PCB 布局中通過過孔縫合進行大電流布線

相同的一般警告規則適用于電路板設計。 大電流是設計的必要條件，但如果不適當注意PCB布局，也可能會導致一些不愉快的后果。

電源和接地必須在設計中進行管理，并正確分配給它們所連接的不同組件。 用于管理 PCB 布局中高電流的一項技術是縫合過孔，這有助于通過電路板傳遞電流的熱量和能量。 這是有關在下一個 PCB 設計中使用通孔縫合處理高電流布線的更多信息。

電路板大電流問題

許多系統在運行時會消耗大量電力，并且這些系統中的電路板需要傳導大電流。 然而，如果電路板沒有針對該電流水平正確設計，則可能會出現電氣或結構故障。 例如，電路板沒有使用足夠的金屬來通過其電源層傳導電流，并且布線可能會過熱。 如果散熱不正確，將會影響非專門設計的部件的正常工作。 最后，熱量會產生多米諾骨牌效應，越來越多的部件受到影響，最終導致電路板故障。

可能對電路板產生不利影響的高電流的另一個示例是電路板結構的物理故障。 原始電路板制造中使用的材料可以承受大量的熱量，但只能承受一定程度的熱量。 FR-4是PCB制造的標準材料，玻璃化轉變溫度（Tg）等級為130℃。 超過這一點，其固體形式將變得不穩定并可能開始融化。 然而，即使在達到此溫度之前，熱量最終也可能燒毀板上的任何薄金屬跡線，導致開路，例如保險絲熔斷。為了避免這些和其他高電流問題，有必要在 PCB 布局中仔細設計這些電路。組件之間的短而直接的電源和模擬布線。

高電流電路的電氣和熱注意事項

大電流會在電路板上產生大量噪聲，尤其是與開關電源相關的電流。 導通和關斷狀態之間的切換會產生EMI，并且EMI的強度會隨著開關上升時間的增加而增加。 雖然這個問題可以解決，但以下旨在降低噪聲的 PCB 布局技術也可以用來控制這個問題。

電源電路中的組件應放置得足夠近，以便進行短距離直接接線連接，而不違反以下可制造性設計 (DFM) 規則：

• 電源組件應全部位于板的同一側，以消除板內布線的需要。
  

• 電源的大電流元件（如電感、IC）應盡可能靠近，以實現最短的連接。
  

像這樣將組件放在一起，電源單元中的接線應該非常直接。您需要布線盡可能寬，以保持低電感并降低 EMI 的可能性。這種策略將使您能夠更好地控制電源電路中大電流的電氣和熱問題，但仍然存在將大電流路由到電路板上其他點的問題。 如此高電流布線中的熱問題將需要更多的金屬，這可能需要不止一層的布線。 在這里，在高電流布線中使用縫合過孔很有幫助。電源線用三個通孔縫合到另一層。

PCB布局中可通過過孔縫合形成大電流布線

在布線高電流電線時，最好使用盡可能多的金屬來減少熱量和電感。 然而，很多情況下，電路板上沒有足夠的空間使電源線達到所需的寬度。 解決方案是在電路板上采用多層布線。 通過將不同層上的布線和過孔縫合在一起，您將有效地將載流能力乘以單層上的載流能力。 上圖中，可以看到電路板內層的電源接線。 共有3個縫合過孔，可與相鄰層的配套布線連接。 這為電路板外層的其他布線或其他組件釋放了空間。

需要注意的是，大電流布線中會產生大量熱量。 通過將內層的多條電源線和過孔縫合在一起，您將為更多的金屬提供一種共享熱量的方式，但仍然需要進行散熱。 這可以通過散熱孔來完成，該散熱孔將熱量傳遞到電路板外層的金屬焊盤以進行冷卻。 為大電流布線提供的散熱越多，電路板的性能就越好，遭受熱損壞的可能性就越小。

在規劃設計時，我們還應該牢記目前需要考慮的其他一些布局問題：

PCB制造：如果您的電路板要在大電流下工作得非常熱，最好探索其他可以承受更高工作溫度的材料。 盡管這些材料可能更昂貴，但從長遠來看，它們可以通過避免與熱量相關的問題來節省您的錢。 您還應該與制造商合作，為高電流板開發最佳的層堆疊配置和電源平面策略。

板厚：通過增加板厚，可以增加銅的重量，從而使布線更粗。 這使您可以減少布線寬度，為布線和元件放置留出更多空間。 與任何制造問題一樣，這些更改在納入設計之前應與制造商達成一致。

自動組裝：正如我們所看到的，由于電流和電氣原因，更高的電流需要更多的金屬。 然而，與此同時，在操作過程中會散發出不必要熱量的相同金屬也可能會給 PCB 組裝帶來問題。 大面積的金屬會導致較小零件的熱不平衡，從而影響其焊接。 為了避免這種情況，在將部件直接連接到寬電線或大面積金屬時，請務必使用散熱器。

元件放置：如果可以避免，大電流、高溫的元件應放置在電路板的邊緣。 通過將更多的這些部件放置在電路板的中心，可以為電路板的自然散熱提供更多的空間。

布線高電流電纜時充分利用 PCB 設計工具

布線PCB通常需要多個布線寬度和過孔，具體取決于要布線的內容。 信號布線需要更細的布線和更小的通孔，而電源和地布線通常相反。 有時，不同的電網需要不同的寬度，具體取決于它們承載的電流水平。 為了幫助布局設計人員應對這些挑戰，PCB設計工具通常有一個約束管理系統來設置線寬和間距規則。

使用約束管理器，您可以設置高速設計拓撲和走線長度的規則。 您還可以為 PCB 組裝創建規則，以控制元件之間的間距或如何將阻焊劑應用于細間距元件。