高压设计的PCB设计走線(xiàn)

2020-09-01

铜是一种具有(yǒu)高熔点的强导體(tǐ)，但您仍应尽力保持低温。在这里，您需要适当调整走線(xiàn)宽度的大小(xiǎo)，以将温度保持在一定范围内。但是，这是您需要考虑给定走線(xiàn)中流动的電(diàn)流的地方。当使用(yòng)電(diàn)源轨，高压组件以及電(diàn)路板的其他(tā)对热敏感的部分(fēn)时，可(kě)以通过PCB走線(xiàn)宽度与電(diàn)流表的关系来确定布局中需要使用(yòng)的走線(xiàn)宽度。

大多(duō)数表格的一个问题是，它们不能(néng)解决受控阻抗路由问题。您已经确定了走線(xiàn)的大小(xiǎo)以便控制阻抗，仅通过查看表就很(hěn)难确定温度上升，并且您必须使用(yòng)计算器。但是，一种替代方法是使用(yòng)IPC 2152诺模图检查電(diàn)流-温度关系是否在受控阻抗曲線(xiàn)中的工作范围内。

在日常工作中，我发现自己花(huā)了很(hěn)多(duō)时间浏览EE论坛。在PCB设计和布線(xiàn)过程中经常出现的一个问题是确定建议的走線(xiàn)宽度，以将设备的温度保持在给定電(diàn)流值的一定范围内，反之亦然。尽管铜的熔点高并且可(kě)以承受高温，但理(lǐ)想情况下，您应该将電(diàn)路板的温度上升幅度保持在10°C以内。允许PCB走線(xiàn)达到很(hěn)高的温度会增加组件看到的环境温度，这会给主动散热措施带来更大的负担。

该IPC 2152标准是浆纱線(xiàn)和过孔的时候开始的地方。这些标准中指定的公式对于计算给定温升的電(diàn)流限值很(hěn)简单，尽管它们没有(yǒu)考虑受控的阻抗布線(xiàn)。话虽这么说，在确定PCB迹線(xiàn)宽度/横截面积时，使用(yòng)PCB迹線(xiàn)宽度与電(diàn)流表是一个很(hěn)好的起点。这使您可(kě)以有(yǒu)效地确定走線(xiàn)中允许電(diàn)流的上限，然后可(kě)以使用(yòng)该上限来调整走線(xiàn)的大小(xiǎo)，以进行受控阻抗布線(xiàn)。

当在大電(diàn)流下运行的板上温度升高达到非常大的值时，基板的電(diàn)性能(néng)会在高温下表现出相应的变化。基板的電(diàn)气和机械性能(néng)会随温度而变化，如果長(cháng)时间在高温下运行，则基板会变色和变弱。这是我知道的设计师会确定走線(xiàn)尺寸的原因之一，以使温度上升保持在10°C以内。这样做的另一个原因是要适应广泛的环境温度，而不是考虑特定的工作温度。

下面的PCB迹線(xiàn)宽度与電(diàn)流的关系表显示了迹線(xiàn)宽度和相应的電(diàn)流值的数量，它们会以1 oz / sq将温度升高限制在10°C。英尺铜重。这应该使您了解如何调整PCB中走線(xiàn)的大小(xiǎo)。

您可(kě)能(néng)已经注意到此表中的三件事：

不同的走線(xiàn)厚度/铜重量。迹線(xiàn)厚度需要根据板上的铜重量计算得出。我们仅包括标准的1盎司/平方尺。英尺以上的值。但是，要在大電(diàn)流下运行的電(diàn)路板通常需要较重的铜，以适应较高的温度上升。

无阻抗数据。如果需要使用(yòng)受控阻抗路由，则需要验证计算出的走線(xiàn)尺寸是否满足上述指定的限制。

替代基材。上面的数据是针对FR4编译的，它将涵盖大量已投产的PCB。但是，高级应用(yòng)程序可(kě)能(néng)需要铝芯PCB，陶瓷基板或高级高速层压板。如果您使用(yòng)导热率较高的基板，则随着热量从温暖的走線(xiàn)带走，走線(xiàn)的温度会降低。对于一阶近似值，温度上升将通过所需基材的导热系数与FR4的导热系数之比进行缩放。

使用(yòng)IPC 2152 Nomograph

如果要使用(yòng)不同的铜重量，请针对温度上升和電(diàn)流验证受控的阻抗布線(xiàn)尺寸，然后应使用(yòng)IPC 2152标准中的列線(xiàn)图。对于特定的電(diàn)流和温度上升，这是确定导體(tǐ)尺寸的好方法。另外，如果您已经选择了走線(xiàn)宽度，则可(kě)以确定将导致特定温度升高的電(diàn)流。这在下面的列線(xiàn)图中的两个示例中显示。

红色箭头显示如何确定所需的走線(xiàn)宽度，铜重量（即走線(xiàn)横截面积）和温度上升的最大電(diàn)流。在此示例中，首先选择导體(tǐ)宽度（140密耳），然后将红色箭头沿水平方向绘制到所需的铜重量（1盎司/平方呎）。然后，我们垂直跟踪到所需的温升（10°C），然后追溯到y轴以找到相应的電(diàn)流限制（〜2.75 A）。

橙色箭头朝另一个方向移动。我们从所需的電(diàn)流（1 A）开始，然后水平追踪至所需的温度上升（30°C）。然后，我们垂直向下跟踪以确定跟踪尺寸。在此示例中，假设我们指定0.5 oz / sq。英尺铜重。追溯到这条線(xiàn)之后，我们水平地追溯到y轴，以找到〜40密耳的导體(tǐ)宽度。假设我们要使用(yòng)的铜重量為(wèi)1 oz / sq。ft .; 在这种情况下，我们会发现所需的走線(xiàn)宽度為(wèi)20密耳。

验证受控阻抗路由

让我们看一个简单的示例，其中涉及上面的诺模图，它与4.7 mil层压板顶部的50 Ohm微带走線(xiàn)一起使用(yòng)。如果使用(yòng)微带走線(xiàn)阻抗计算器，则会发现2密耳的走線(xiàn)厚度要求6.5密耳的走線(xiàn)宽度。现在，我们可(kě)以在上面的诺模图中使用(yòng)这些值来确定给定温升的電(diàn)流极限（请参见红線(xiàn)示例）。如果将最大温升指定為(wèi)10°C，则可(kě)以看到该迹線(xiàn)中允许的最大電(diàn)流為(wèi)〜400 mA。