，需要具有更高的橫截面面積的痕跡。這與走線(xiàn)寬度成正比。
走線(xiàn)的位置——底部或頂部或內層
數字、射頻和電源電路主要處理或傳輸低功率信號。這些應用的銅重量為 1-2oz，承載電流為 mA 至 1A 或 2A。一些應用（例如電機控制）需要高達 50A 的電流，這將需要 PCB 上的銅重量更大和走線(xiàn)寬度更大。
針對高電流要求的傳統設計方法是加寬銅跡線(xiàn)并將跡線(xiàn)的厚度增加到 2oz。這將增加電路板上的空間要求以及電路板上的層數。
大電流 PCB 布局指南這些是設計和制造高電流 PCB 的指南：
大電流走線(xiàn)短走線(xiàn)長(cháng)意味著(zhù)線(xiàn)阻值高，并且還承載大電流，從而導致更大的功率損耗。由于功率損耗會(huì )產(chǎn)生熱量，因此電路板壽命會(huì )縮短。因此，保持承載大電流的走線(xiàn)盡可能短是至關(guān)重要的。
計算具有適當溫升的走線(xiàn)寬度走線(xiàn)寬度是諸如電阻和通過(guò)它的電流以及允許的溫升等變量的函數。按照慣例，允許溫度比環(huán)境溫度 25°C 高 10°C。在電路板材料和設計允許的情況下，甚至可以允許 20°C 的溫升。
將敏感元件與熱隔離電壓基準、模數轉換器和運算放大器等一些電子元件對溫度變化很敏感。當此類(lèi)組件受熱時(shí)，它們的信號會(huì )發(fā)生變化。
眾所周知，大電流板會(huì )產(chǎn)生熱量，因此上述組件需要與熱點(diǎn)進(jìn)行一定程度的熱隔離。您可以通過(guò)電路板切口和提供散熱連接來(lái)做到這一點(diǎn)。
去除阻焊層為了增加走線(xiàn)的電流能力，您可以去除暴露下面銅的阻焊層。然后可以在跡線(xiàn)上添加額外的焊料，這將增加其厚度并降低電阻。這將允許更多電流流過(guò)走線(xiàn)，而不會(huì )增加走線(xiàn)寬度或產(chǎn)生額外銅厚的成本。
在高電流組件下使用銅皮現場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA) 和處理器采用球柵陣列(BGA) 和線(xiàn)柵陣列 (LGA) 封裝，并且具有高電流要求。為了實(shí)現高電流，您可以在芯片正下方放置方形多邊形，然后向下放置通孔并連接到它們。然后，您可以將多邊形覆銅通過(guò)過(guò)孔到粗電源線(xiàn)或電源平面。
IC 下的銅皮
當 PCB 的外層沒(méi)有用于厚走線(xiàn)的空間時(shí)，您可以在內部板層中進(jìn)行實(shí)心填充。接下來(lái)，您可以使用過(guò)孔連接到外層上的高電流設備。
添加銅條以獲得非常高的電流對于電流超過(guò) 100A 的電動(dòng)汽車(chē)和大功率逆變器，銅線(xiàn)可能不是傳輸功率和信號的最佳方式。在這種情況下，您可以使用可以焊接到 PCB 焊盤(pán)上的銅母線(xiàn)。銅母線(xiàn)的厚度比走線(xiàn)厚得多，可以根據需要承載高電流，而不會(huì )出現任何發(fā)熱問(wèn)題。
母線(xiàn)上的PCB
當走線(xiàn)不能在單層中承載所需的電流時(shí)，走線(xiàn)可以在多個(gè)層上布線(xiàn)，并通過(guò)縫合連接各層。在兩層走線(xiàn)厚度相同的情況下，這將增加載流能力。
什么是 PCB 走線(xiàn)寬度計算器？走線(xiàn)寬度取決于很多因素，如銅層厚度、走線(xiàn)位置的長(cháng)度等，很難手動(dòng)計算出準確的值。這就是為什么大多數制造 PCB 的企業(yè)都提供計算走線(xiàn)寬度的工具的原因。PCB 走線(xiàn)寬度計算器是一種工具，它考慮了上述所有因素，以提供所需走線(xiàn)寬度的準確值。
根據 IPC-2221 印制板設計通用標準，PCB 走線(xiàn)電流限制可進(jìn)一步分為內部導體和外部導體。下面給出的圖表顯示了與跡線(xiàn)寬度相關(guān)的不同變量之間的關(guān)系。這些變量是跡線(xiàn)橫截面積、溫升以及外部導體和內部導體的最大載流能力。
電流對比 外部導體的橫截面圖
導體寬度 Vs橫截面圖
電流對比 內導體的橫截面圖
根據圖表，計算載流量的公式如下：
I = K ΔT 0.44 A 0.75
K = 0.024 內層走線(xiàn)和 0.048 外層走線(xiàn)
ΔT = 以°C 為單位的最大溫差
A = 銅線(xiàn)的橫截面積，單位為 mil2
I = 電流承載能力（安培）
現有的 PCB 走線(xiàn)寬度計算器仍然基于圖表中的數據和上面給出的公式。它們可作為 PCB 設計人員非常精確地計算走線(xiàn)寬度的便捷工具。此表中提到了溫升 10°C 時(shí) 2oz 銅的最大載流能力。
最大電流容量（安培） | 外層的最小走線(xiàn)寬度 (mil) | 內層的最小走線(xiàn)寬度 (mil) |
2 | 19.95 | 20.03 |
4 | 66.59 | 66.86 |
6 | 134.78 | 135.34 |
8 | 222.28 | 223.21 |
10 | 327.68 | 329.05 |
在確定走線(xiàn)電流容量時(shí)，有復雜的因素在起作用。但是，PCB 設計人員可以依靠走線(xiàn)厚度計算器的可靠性來(lái)幫助有效地設計電路板。獲得正確的走線(xiàn)寬度及其載流能力對于設計可靠且高性能的 PCB 大有幫助。
