PCB載流能力的計(jì)算一直缺乏權(quán)威的技術(shù)方法、公式，經(jīng)驗(yàn)豐富CAD工程師依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)?zāi)茏鞒鲚^準(zhǔn)確的判斷。但是對(duì)于CAD新手，不可謂遇上一道難題。

 

PCB的載流能力取決與以下因素：線寬、線厚（銅箔厚度）、容許溫升。大家都知道，PCB走線越寬，載流能力越大。假設(shè)在同等條件下，10MIL的走線能承受1A，那么50MIL的走線能承受多大電流，是5A嗎？答案自然是否定的。請(qǐng)看以下來(lái)來(lái)自國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)：

 

供的數(shù)據(jù)：

 

線寬的單位是：Inch（1inch=2.54cm=25.4mm）

 

數(shù)據(jù)來(lái)源：MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment

 

PCB電流與線寬

 

 

在了解PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系之前先讓我們了解一下PCB 敷銅厚度的單位盎司、英寸和毫米之間的換算："在很多數(shù)據(jù)表中，PCB 的敷銅厚度常常用盎司做單位，它與英寸和毫米的轉(zhuǎn)換關(guān)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）

 

盎司是重量單位，之所以可以轉(zhuǎn)化為毫米是因?yàn)閜cb的敷銅厚度是盎司/平方英寸"

 

PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系表

 

 

也可以使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:0.15×線寬(W)=A

 

以上數(shù)據(jù)均為溫度在25℃下的線路電流承載值.

 

導(dǎo)線阻抗:0.0005×L/W(線長(zhǎng)/線寬)

 

另外，導(dǎo)線的電流承載值與導(dǎo)線線的過(guò)孔數(shù)量焊盤(pán)的關(guān)系

 

導(dǎo)線的電流承載值與導(dǎo)線線的過(guò)孔數(shù)量焊盤(pán)存在的直接關(guān)系（目前沒(méi)有找到焊盤(pán)和過(guò)孔孔徑每平方毫米對(duì)線路的承載值影響的計(jì)算公式，有心的朋友可以自己去找一下，個(gè)人也不是太清楚，不在說(shuō)明）這里只做一下簡(jiǎn)單的一些影響到線路電流承載值的主要因素。

 

1、在表格數(shù)據(jù)中所列出的承載值是在常溫25度下的最大能夠承受的電流承載值，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中還要考慮各種環(huán)境、制造工藝、板材工藝、板材質(zhì)量等等各種因素。所以表格提供只是做為一種參考值。

 

2、在實(shí)際設(shè)計(jì)中，每條導(dǎo)線還會(huì)受到焊盤(pán)和過(guò)孔的影響，如焊盤(pán)教多的線段，在過(guò)錫后，焊盤(pán)那段它的電流承載值就會(huì)大大增加了，可能很多人都有看過(guò)一些大電流板中焊盤(pán)與焊盤(pán)之間某段線路被燒毀，這個(gè)原因很簡(jiǎn)單，焊盤(pán)因?yàn)檫^(guò)錫完后因?yàn)橛性_和焊錫增強(qiáng)了其那段導(dǎo)線的電流承載值，而焊盤(pán)與焊盤(pán)之間的焊盤(pán)它的最大電流承載值也就為導(dǎo)線寬度允許最大的電流承載值。因此在電路瞬間波動(dòng)的時(shí)候，就很容易燒斷焊盤(pán)與焊盤(pán)之間那一段線路，解決方法：增加導(dǎo)線寬度，如板不能允許增加導(dǎo)線寬度，在導(dǎo)線增加一層Solder層（一般1毫米的導(dǎo)線上可以增加一條0.6左右的Solder層的導(dǎo)線，當(dāng)然你也增加一條1mm的Solder層導(dǎo)線）這樣在過(guò)錫過(guò)后，這條1mm的導(dǎo)線就可以看做一條1.5mm~2mm導(dǎo)線了（視導(dǎo)線過(guò)錫時(shí)錫的均勻度和錫量），如下圖：

 

 

像此類(lèi)處理方法對(duì)于那些從事小家電PCB Layout的朋友并不陌生，因此如果過(guò)錫量夠均勻也錫量也夠多的話，這條1mm導(dǎo)線就不止可以看做一條2mm的的導(dǎo)線了。而這點(diǎn)在單面大電流板中有為重要。

 

3、圖中焊盤(pán)周?chē)幚矸椒ㄍ瑯邮窃黾訉?dǎo)線與焊盤(pán)電流承載能力均勻度，這個(gè)特別在大電流粗引腳的板中（引腳大于1.2以上，焊盤(pán)在3以上的）這樣處理是十分重要的。因?yàn)槿绻副P(pán)在3mm以上管腳又在1.2以上，它在過(guò)錫后，這一點(diǎn)焊盤(pán)的電流就會(huì)增加好幾十倍，如果在大電流瞬間發(fā)生很大波動(dòng)時(shí)，這整條線路電流承載能力就會(huì)十分的不均勻（特別焊盤(pán)多的時(shí)候），仍然很容易造成焊盤(pán)與焊盤(pán)之間的線路燒斷的可能性。圖中那樣處理可以有效分散單個(gè)焊盤(pán)與周邊線路電流承載值的均勻度。

 

最后再次說(shuō)明：電流承載值數(shù)據(jù)表只是一個(gè)絕對(duì)參考數(shù)值，在不做大電流設(shè)計(jì)時(shí)，按表中所提供的數(shù)據(jù)再增加10%量就絕對(duì)可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。而在一般單面板設(shè)計(jì)中，以銅厚35um，基本可以于1比1的比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是1A的電流可以以1mm的導(dǎo)線來(lái)設(shè)計(jì)，也就能夠滿(mǎn)足要求了（以溫度105度計(jì)算）。

 

 

信號(hào)的電流強(qiáng)度。當(dāng)信號(hào)的平均電流較大時(shí)，應(yīng)考慮布線寬度所能承載的的電流，線寬可參考以下數(shù)據(jù)：

 

PCB設(shè)計(jì)時(shí)銅箔厚度,走線寬度和電流的關(guān)系

 

不同厚度，不同寬度的銅箔的載流量見(jiàn)下表:

 

 

注：

 

i. 用銅皮作導(dǎo)線通過(guò)大電流時(shí)，銅箔寬度的載流量應(yīng)參考表中的數(shù)值降額50%去選擇考慮。

 

ii. 在PCB設(shè)計(jì)加工中，常用OZ（盎司）作為銅皮厚度的單位，1 OZ銅厚的定義為1 平方英尺面積內(nèi)銅箔的重量為一盎，對(duì)應(yīng)的物理厚度為35um；2OZ銅厚為70um。

 

 

 

（b）導(dǎo)線厚度35μm（c）導(dǎo)線厚度70μm（d）導(dǎo)線厚度105μm

 

 

依次填入Location (External/Internal)導(dǎo)線在表面還是在FR-4板內(nèi)部、Temp 溫度(Degree C)、Width線寬（Mil）、Thickness厚度（Oz/Mil）,再點(diǎn)Solve即可求出通過(guò)的電流，也可以知道通過(guò)的電流，求線寬。非常方便。

 

 

可以看到同第一種方法的結(jié)果差不多（20攝氏度，10mil線寬，也就是0.010inch線寬，銅箔厚度為1 Oz）

 

軟件下載：rar

 

http://space.ednchina.com/Upload/Blog/2008/6/15/f98b2136-cda3-42db-8ac1-9d30e96b9e56.pdf

 

 

I=KT0.44A0.75

 

(K為修正系數(shù),一般覆銅線在內(nèi)層時(shí)取0.024,在外層時(shí)取0.048

 

T為最大溫升,單位為攝氏度(銅的熔點(diǎn)是1060℃)

 

A為覆銅截面積,單位為平方MIL(不是毫米mm,注意是square mil.)

 

I為容許的最大電流,單位為安培(amp)

 

一般 10mil=0.010inch=0.254可為 1A,250MIL=6.35mm, 為 8.3A

 

 

先計(jì)算track的截面積，大部分pcb的銅箔厚度為35um（不確定的話可以問(wèn)pcb廠家）它乘上線寬就是截面積，注意換算成平方毫米。 有一個(gè)電流密度經(jīng)驗(yàn)值，為15~25安培/平方毫米。把它稱(chēng)上截面積就得到通流容量。

 

 

我們?cè)诋?huà)PCB時(shí)一般都有一個(gè)常識(shí)，即走大電流的地方用粗線（比如50mil，甚至以上），小電流的信號(hào)可以用細(xì)線（比如10mil）。對(duì)于某些機(jī)電控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有時(shí)候走線里流過(guò)的瞬間電流能夠達(dá)到100A以上，這樣的話比較細(xì)的線就肯定會(huì)出問(wèn)題。

 

一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)值是：10A/平方mm，即橫截面積為1平方毫米的走線能安全通過(guò)的電流值為10A。如果線寬太細(xì)的話，在大電流通過(guò)時(shí)走線就會(huì)燒毀。當(dāng)然電流燒毀走線也要遵循能量公式：Q＝I*I*t，比如對(duì)于一個(gè)有10A電流的走線來(lái)說(shuō)，突然出現(xiàn)一個(gè)100A的電流毛刺，持續(xù)時(shí)間為us級(jí)，那么30mil的導(dǎo)線是肯定能夠承受住的。（這時(shí)又會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)問(wèn)題??導(dǎo)線的雜散電感，這個(gè)毛刺將會(huì)在這個(gè)電感的作用下產(chǎn)生很強(qiáng)的反向電動(dòng)勢(shì)，從而有可能損壞其他器件。越細(xì)越長(zhǎng)的導(dǎo)線雜散電感越大，所以實(shí)際中還要綜合導(dǎo)線的長(zhǎng)度進(jìn)行考慮）

 

一般的PCB繪制軟件對(duì)器件引腳的過(guò)孔焊盤(pán)鋪銅時(shí)往往有幾種選項(xiàng)：直角輻條，45度角輻條，直鋪。他們有何區(qū)別呢？新手往往不太在意，隨便選一種，美觀就行了。其實(shí)不然。主要有兩點(diǎn)考慮：一是要考慮不能散熱太快，二是要考慮過(guò)電流能力。

 

使用直鋪的方式特點(diǎn)是焊盤(pán)的過(guò)電流能力很強(qiáng)，對(duì)于大功率回路上的器件引腳一定要使用這種方式。同時(shí)它的導(dǎo)熱性能也很強(qiáng)，雖然工作起來(lái)對(duì)器件散熱有好處，但是這對(duì)于電路板焊接人員卻是個(gè)難題，因?yàn)楹副P(pán)散熱太快不容易掛錫，常常需要使用更大瓦數(shù)的烙鐵和更高的焊接溫度，降低了生產(chǎn)效率。使用直角輻條和45角輻條會(huì)減少引腳與銅箔的接觸面積，散熱慢，焊起來(lái)也就容易多了。所以選擇過(guò)孔焊盤(pán)鋪銅的連接方式要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，綜合過(guò)電流能力和散熱能力一起考慮，小功率的信號(hào)線就不要使用直鋪了，而對(duì)于通過(guò)大電流的焊盤(pán)則一定要直鋪。至于直角還是45度角就看美觀了。

 

為什么提起這個(gè)來(lái)了呢？因?yàn)榍耙魂囈恢痹谘芯恳豢铍姍C(jī)驅(qū)動(dòng)器，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器中H橋的器件老是燒毀，四五年了都找不到原因。在一番辛苦之后終于發(fā)現(xiàn)：原來(lái)是功率回路中一處器件的焊盤(pán)在鋪銅時(shí)使用了直角輻條的鋪銅方式（而且由于鋪銅畫(huà)的不好，實(shí)際只出現(xiàn)了兩個(gè)輻條）。這使得整個(gè)功率回路的過(guò)電流能力大打折扣。雖然產(chǎn)品在正常使用過(guò)程沒(méi)有任何問(wèn)題，工作在10A電流的情況下完全正常。但是，當(dāng)H橋出現(xiàn)短路時(shí)，該回路上會(huì)出現(xiàn)100A左右的電流，這兩根輻條瞬時(shí)就燒斷了（uS級(jí)）。然后呢，功率回路變成了斷路，儲(chǔ)藏在電機(jī)上的能量沒(méi)有瀉放通道就通過(guò)一切可能的途徑散發(fā)出去，這股能量會(huì)燒毀測(cè)流電阻及相關(guān)的運(yùn)放器件，擊毀橋路控制芯片，并竄入數(shù)字電路部分的信號(hào)與電源中，造成整個(gè)設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p毀。整個(gè)過(guò)程就像用一根頭發(fā)絲引爆了一個(gè)大地雷一樣驚心動(dòng)魄。

 

那么,為什么在功率回路中的焊盤(pán)上只使用了兩個(gè)輻條呢？為什么不讓銅箔直鋪過(guò)去呢？因?yàn)?，生產(chǎn)部門(mén)的人員說(shuō)那樣的話這個(gè)引腳太難焊了！

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