(下面的内容是188金宝搏苹果下载 个人参考及收集网路上的资料并加入自己的意见整理而成,内容可能不是百分百正确,请参考就好)
PCB的电流负载能力原则上取决于佈线(trace)的铜泊断面的截面积与温升,但截面积又与线路的宽度及厚度正相关,只是电流负载能力是否跟铜线截面积成正比可能就不一定了?
假设在同样10°C温升的条件下,一条10mil线宽的1oz走线(trace)可以承受1Amp的电流,我们应该可以很肯定50mil线宽的走线可以承受比1Amp更大的电流,但会是倍数关系的5Amps吗?答案似乎是否定的。这里先参考MIL-STD-275表格,其可承受的最大电流其实只有2.6Amps而已喔。
(数据来源:MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment,线宽单位:Inch)
不过上述的表格已经是好几年以前的过时资料了,现在比较新的资料应该已经由【IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design】的图表所取代,不过在瞭解铜箔的电流负载能力以前,这里还有一个关键因子【铜箔的厚度(盎司,oz)】需要先来探讨一下,到底铜箔的厚度是怎么计算的?
铜箔的厚度:盎司(ounce, oz)
一般业界惯用的铜箔厚度为《盎司(ounce,符号:oz)》,可是《盎司》明明就是重量单位,怎么又变成厚度了呢?这是因为在铜皮的术语中,《盎司》被转换成了厚度的单位了,怎么越听越煳涂?这是因为铜皮的规格是以【每平方英呎(ft2)有几盎司(oz)】来定义的,所以我们经常说的1oz(盎司)就是在每平方英呎(ft2)上有1oz的重量,铜皮越厚就会越重,既然面积已经确定,所以铜皮的重量就跟其厚度成正比啦,所以铜皮的盎司可以等同于厚度,并可以被转化为毫米(mm)或是毫英吋(mil)。这个其实跟我们在算纸张的时候用磅来计算是一样的道理,有兴趣的朋友可以自己去找谷歌大神查看吧!
这里列出几个大家比较常用到的尺寸,并换算成mil(毫吋)与mm(毫米)供大家参考:
- 0.5 盎司(oz) = 0.0007 英吋(inch) = 0.7 mil = 0.018 毫米(mm)
- 1.0 盎司(oz) = 0.0014 英吋(inch) = 1.4 mil = 0.035 毫米(mm)
- 2.0 盎司(oz) = 0.0034 英吋(inch) = 2.8 mil = 0.070 毫米(mm)
下面也试着为各位计算为何1oz的铜箔约等于1.4mil:
铜的比重为8.9(gm/cm3),
单位换算:
1(ft2)=93055(mm2),1(mil)=25.4(um),1(mm)=39.37(mil),1(oz)=28.34(gm)1oz体积 = 28.34(gm) / 8.9(gm/cm3) = 3.1842(cm3) = 3184.2(mm3)
1oz厚度 = 3184.2(mm3) / 93055(mm2) = 0.03422(mm) x 39.37(mil/mm) = 1.35 (mil)
註:铜箔的密度会因为使用不同种类的铜而有不同的密度,所以计算上可能会有些小误差。
PCB铜箔截面积与最大负载电流及温升间的关系
依照 IPC-2221 第6.2节(Conductive Material Requirements)的说明,电路板上的最大电流载流能力(Current Carrying Capacity)又可以被分成内层线路与外层线路两种,而且内层线路的最大电流载流能力被设定为只有外层线路的一半。这里节录 IPC-2221 的图表6-4以说明外层线路(External conductors)与内层线路(Internal Conductors)的铜箔截面积、温升、与最大电流载流能力的关系。
另外,有人很聪明的将上述图表PCB线路对电流的承载能力的关系归纳出了一个公式,这个公式可以大致上用来取代查表所得:
I = K△T0.44A0.725
K:为修正系数,一般覆铜线在内层时取0.024,在外层时取0.048。 △T:为最大温差,表示铜箔通电后发热高出週遭环境的温度,单位为摄氏度(°C)
(有网友质疑这个△T温差解释可能有问题,目前正在研究澄清中,如果有经验的朋友也请不吝释教。现在已经有做过修改,如果还是有不妥的地方还请指正。)- A:为覆铜线路的截面积,单位为平方毫英吋(mil2)
I:为最大电流载流能力(Current Carrying Capacity),单位为安培(Amp)- 1(mil) = 25.4(um)
▲IPC-2111图表6.4, External Conductors铜箔截面积、温度与最大载流能力的关系。
▲IPC-2111图表6.4, Internal Conductors铜箔截面积、温度与最大载流能力的关系。
使用网路查询《最大负载电流》
拜电脑网路发达之赐,现在网路上有着许多的网站提供上述的计算式,只要在网站上填入需易的电流、铜箔重量,就可以求出想要的铜箔走线的内层及外层线路宽度了。这里有两个网站可以试看看:
虽然说现在已经有公式可以直接计算铜箔的最大电流负载能力,但在实际设计线路时可不会只有这么单纯。因为Trace的电流负载能力不只与铜箔截面积及温度有关,其他如线路上元器件的多寡、焊盘以及通孔(vias)等都有直接的关系。
在焊垫(盘)较多的线段,在过波焊炉或回焊炉后有吃到锡的那段线路,其电流承载能力则会大大的增加,相信很多人应该都有看过一些大电流板中焊垫与焊垫之间某段线路被烧燬的情形,道理很简单,这是因为焊盘上多了焊锡的原故,也就是增加了线路上可以承受电流的面积,而焊垫与焊垫之间的线路并没有任何的改变,因此在电源刚启动,或是电路上执行指令变换时,就很有机会造成电流瞬间波浪(Surge)过大,这时候就很容易烧断焊垫与焊垫之间电流承载能力较弱的线路。
解决的方法,可以考虑增加导线的宽度,如果板子不能允许增加导线的宽度,也可以考虑在容易烧毁的线路上打开防焊绿油(solder mask),并利用SMT的制程加印锡膏(solder paste),经过reflow以后就可以增加其导线的厚度,也就增加了电流承载的能力。
这样啰哩叭唆的说了一大堆,最主要强调PCB的线路对电流的承载能力虽然已经可以由查表或是公式计算而得,可是这些资料计算的都只是一些直线的线路,可是在PCB实际生产制造时还必须要考虑到线路可能会受到灰尘或是杂物的污染,致造成可能的局部线路破损,所以不论我们使用何种方式来求得可承载的最大电流与线路线宽,应该都还要在加上个安全系数来预防可能的过载问题。
另外,有些线路在转弯的地方也要特别注意,如果线路上有锐角出现就有机会造成电流传递不顺畅的问题,这对于小电流或大线宽的线路可能没有什么问题,但如果的线路的电流负载容许值不足时就容易出问题。这就像大车过弯时需要比较大的回转半径一般,太过直角的弯道可是会让车子直接冲出跑道的。
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请问各位前辈,PCB铜箔线路的线宽的公差一般是怎么订的 ? 有没有哪个标准可以参考其量测公差?
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Jerry,
这个应该没有工业标准,建议你询问板厂能力,然后依据自己的要求来订定规格。
其实PCB铜箔线路的线宽最大的问题并不是公差,而是制程上的灰尘,造成局部线路缩减或断线。
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请问188金宝搏苹果下载 先生:
我的电源是12V 20A、铜箔1oz、线长35mm、可接受温升是20度
用ANSI IPC-2221A PCB Trace Width Calculator算出需要线宽是12.6mm
这显然太宽了。
我的问题是使用同一面的四条5A1.86mm宽*4条去取代12.6mm宽*1条是否可行?
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蛤仔,
你好像把计算结果好像把mil看成了mm,20A/1OZ/20度的线宽应该是32.78mm。
一般我们会用cable线来取代PCB上的大电流走线。
用4条窄一点的trace来分摊一条大电流的想法是好的,但是你如何确保每一条trace的电流量会平均分配然后再匯流?所以,理论上可以,但实际上要多给点安全系数,不过这个就不是我的能力了。
以上仅供参考,我也不是电子背景,建议谘询电子专业人员。
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回应楼上Alex:
这里的温升是可接受电路板比环境温度高几度,假定你环境温度是30度,温升解为20度,则该线路操作在查表的电流条件下就会是30+20=50度,如果你只能接受比环境温度高10度,那你就要改去查10度温升的曲线,相对地线宽也会增加。
普通物理应该有学过物质温度越高电阻越大,那个表就是按照铜的电阻/散热条件等参数去做出来的。
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请问大大方便分享IPC 2221的规范中文版本吗
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陈小姐,
Sorry!没有你需要的文件。
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请教一下各位专家, 温升10度&20度&30度,这温升数据是怎么来的?我一直查不到这的来源,这有专家可以解释吗
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有无公式或表格用在贯孔直径?
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文中两个网站,填入铜厚、抽载电流、线长后,可以知道layout需要的trace width以及试算的Voltage Drop,很实用!想另外询问一下,假设铜厚、抽载电流、线长不变的情况下,更改trace width,是否能够减少Voltage Drop?请问是否有推荐的试算资料?感谢
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Daniel,
理论上更改增trace width应该可以减少Voltage Drop,但我不是EE背景,所以建议你找EE确认,或是自己弄个板子做个实验来验证。
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单位换算那一个栏位1mil的换算是不是漏改了呢?
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I = K△T0.44A0.75
这个公式,最后面的是0.725还是0.75?
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Kaiser,
应该是0.725
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投料时用0.5 oz或是 1.0 oz ,取决于当时layout时的内容条件!
最小(线宽/线距)(5/5 mil)以下大都多发料0.5oz去制作!
这方面很多layout工程师并不了解,5/5以下用1盎司去制作,再蚀刻后很容易造成蚀刻线路短路,所以重点还是在线宽/线距,能线距能宽一点就宽一点吧!
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188金宝搏苹果下载 您好.
请问PCB的电流负载能力为什么升温越高能力会越大?
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Alex,
如果我的认知没有错的话,应该是跟导电率有关系。
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2.0 盎司(oz) = 0.0028 英吋还是0.0034 英吋 ?
Reply
K;
2.0 盎司(oz) = 0.0028 英吋。已订正!
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狂人您好:
请问计算电流的公式里有分Internal Traces & External Traces
双面板跟单面板的话是要看Internal Traces OR External Traces
呢?
谢谢哦
无意间逛到您这,在这获得蛮多有关于工作上的知识
真是感谢您了
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JJ;
就是分内层线路(internal traces)与外层线路(External traces),四层版,第一、四层为外层,第二、三为外层。为何内、外层不一样,下面这段英文可以参考一下。
In air, the external layers have better heat transfer due to convection. A good heat insulator blankets the internal layers, so they get hotter for a given width and current. Since the Trace Width Calculator tries to control the temperature rise of the traces, it makes the internal traces wider. In vacuum, or in a potted assembly, you should use the internal layer guidelines even for the external layers.
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Hello 狂人大,
我有一个问题想要询问, 我司一般制作PCB板时, 通常都会要求成品的铜厚必须大于1盎司, 也就是35um; 然而成品铜厚大于1盎司, 其实还有分成两种情况, 第一种是投料的基板铜厚是0.5盎司, 然后利用一铜与二铜的制程, 将成品的铜厚电镀到超过1盎司; 第二种情况则是投料的基板铜厚就是1盎司, 然而因为过程中受到蚀刻, 最后再将受蚀刻的部分, 利用电镀补足!
我想询问一般对板厂制定规范时, 会特别去要求厂商必须利用多少铜厚的基材投料吗? 还是仅需要求成品的铜厚呢? 因为电镀起来的铜厚, 比较容易会有不平整的情况发生!
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文扬;
这一方便我们目前没有管控也比较不熟悉。
就我的理解铜箔不平整似乎只会影响到高频,但真的有多大影响不得而知,另外玻纤布的密合度也会影响。
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感谢你写这篇文章,帮了我一个大忙!!
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很专业的文章,学习了。正好在找这个数据。
请问博主,我可以翻译成英文的转载到我的博客上吗?(会着名中文出处)
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Jaden;
OK and please let me know your article location once you issued. By the way, I think you can find more related articles on the web by English version.
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很专业详细的文章
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谢谢,很详细,不过有一个地方有误,1mil不是2.54um
,是25.4um才对
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Justin;
谢谢提醒,已经改过来了。
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