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关于 PCB 线宽和电流的经验公式,关系表和软件网上都很多,本文把 网上的整理了一下,旨在给广大工程师(当然包括自己啦 )在设计 P CB 板的时候提供方便。 PCB 设计铜铂厚度、线宽和电流关系 以下总结了网上八种电流与线宽的关系公式,表和计算公式,虽然各不 相同(大体相近),但大家可以在实际的 PCB板设计中,综合考虑 PCB 板的大小,通过电流,选择一个合适的线宽。 一、 PCB 电流与线宽 PCB载流能力的计算一直缺乏权威的技术方法、公式,经验丰富 CAD工程师 依靠个人经验能作出较准确的判断。但是 对于 CAD新手,不可谓遇上一道难题。 PCB的载流能力取决与以下因素:线宽、线厚(铜箔厚度)、容许温升。大 家都知道, PCB走线越宽,载流能力越大。假设在同等条件下, 10MIL 的走线能 承受 1A,那么 50MIL 的走线能承受多大电流,是 5A吗?答案自然是否定的。请 看以下来来自国际权威机构提供的数据: 供的数据: 线宽的单位是: Inch( 1inch=2.54cm=25.4mm) 数据来源: MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment 二、 PCB 设计铜铂厚度、线宽和电流关系 在了解 PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系之前先让我们了解一下 PCB 敷 铜厚度的单位盎司、英寸和毫米之间的换算: 在很多数据表中, PCB 的敷铜厚 度常常用盎司做单位,它与英寸和毫米的转换关系如下: 1 盎司 = 0.0014 英寸 = 0.0356 毫米( mm) 2 盎司 = 0.0028 英寸 = 0.0712 毫米( mm) 盎司是重量单位,之所以可以转化为毫米是因为 pcb的敷铜厚度是盎司 /平方英 寸 PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表 也可以使用经验公式计算 :0.15线宽 (W)=A 以上数据均为温度在 25 下的线路电流承载值 . 导线阻抗 :0.0005 L/W(线长 /线宽 ) 电流承载值与线路上元器件数量 /焊盘以及过孔都直接关系 另外 导线的电流承载值与导线线的过孔数量焊盘的关系 导线的电流承载值与导线线的过孔数量焊盘存在的直接关系(目前没有找到 焊盘和过孔孔径每平方毫米对线路的承载值影响的计算公式,有心的朋友可以自 己去找一下,个人也不是太清楚,不在说明)这里只做一下简单的一些影响到线 路电流承载值的主要因素。 1、在表格数据中所列出的承载值是在常温 25 度下的最大能够承受的电流承载值, 因此在实际设计中还要考虑各种环境、制造工艺、板材工艺、板材质量等等各种 因素。所以表格提供只是做为一种参考值。 2、在实际设计中,每条导线还会受到焊盘和过孔的影响,如焊盘教多的线段, 在过锡后,焊盘那段它的电流承载值就会大大增加了,可能很多人都有看过一些 大电流板中焊盘与焊盘之间某段线路被烧毁,这个原因很简单,焊盘因为过锡完 后因为有元件脚和焊锡增强了其那段导线的电流承载值,而焊盘与焊盘之间的焊 盘它的最大电流承载值也就为导线宽度允许最大的电流承载值。因此在电路瞬间 波动的时候,就很容易烧断焊盘与焊盘之间那一段线路,解决方法:增加导线宽 度,如板不能允许增加导线宽度,在导线增加一层 Solder层(一般 1毫米的导 线上可以增加一条 0.6左右的 Solder层的导线,当然你也增加一条 1mm的 Sold er层导线)这样在过锡过后,这条 1mm的导线就可以看做一条 1.5mm2mm导线 了(视导线过锡时锡的均匀度和锡量),如下图: 像此类处理方法对于那些从事小家电 PCB Layout 的朋友并不陌生,因此如果过 锡量够均匀也锡量也够多的话,这条 1mm导线就不止可以看做一条 2mm 的的导线 了。而这点在单面大电流板中有为重要。 3、图中焊盘周围处理方法同样是增加导线与焊盘电流承载能力均匀度,这个特 别在大电流粗引脚的板中(引脚大于 1.2以上,焊盘在 3以上的)这样处理是十 分重要的。因为如果焊盘在 3mm以上管脚又在 1.2以上,它在过锡后,这一点焊 盘的电流就会增加好几十倍,如果在大电流瞬间发生很大波动时,这整条线路电 流承载能力就会十分的不均匀(特别焊盘多的时候),仍然 很容易造成焊盘与焊 盘之间的线路烧断的可能性。图中那样处理可以有效分散单个焊盘与周边线路电 流承载值的均匀度。 最后再次说明: 电流承载值数据表只是一个绝对参考数值,在不做大电流设计时, 按表中所提供的数据再增加 10%量就绝对可以满足设计要求。而在一般单面板设 计中,以铜厚 35um,基本可以于 1比 1的比例进行设计,也就是 1A 的电流可以 以 1mm的导线来设计,也就能够满足要求了(以温度 105度计算)。 三、 PCB 设计时铜箔厚度 ,走线宽度和电流的关系 信号的电流强度。当信号的平均电流较大时,应 考虑布线宽度所能承载的的电流,线宽可参考以下数 据: PCB 设计时铜箔厚度 ,走线宽度和电流的关系 不同厚度,不同宽度的铜箔的载流量见下表 : 注: i. 用铜皮作导线通过大电流时,铜箔宽度的载流量应参考表中的数值降额 50%去选择考虑。 ii. 在 PCB设计加工中,常用 OZ(盎司)作为铜皮厚度的单位, 1 OZ铜厚 的定义为 1 平方英尺面积内铜箔的重量为一盎,对应的物理厚度为 35u m; 2OZ铜厚为 70um。 摘自:华为 PCB 布线规范内部资料 P10 四、如何确定大电流导线线宽 五 利用 PCB 的温度阻抗计算软件计算(计算线宽,电流, 阻抗等) PCBTEMP 依次填入 Location (External/Internal)导线在表面还是在 FR-4 板内部、 Temp 温度 (Degree C)、 Width线宽( Mil)、 Thickness厚度( Oz/Mil) ,再点 S olve 即可求出通过的电流,也可以知道通过的电流,求线宽。非常方便。 可以看到同第一种方法的结果差不多( 20摄氏度, 10mil线宽,也就是 0.010in ch线宽,铜箔厚度为 1 Oz) 这个应该根据 IPC-D-275标准计算得到的。关于 IPC-D-275: 1998年, IPC-D-275改编为 IPC-2221印制板设计通用标准及 IPC-2222 刚性有机印制板设计分标准。 参考: IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design 印制板设计通用标准 下载: http:/www.victronics.cl/Inf_tecnica/Notas%20de%20aplicacion/PCBs/IPC-2221(L).pdf IPC-2222 Sectional Standard on Rigid Organic Printed Boards 刚性有机印制板设计分标准 六 经验公式 I=KT0.44A0.75 (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 为最大温升 ,单位为摄氏度 (铜的熔点是 1060 ) A 为覆铜截面积 ,单位为平方 MIL(不是毫米 mm,注意是 square mil.) I 为容许的最大电流 ,单位为安培 (amp) 一般 10mil=0.010inch=0.254 可为 1A,250MIL=6.35mm, 为 8.3A 七、某网友提供的计算方法如下 先计算 track的截面积,大部分 pcb的铜箔厚度为 35um(不确定的话可以 问 pcb厂家)它乘上线宽就是截面积,注意换算成平方毫米。 有一个电流密度 经验值,为 1525安培 /平方毫米。把它称上截面积就得到通流容量。 八 关于线宽与过孔铺铜的一点经验 我们在画 PCB时一般都有一个常识,即走大电流的地方用粗线(比如 50mil, 甚至以上),小电流的信号可以用细线(比如 10mil)。对于某些机电控制系统 来说,有时候走线里流过的瞬间电流能够达到 100A以上,这样的话比较细的线 就肯定会出问题。 一个基本的经验值是: 10A/平方 mm,即横截面积为 1平方毫米的走线能安 全通过的电流值为 10A。 如果线宽太细的话,在大电流通过时走线就会烧毁。当 然电流烧毁走线也要遵循能量公式: Q I*I*t,比如对于一个有 10A 电流的走线 来说,突然出现一个 100A的电流毛刺,持续时间为 us级,那 么 30mil 的导线是 肯定能够承受住的。(这时又会出现另外一个问题 ?导线的杂散电感,这个毛刺 将会在这个电感的作用下产生很强的反向电动势,从而有可能损坏其他器件。越 细越长的导线杂散电感越大,所以实际中还要综合导线的长度进行考虑) 一般的 PCB绘制软件对器件引脚的过孔焊盘铺铜时往往有几种选项:直角辐 条, 45度角辐条,直铺。他们有何区别呢?新手往往不太在意,随便选一种, 美观就行了。其实不然。主要有两点考虑:一是要考虑不能散热太快,二是要考 虑过电流能力。 使用直铺的方式特点是焊盘的过电流 能力很强,对于大功率回路上的器件引脚一 定要使用这种方式。同时它的导热性能也很强,虽然工作起来对器件散热有好处, 但是这对于电路板焊接人员却是个难题,因为焊盘散热太快不容易挂锡,常常需 要使用更大瓦数的烙铁和更高的焊接温度,降低了生产效率。使用直角辐条和 4 5角辐条会减少引脚与铜箔的接触面积,散热慢,焊起来也就容易多了。所以选 择过孔焊盘铺铜的连接方式要根据应用场合,综合过电流能力和散热能力一起考 虑,小功率的信号线就不要使用直铺了,而对于通过大电流的焊盘则一定要直铺。 至于直角还是 45度角就看美观了。 为什么提起这个来了呢?因为前一阵一直在研究一款电机驱动器,这个驱动器中 H桥的器件老是烧毁,四五年了都找不到原因。在一番辛苦之后终于发现:原来 是功率回路中一处器件的焊盘在铺铜时使用了直角辐条的铺铜方式(而且由于铺 铜画的不好,实际只出现了两个辐条)。这使得整个功率回路的过电流能力大打 折扣。虽然产品在正常使用过程没有任何问题,工作在 10A电流的情况下完全正 常。但是,当 H桥出现短路时,该回路上会出现 100A左右的电流,这两根辐条 瞬时就烧断了( uS 级)。然后呢,功率回路变成了断路,储藏在电机上的能量 没有泻放通道就通过一切可能的途径散发出去,这股能量会烧毁测流电阻及相关 的运放器件,击毁桥路控制芯片,并窜入数字电路部分的信号与电源中,造成整 个设备的严重损毁。整个过程就像用一根头发丝引爆了一个大地雷一样惊心动魄。 那么 ,为什么在功率回路中的焊盘上只使用了两个辐条呢?为什么不让铜箔直铺 过去呢?因为,生产部门的人员说那样的话这个引脚太难焊了!设计者正是听了 生产人员的话,所以才 .
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