PCB线宽、过孔、载流能力整理

看了一些文章,做个简单的整理。

源文章:
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1074765-1-1.html
http://blog.sina.com.cn/s/blog_155903a570102yh0p.html

建议:

电流在5A以内,通过计算和较宽的走线设计,可以满足要求。电流在10A以上,计算结果以及比较难以满足载流能力的需求了,何况还有电压跌落问题,所以强烈建议通过DC的仿真来设计。

1安培电流所需的外层铜皮宽度也就是15~20mil左右,行业里普遍认为的40mil有点过设计了但重点是,当电流是5安培的时候,可能需要250mil左右的铜皮宽度,并不是20mil的5倍当电流是10安培的时候,可能需要800mil的铜皮宽度。

PCB线宽与载流能力

载流能力计算:

PCB线宽、过孔、载流能力整理
先由I、K、T导出A,再由A、d导出W(单位为mil)。常用PCB的覆铜厚度d=1.378mil,加厚的可查表或咨询厂家得到,温升T取10摄氏度。
增加PCB载流能力的措施:PCB尽量用覆铜较厚的(盎司值较高)、开窗镀锡、尽量宽的布线、双面甚至多面布线(要用灌锡的多个通孔连接)、加焊铜线、铜条等。

一般经验:

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。

过孔与载流能力

下面总结一下过孔的载流能力,常规情况下镀铜厚度IPC2级或者IPC3级标准一般为0.8mil(约20um)到1mil(约25um),而对于一些HDI板,因为盲孔不易电镀同时为了细线制作的问题,会适度的降低对孔铜厚度的要求,因此也有极限孔铜厚度10um左右。通过Saturn PCB Design Toolkit(一个仿真工具,可计算PCB常用的参数数据,如过孔的寄生电容、电感,导线载流能力,相互耦合信号线间的串扰等)仿真约20um孔铜厚度的过孔时得到如下数据:
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12mil的孔径可以安全承载1.2A左右电流,比行业里普遍认可的0.5A要宽松(为保证安全建议还是按照12mil走0.5A电流设计);更大的16mil、20mil甚至24mil的孔径,在载流上优势并不明显,这说明孔径大小与载流能力并不是线性增加的。

20A电流,打了20个12mil过孔,按照每个孔承载1.2A来计算,感觉非常安全。但是实际上电流并没有你想象的听话,并不是在20个过孔里面平均分配的。有些过孔走了2.4A的电流,有些才200mA。当然,这个设计可能最终并不会有太大风险。因为12mil的过孔在温升30度的时候是可以承载2A以上电流的。但是,如果不均匀性进一步放大呢?这个是和你电流的通道,过孔的分布、数量都有关系的,万一某个过孔走了3A甚至4A的电流呢?并且这时候你打25个或者30个过孔,只要没有在电流的关键位置,提供的帮助并不会很大。原因就还是那句话:电流没有你想象的听话,总是走最近,电阻最小的通道,并不是每个过孔都是走平均的电流,而是最近的,线路最短的过孔电流最大,太小的话,过孔会过载。
需要注意的是当过孔打在大电流电源回路上时,适当增加过孔的数量可以提高回路载流能力,也有利于散热;但是过孔打在信号线上时,太多的过孔有可能产生更多的EMI,所以信号线上要严格控制过孔数量。