线宽、PCB铜厚与通过电流的关系
线宽、PCB铜厚与通过电流的关系
在PCB设计中，线宽、铜厚与电流承载能力之间的关系是至关重要的设计参数。本文将深入探讨这三个要素之间的相互作用，帮助工程师在设计过程中做出更合理的决策。
PCB 走线是电路板导电平面上从一点到另一点的金属线。走线宽度是指 PCB 上使用的铜轨道的宽度，也称为 PCB 走线的线宽。其单位为 mil，即千分之一英寸或毫米。走线宽度决定了走线能够传导的电流量，而不会过热或产生高压降。在这里，我们将了解线宽、PCB铜厚、通过的电流.
线宽与电流之间的依赖关系
更宽的走线可承载更多电流：在厚铜厚度的 PCB 中，走线越宽，它能处理的电流量就越大。这是因为较宽的走线具有较大的横截面积，因此对电流流动的阻力较小。具体而言，较低的电阻意味着在任何给定的导体路径中，由于电流流动的便利性和较小的电阻，当电流流入或流过走线时，产生热量变得更加容易。
窄线迹和增大阻力：较窄的走线具有较高的电阻。因此，发热会成为一个严重的问题，尤其是当大电流通过时。这会导致走线温度升高，并可能导致 PCB 故障或损坏。
经验公式和标准
PCB 设计师采用经验设计方程和指导原则（如 IPC-2221 标准）来规定给定电流水平内要使用的铜线宽度。在 IPC-2221 中，有关于计算 PID（PCB 内径）和所需线宽的建议，参考线中的电流量、最大允许温升以及线在 PCB 内层或外层的位置。
示例计算
例如，根据 IPC-2221，可以使用以下公式计算给定电流 (I) 所需的走线宽度 (W)：
W=k×（Tr）0.44I
地点：
I=电流，单位为安培（A）
k = 常数（取决于走线位于外部层还是内部层）
Tr = 允许温升（摄氏度）
PCB铜厚度与电流容量的关系
PCB 铜厚度是给定 PCB 的铜层厚度。如缩写所示，它是指给定 PCB 中的铜层厚度。它通常以盎司每平方英尺 (oz/ft²) 为单位量化，相当于 35 微米 (µm)。
标准 PCB 铜厚度
- 1 盎司/平方英尺：目前大多数 PCB 使用的铜厚度，相当于 35µm。
- 2 盎司/平方英尺：它适用于高电流应用，相关厚度为 0 毫米。
- 5 oz/ft²: 适用于细间距、低电流，薄尺寸为17 µm。
散热和温升是热传导中的关键问题，也是工程设计和材料科学应用中的主要关注点。PCB 走线的热导率取决于走线的 PCB 板铜厚度。增加厚铜厚度 PCB 中铜的横截面积有助于最大限度地降低温升，从而减少热量，从而有助于保护电路。走线的温度变化是定义电流承载能力的最敏感参数之一，因为过高的温度会影响 PCB 材料，降低粘合性，甚至导致分层或故障。
根据 PCB 铜厚度估算当前产能
以下经验公式可根据 PCB 铜厚度计算 PCB 走线的载流能力。例如：可以使用以下关系计算走线的载流能力 (I)：
我=（k×W×T）1.51
地点：
- I=电流，单位为安培（A）
- k=基于 PCB 材料和环境的经验常数
- W= 走线宽度（单位：mils 或 mm）
- T = PCB 板铜厚度（单位：mils 或 µm）
该公式描述了通过延长线迹宽度或 PCB 铜厚度的事实。
用于构建走线时，特定走线的载流能力将会上升。
线宽与PCB铜厚、电流的关系
InPCB设计，线宽和 PCB 铜厚度与走线需要传输的电流之间的关系始终令人困惑。这些参数相互关联且相互影响，这是因为要实现高效可靠的设计，总是需要更改其他参数。
宽走线，厚铜：总之，它非常适合电力分配和大电流通道。截面形成宽阔的形状并降低电阻，同时厚铜 PCB 板可提高散热和电流密度。
采用薄铜线实现窄走线：这适用于低电流数字电路中的信号走线，因为其中空间比电流处理能力更重要。
散热考虑
当电流通过走线时，由于走线的电阻，它会传导热量。同样，耗散的功率是电流的平方，与电阻成正比，这一事实用数学形式表示为：
P = I²R
更宽更厚的走线可减少热量的产生：这导致电阻的减少和通过增加厚的走线宽度而产生的热量的减少铜PCB板。这有助于使电路在较低温度下运行。在大电流设计中，还可以使用带有热通孔、散热器和热垫的电源层，并增加走线宽度和 PCB 板铜厚度。
电压降考虑因素
受线宽、PCB 铜厚度和电流影响的另一个重要参数是走线两端的电压降。走线两端的电压降 (V) 可利用欧姆定律计算：
电压=电流×电阻
地点：
- V = 电压降，单位为伏特（V）
- I= 电流，单位为安培（A）
- R=走线电阻，单位为欧姆（Ω）
走线的电阻 (R) 与走线宽度和 PCB 铜厚度成反比，如下所示：
R=ρ×L/ W×T
其中：
- ρ = 铜的电阻率（约1.68 µΩcm）
- L= 迹线长度（厘米）
- W = 迹线宽度（厘米）
- T = PCB 铜厚度（厘米）
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