浅谈PCB设计中电流与线宽的关系
发布时间:2022-03-21

目前由于成本的原因, PCB 面积越来越小化,这给工程师带来很大的挑战,除了考虑电路精简、合理布局、改变元件封装等外,也要考虑走线的宽度。


要弄清楚PCB的过流能力,我们首先从PCB结构下手。以双层PCB为例,这种电路板通常是三层式结构:铜箔、板材、铜箔。


铜箔也就是PCB中电流、信号要通过的路径。


首先要说一下PCB的铜箔厚度,PCB铜箔的厚度是以盎司(OZ)为单位。


盎司(OZ)是重量的单位, 国际上用单位面积的重量来控制铜皮的厚度。1OZ意思是重量1OZ的铜均匀平铺在1平方英尺(FT2)的面积上所达到的厚度,1OZ=35um=0.035mm。


一般PCB铜厚有三个尺寸,0.5OZ、1OZ和2OZ。我们常用的多层板,一般表层铜厚为1OZ,内层铜厚为0.5OZ。2OZ一般用于大电流的线路板。


PCB的载流能力主要和线宽、线厚(铜箔厚度)以及温升有关系,线宽越大,载流能力越强,允许温升越高,可以流过的电流就越大,但同时PCB使用寿命会缩短,因此一般最大温升为10℃或20℃。



国际通用PCB制作标准IPC-2221规范给出的线宽计算公式为:



其中公式中参数含义为:

1、I为容许通过的最大电流,单位为安培A。

2、0.024和0.048为修正系数,一般用K表示,内层走线,K=0.024,表层走线,K=0.048。

3、dT为最大温升,单位为摄氏度℃。

4、A为走线截面积,截面积等于铜厚乘以线宽,单位为平方mil。

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)。


通常大电流的做法有以下四种:

1)增加导线宽度。

2)在导线增加一层Solder层这样在过锡过后,这条1mm的导线就可以看做一条1.5mm~2mm导线了(导线过锡时均匀度和锡厚度)。

3)采用更厚的铜箔线路板,例如2OZ。

4) 使用铜排来走大电流。在PCB板上焊接定制铜排来走更大电流,例如30A-50A。

除了导线,过孔的导电能力也需要考虑。


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。


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45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。


DCDC的输出电容之后,一般会直接打过孔连到内层去。这里要注意打孔不可以过于密集,每个过孔之间要留足过电流的铜箔宽度。否则就会导致DCDC的输出能力是足够的,但就是送不到后面去。