PCB走線電流容量在PCB設計中的作用

當涉及PCB設計時，PCB布線電流容量的限制非常重要。 盡管 IPC-2221 通用設計指南是一個很好的起點，但 PCB 布線寬度計算器提供了可用于電路板設計的準確值。

PCB上布線的電流容量由布線寬度、布線厚度、所需的最高溫升、布線是在內層還是外層、是否有阻焊劑覆蓋等參數決定。

在本文中，我們將討論：

1. PCB布線寬度
   

2. PCB布線的載流能力
   

3. 大電流PCB
   

4. 高電流 PCB 布局指南
   

5. 大電流PCB設計技巧
   

6. PCB布線寬度計算器
   

7. PCB布線寬度是多少？
   

PCB布線或PCB布線是PCB板上的銅導體，可以在PCB表面傳導信號。 蝕刻后留下的就是銅箔的平坦狹窄部分。 流經銅跡線的電流會產生大量熱量。 正確校準 PCB 布線寬度和厚度有助于最大限度地減少電路板上的熱量積聚。 走線越寬，電流阻抗越低，熱量積累越少。 如下圖所示，PCB走線寬度是走線的水平尺寸，厚度是走線的垂直尺寸。

PCB布線結構

PCB開發總是從默認的布線寬度開始。 然而，這種默認布線寬度并不總是適合所需的 PCB。 這是因為需要考慮走線的載流能力來確定走線寬度。

在確定正確的布線寬度時，需要考慮以下幾個因素：

• 銅層厚度 – 銅層厚度是 PCB 上的實際布線厚度。 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）
  

• 導線截面積 – PCB 上的功率要求越高，則需要更大的導線截面積。 這與線寬成正比。
  

• 走線位置 – 底層或頂層或內層

  
  

如何設計大電流 PCB？

數字、射頻和功率電路主要處理或傳輸低功率信號。 這些應用的銅重量為 1-2 盎司，載流電流為 mA 至 1A 或 2A。 在某些應用中，例如電機控制，需要高達 50A 的電流，這將需要 PCB 上更大的銅重量和布線寬度。

針對大電流需求的常規設計方法是加寬銅線，并將線的厚度增加到2oz。 這將增加電路板上的空間要求和電路板上的層數。

高電流 PCB 布局指南

這些是設計和制造高電流 PCB 的指南：

• 保持大電流接線短
  

• 較長的電纜具有較高的電阻值，并且還承載較高的電流，從而導致較高的功率損耗。 由于功率損耗產生的熱量，電路板的壽命會縮短。 因此，保持承載大電流的布線盡可能短是非常重要的。
  

• 計算適當溫升下的布線寬度
  

• 走線寬度是電阻和流過它的電流以及允許溫升等變量的函數。 通常情況下，環境溫度高于25℃時，允許溫升10℃。如果板材的材料和設計允許，溫度甚至可以升高20℃。
  

將敏感部件與熱隔離

一些電子元件，例如電壓基準、模數轉換器和運算放大器，對溫度變化很敏感。 當這些組件被加熱時，它們的信號可能會發生變化。

眾所周知，大電流板會發熱，因此上述部件需要與熱點進行一定程度的熱隔離。 您可以通過在板上打孔并提供散熱器來做到這一點。

去除阻焊層

為了增加布線的電流容量，您可以去除阻焊層，從而暴露下面的銅。 然后，您可以在電線上添加額外的焊料，這會增加電線的厚度并降低電阻。 這將允許更多的電流流過導線，而無需增加導線寬度或額外的銅厚度。

在高電流元件處使用多邊形澆注

現場可編程門陣列（FPGA）和處理器采用球柵陣列（BGA）和線柵陣列（LGA）封裝，需要大電流。 為了實現高電流，您可以將方形多邊形直接倒在芯片下方，然后拉下通孔并將它們連接起來。 然后，您可以將多邊形澆筑鏈接到較厚的電源線路或電源平面。

將內層用于高電流路徑

如果PCB外層沒有足夠的空間放置較粗的走線，可以在內層填充。 接下來，您可以使用過孔鏈接到外層中存在的高電流器件。

添加銅條以獲得非常高的電流

對于電動汽車和電流超過100A的大功率逆變器，銅線可能不是傳輸電力和信號的最佳方法。 在這種情況下，您可以使用可焊接到 PCB 焊盤的銅母線。 銅母排比接線粗得多，可以根據需要承載大電流，而不會出現任何發熱問題。

在承受大電流的多層板上采用過孔拼接方式進行多重布線

當單層走線無法承載所需電流時，可以將走線進行多層走線，并通過將各層縫合在一起來處理。 當兩層布線的厚度相同時，這將增加載流量。

什么是PCB布線寬度計算器？

走線寬度取決于很多因素，例如銅層厚度、走線的走線位置長度等，因此很難手動計算出準確的值。 這就是為什么大多數 PCB 制造商提供計算布線寬度的工具。 PCB布線寬度計算器是一種將上述所有因素考慮在內的工具，可以為所需的布線寬度提供準確的值。

根據IPC-2221 PCB設計通用標準，PCB布線限流又可分為內導體和外導體。

在確定接線的電流容量時，有許多復雜的因素在起作用。 然而，PCB 設計人員可以依靠導線厚度計算器的可靠性來幫助有效地設計其電路板。 在設計可靠且高性能的 PCB 時，可能需要很長時間才能正確設置布線寬度及其載流能力。

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