PCB布線時,1oz銅厚,1mm線寬可以通過1A電流的說法是怎麼來的?依據是什麼?科學么?

想知道相關原理


不考慮高速信號阻抗控制要求的話,PCB布線時候的電流與線寬的關係主要是看走線的溫升和壓降指標。不給出一個具體的限制指標就說「1oz銅厚1mm線寬可以通過1A電流」,十有八九都是在扯淡,銅的熔點有1000多呢,難道把電流指標定在熔斷溫度或者PCB的著火點么?如果說東西做出來基本沒有什麼可靠性和環境設計的要求,隨便定個design rule也沒有什麼問題。

現在在百度上用「PCB 線寬 電流」能搜出一大堆亂七八糟的說法,但是說到底,其實大部分的數據都可以追溯到美國國防部在1973年制定的MIL-STD-1495:"Multilayer Printed Wiring Boards For Electronic Equipment"標準。在這之前也有過和PCB線寬和電流溫升關係的標準,不過那些在測量環境和實驗條件上做得比較粗糙,所以現在網路上比較容易搜索下載是1495的後續修訂版275E。275E裡面有關於刻蝕銅導體(就是PCB上的導線)和載流能力的計算標準圖。

這幅圖可以說是聖經一樣的權威存在了,從上面這幅圖中可以看到在1A@ΔT=+10℃條件下,這份標準給出線寬是0.03inch@1oz銅厚,也就是0.4mm左右。「1oz銅厚1mm線寬可以通過1A電流」對於感官上的溫升體驗來說,應該是一個比較不錯的指標了。如果設備有更好的散熱環境,其實將標準放寬一點也未嘗不可。

MIL-STD-275E有一個很嚴重的問題,作為一個軍用電子設備的強制標準,對上面的這些實驗數據並沒有給出很具體的的實驗測試環境和設計環境限制,所以現在用得比較多的標準是IPC-2221(2003)和IPC-2152(2009),2152標準裡面對走線電流和溫升的關係做了很詳盡的研究,所以在DoD在2011年直接把這個標準拿來,沒有再制定自己的標準了。更重要的是,在2152測試組的實驗結果出來之前,工程界一般認為多層PCB表層走線的散熱性能比內層走線要強1-2倍,但是實驗結果卻發現內層走線的散熱性能和表層基本上是沒差別的,在PCB基質的幫助下有時甚至比表層走線有更好的溫升性能。

談到溫升和走線電流這個問題,其實是PCB熱設計的一個環節。在板級熱設計下面,還有元器件package熱設計和晶元wafer層次的熱設計,對上則是系統層的熱設計,比如安裝方式和大設備內部的散熱組織等等。將這些層次抽象到板級設計上,一般關注的重點是元件功耗和長時間的熱穩定性,對外確定PCB最大允許功耗,然後再按照PCB的熱設計分區確定熱流通量,和元件允許的溫升進行核對後得出功率走線的最終ΔT參數。用ΔT得到走線的截面積,然後再按照成本與空間需求確定銅厚和線寬。具體的計算模型可以參考2221標準。

參考文獻

[1] IPC-2221A[S]. 2003.

[2]Brooks D, Adam J. Trace Currents and Temperatures Revisited[J]. 2015.


線粗的話電阻就小,過的電流就大。電流大的話無非就是發熱、壓降。然後保證發熱壓降在一定範圍內,就會對最大電流有限制。


一般的電子產品可以用這個rule,基本上都是夠用的,如果有條件,可以加適當加寬一些。但也並非線越粗越好。基本你看到的1A電流也是脈衝值吧?也就是最大電流值,所以問題都不大的


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