Leiterplatte Blog - So passen Sie die Größe der Leiterbahnbreite in der Leiterplatte an

Auf der Leiterplatte ist Kupfer ein starker Leiter mit einem hohen Schmelzpunkt, aber Sie sollten trotzdem Ihr Bestes tun, um es kalt zu halten. Hier müssen Sie die Leiterbahnbreite entsprechend dimensionieren, um die Temperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs zu halten. Hier müssen Sie jedoch den Strom berücksichtigen, der in einer bestimmten Spur fließt. Bei der Arbeit mit Stromschienen, Hochspannungskomponenten und anderen wärmeempfindlichen Teilen der Platine kann die Beziehung zwischen der Leiterplattenleitenbreite und dem Amperemeter verwendet werden, um die Leiterbahnbreite zu bestimmen, die im Layout verwendet werden muss. Ein Problem bei den meisten Tabellen ist, dass sie nicht auf kontrolliertes Impedanzrouting eingehen. Sie haben Ihre Leiterbahnen so dimensioniert, dass Sie die Impedanz kontrollieren können, es ist schwierig, den Temperaturanstieg nur durch einen Blick auf eine Tabelle zu bestimmen, und Sie müssen einen Rechner verwenden. Eine Alternative besteht jedoch darin, das IPC2152-Nomogramm zu verwenden, um zu überprüfen, ob die Strom-Temperatur-Beziehung innerhalb des Betriebsbereichs in der gesteuerten Impedanzkurve liegt.

Ein Problem, das oft während des Leiterplattendesigns und Routings auftritt, ist die Bestimmung der empfohlenen Leiterbahnbreiten, um die Temperatur des Geräts innerhalb eines bestimmten Bereichs für einen bestimmten Stromwert zu halten, und umgekehrt. Obwohl Kupfer einen hohen Schmelzpunkt hat und hohen Temperaturen standhält, sollte der Temperaturanstieg der Platine idealerweise innerhalb von 10°C gehalten werden. Wenn Leiterplattenspuren sehr hohe Temperaturen erreichen, erhöht sich die Umgebungstemperatur des Bauteils, was die aktiven Kühlmaßnahmen stärker belastet. Der IPC2152-Standard ist der Ausgangspunkt für die Dimensionierung von Garnen und Durchkontaktierungen. Die in diesen Normen angegebenen Formeln sind einfach für die Berechnung der Stromgrenze für einen gegebenen Temperaturanstieg, obwohl sie keine kontrollierte Impedanzkabelung berücksichtigen. Trotzdem ist die Verwendung einer Leiterplattenstraßenbreite vs. Amperemeter ein guter Ausgangspunkt für die Bestimmung der Leiterplattenstraßenbreite/Querschnittsfläche. So können Sie effektiv eine Obergrenze für den zulässigen Strom in der Leiterbahn bestimmen, die dann zur Größe der Leiterbahn für eine kontrollierte Impedanzführung verwendet werden kann. Die elektrischen Eigenschaften des Substrats weisen entsprechende Veränderungen bei hoher Temperatur auf, wenn der Temperaturanstieg der mit hohem Strom arbeitenden Platine sehr große Werte erreicht. Die elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Substraten ändern sich mit der Temperatur, und wenn sie über längere Zeit bei hohen Temperaturen betrieben werden, verfärben und schwächen sich die Substrate. Dies ist einer der Gründe, warum Designer, die ich kenne, die Spuren abmessen würden, um den Temperaturanstieg innerhalb von 10°C zu halten. Ein weiterer Grund, dies zu tun, ist, einen breiten Bereich von Umgebungstemperaturen zu berücksichtigen, anstatt eine bestimmte Betriebstemperatur zu berücksichtigen. Die folgende Tabelle zeigt die Leiterplattenbreite und die entsprechende Anzahl von Stromwerten, die den Temperaturanstieg auf 10°C bei 1oz/sq begrenzen würden. Fuß Kupfer Gewicht. Dies sollte Ihnen eine Vorstellung davon geben, wie Sie die Leiterbahnen in der Leiterplatte dimensionieren können. Unterschiedliche Spurdicke/Kupfergewicht. Die Spurdicke muss anhand des Kupfergewichts auf der Platine berechnet werden. Wir enthalten nur den Standard 1 oz/sq ft. Wert in Fuß. Allerdings benötigen Platinen für den Betrieb mit hohen Strömen oft schwereres Kupfer, um höhere Temperaturanstiege aufzunehmen. Keine Impedanzdaten. Wenn Sie ein kontrolliertes Impedanzrouting verwenden müssen, müssen Sie überprüfen, ob die berechnete Leiterbahngröße die oben angegebenen Einschränkungen erfüllt. Alternative Substrate. Die oben genannten Daten werden für FR4 zusammengestellt, die eine große Anzahl von bereits in Produktion befindlichen Leiterplatten abdecken wird. Jedoch können Anwendungen Aluminiumkern-Leiterplatten, keramische Substrate oder Hochgeschwindigkeits-Laminate erfordern. Wenn Sie ein Substrat mit höherer Wärmeleitfähigkeit verwenden, kühlen die Leiterbahnen ab, da die Wärme von den warmen Leiterbahnen entfernt wird. Für eine Näherung erster Ordnung wird der Temperaturanstieg durch das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit des gewünschten Substrats zu dem von FR4 skaliert. Wenn unterschiedliche Kupfergewichte verwendet werden sollen, überprüfen Sie die kontrollierte Impedanzspurengröße für Temperaturanstieg und Strom, dann sollte das Nomogramm aus dem IPC2152-Standard verwendet werden. Dies ist eine gute Möglichkeit, Leiter für einen bestimmten Strom- und Temperaturanstieg zu dimensionieren. Wenn Sie die Leiterbahnbreite gewählt haben, können Sie auch den Strom bestimmen, der einen bestimmten Temperaturanstieg verursacht. Die roten Pfeile zeigen, wie die erforderliche Leiterbreite, das Kupfergewicht (d.h. Leiterquerschnittsfläche) und der Temperaturanstiegsstrom ermittelt werden. Wählen Sie in diesem Beispiel zuerst die Leiterbreite (140 mils) aus und zeichnen Sie dann die roten Pfeile horizontal auf das gewünschte Kupfergewicht (1 oz/sq ft). Wir verfolgen dann vertikal bis zum gewünschten Temperaturanstieg (10°C) und dann zurück zur y-Achse, um die entsprechende Stromgrenze (2,75A) zu finden. Der orangefarbene Pfeil bewegt sich in die andere Richtung. Wir beginnen mit dem gewünschten Strom (1A) und verfolgen horizontal auf den gewünschten Temperaturanstieg (30°C). Dann verfolgen wir vertikal nach unten, um die Spurgröße zu bestimmen. In diesem Beispiel geben wir 0,5oz/sq. Fuß Kupfergewicht an. Nachdem wir zu dieser Linie zurückgezogen waren, verfolgten wir horizontal zurück zur y-Achse, um die Leiterbreite von ~40 mils zu finden. Nehmen wir an, das Kupfer, das wir verwenden wollen, wiegt 1oz/sq. ft.; In diesem Fall würden wir feststellen, dass die erforderliche Leiterbahnbreite 20 Mio auf Leiterplatte beträgt.