يعد عرض مسار لوحة الدوائر المطبوعة أحد القرارات الحاسمة في تصميم مخطط لوحة الدوائر المطبوعة. ويمكن أن يؤثر على الأداء الأمثل وموثوقية الأجهزة الإلكترونية. يجب أن يأخذ حساب عرض المسار في الاعتبار العديد من العوامل، بما في ذلك القدرة على حمل التيار، وارتفاع درجة الحرارة، وقيود التصنيع، وما إلى ذلك. سيطلعك هذا الدليل على العوامل الأساسية التي تؤثر على اختيار عرض مسار لوحة الدوائر المطبوعة، ويناقش كيفية حساب العرض المثالي.
ما هو عرض أثر PCB ولماذا هو مهم؟
تسمى القناة الموصلة المحفورة في الركيزة تتبع ثنائي الفينيل متعدد الكلوروظيفتها هي ربط أي نوع من الإشارات الكهربائية (الرقمية أو التناظرية أو الطاقة) بين عقدتين. يمكن أن تكون نقطة اتصال المسار دبوس مكون أو فرع مسار أو لوحة فارغة أو نقطة اختبار. عرض مسار لوحة الدوائر المطبوعة هو البعد العرضي للمسار الموصل، وعادة ما يتم التعبير عنه بالملليمتر أو الألف من البوصة.
يؤثر عرض مسار PCB بشكل مباشر على التيار المسموح به في المسار. لا يتسبب عرض المسار المثالي في تراكم الحرارة. يمكن أن يساعد بشكل فعال في تدفق التيار، والإدارة الحرارية، وسلامة الإشارة، وما إلى ذلك.
ما هي العوامل التي تؤثر على اختيار عرض التتبع؟
تعرف على أهمية عرض التتبع، وسوف نستكشف بعمق العوامل الرئيسية السبعة التي يجب مراعاتها عند اختيار عرض التتبع المناسب.
القدرة الاستيعابية الحالية
الغرض الرئيسي من التتبع هو التعامل مع الإشارات الكهربائية. يؤثر عرض مسار PCB بشكل مباشر على قدرة المسار على توصيل التيار. يجب أن يكون عرض المسار قادرًا على التعامل مع التيار المتوقع للدائرة دون ارتفاع درجة الحرارة. بالنسبة للدوائر التي تحتاج إلى تيارات أعلى، يجب زيادة عرض المسارات بحيث يتم الحفاظ على المقاومة عند مستويات منخفضة إلى حد ما لضمان عدم ارتفاع درجة حرارتها.
إنهاء التتبع
عادةً ما يحتاج تصميم عرض المسار إلى مراعاة حجم لوحة التوصيل الطرفية. في عبوات SOIC، يكون عرض المسار عادةً أصغر من عرض اللوحة. يمكن لهذا التصميم ضمان وجود مسافة كافية بين المسارات المتجاورة وتجنب انتهاك قواعد قيود الحد الأدنى للتباعد.
مقاومة السيطرة
في لوحات الدوائر ذات التردد المنخفض، يكون تأثير المعاوقة صغيرًا. في لوحات الدوائر ذات التردد العالي، تعد المعاوقة عاملًا مهمًا يؤثر على عرض المسار. تنتشر الإشارات عالية التردد على طول المسارات. ستؤثر المجالات المغناطيسية والكهربائية الناتجة بشكل مباشر على المعاوقة. يمكن معالجة مشكلات سلامة الإشارة من خلال التحكم في عرض المسارات.
الإدارة الحرارية
يتسبب تدفق التيار في توليد الحرارة. يمكن استخدام مسارات PCB كمسارات لتبديد الحرارة الناتجة عن المكونات أو تدفق التيار. تتمتع هذه المسارات الأوسع بمساحة سطح أكبر تنشر الحرارة من خلالها بشكل أفضل. لن تسخن بشكل زائد عند التعامل مع تيارات أعلى، مما يقلل من ارتفاع درجة الحرارة على لوحة الدائرة.
وزن وسمك النحاس
يحدد سمك ووزن مسار النحاس أيضًا قدرة المسارات على تحمل التيار. يمكن للمسارات الأكثر سمكًا أن تسمح بمرور تيارات أعلى، مما يسمح بعرض مسار نحيف.
قيود مساحة اللوحة
يحدد حجم لوحة الدوائر المطبوعة المساحة المتاحة للتتبع وكذلك الحد الأقصى للعرض الذي يمكن تتبعه. بالنسبة للتتبعات ذات الطاقة المنخفضة، يوصى باختيار عرض تتبع أصغر لزيادة مساحة التوجيه المتاحة. يجب إيجاد توازن بين عرض التتبع الكافي لحمل التيار والمساحة المتاحة على اللوحة.
قيود التصنيع
يعتمد الحد الأدنى لعرض المسار على الشركة المصنعة. يجب مراعاة قدرات الشركة المصنعة للوحة الدوائر المطبوعة بشكل كامل لضمان أن عرض المسار المحدد يلبي المتطلبات الكهربائية ويمكن تصنيعه. بالطبع، سيكون تصنيع المسارات الضيقة مكلفًا أيضًا وسيحتاج إلى تكنولوجيا وأدوات أفضل.
كيفية حساب عرض أثر PCB؟
يمكن أن تتأثر اختيارات عرض مسار PCB بالعديد من الأشياء. بعد ذلك، سننظر في كيفية حسابه واختيار الأفضل.
لماذا استخدام حاسبة عرض أثر PCB؟
حاسبة عرض مسار PCB هي أداة تصميم احترافية. وهي قادرة على حساب عرض مسار PCB الأكثر ملاءمة بناءً على معلمات التصميم المدخلة. تتضمن هذه المعلمات الحد الأقصى للتيار ودرجة الحرارة المحيطة وسمك النحاس وما إلى ذلك. من خلال إدخالها في الحاسبة، يمكن للمصممين الحصول على قيم عرض المسار الموصى بها.
يمكن أن تكون حاسبة عرض مسار لوحة الدوائر المطبوعة مفيدة للمصممين لمعرفة أفضل عرض. يمكن للمصممين تجنب الأعطال الكهربائية أو مخاطر الحرائق بشكل فعال باستخدام الحاسبة. يمكن للحاسبة تبسيط عمليات الحساب المعقدة وتحسين كفاءة التصميم. يمكن أن تساعد المصممين على مراعاة العديد من المتغيرات أثناء عملية الحساب. يمكن أن يجعل هذا لوحة الدوائر تعمل بشكل طبيعي في ظل ظروف تشغيل مختلفة.
آلة حاسبة تستخدم معايير IPC-2221 أو IPC-2152
هناك العديد من حاسبات عرض التتبع التي تعتمد على معايير الصناعة. IPC 2221 وIPC 2152 هما المعياران الأكثر استخدامًا.
حاسبة IPC-2221:
تستخدم حاسبة IPC 2221 الرسوم البيانية والصيغ لمساعدة المصممين على تحديد سعة حمل التيار للمسارات في لوحة الدائرة. يحتوي معيار IPC-2221 على الصيغة (أنا=كΔتbAc) لتحديد التيار المسموح به عبر الأثر.
يمكن بعد ذلك استخدام هذه الصيغة لحساب عرض الأثر، والذي يشير إلى مساحة المقطع العرضي التي يمكن للتيار المقصود أن يتدفق عبرها بأمان.
أولاً، احسب المساحة:
مساحة المقطع العرضي = (التيار / (ك × ارتفاع درجة الحرارة^b))^(1/ج)
أين:
مساحة المقطع العرضي بالميل المربع (ميل²).
التيار الكهربائي يقاس بالأمبير (A).
ارتفاع درجة الحرارة بالدرجات المئوية (°C).
قيمة K: 0.024 للطبقات الداخلية، 0.048 للطبقات الخارجية.
1/c هو في الواقع 1/0.725، حيث c=0.725.
حيث يتم تحديد الثوابت k وb وc عن طريق ملاءمة منحنى IPC-2221.
ثم احسب العرض:
عرض الأثر = مساحة المقطع العرضي / (وزن النحاس×1.378)
أين:
عرض التتبع بالملليمتر
مساحة المقطع العرضي بالملليمتر المربع (مليمتر²)
وزن النحاس بالأونصة (oz)
1.378 هو عامل التحويل (مليلتر/أونصة)
إيبك-2152 آلة حاسبة:
تستخدم الآلة الحاسبة IPC-2152 طريقة تقنية أفضل لحساب عرض مسار PCB. باستخدام هذه الآلة الحاسبة، يتعين علينا استخدام المخططات العامة المدمجة بالحاسوب للعثور على مساحة المقطع العرضي غير المعدلة. تأخذ الآلة الحاسبة في الاعتبار معلمات مختلفة لحساب عرض المسار الصحيح. بعض هذه المعلمات هي التوصيل الحراري، وسمك المسار، والمادة، وسمك اللوحة، والفتحات، وما إلى ذلك.
أسئلة شائعة حول حاسبة عرض التتبع
سؤال شنومك: هل يمكن أن يكون هناك حد أقصى للتيار يمكن حساب العرض له؟
الإجابة 1: نعم. تحتوي الآلة الحاسبة IPC-2221 على نطاقات محددة من القيم لاستخدامها عند حساب عرض التتبع.
النطاق الحالي: 0 إلى 35 أمبير
عرض الأثر: من 0 إلى 10.16 ملم
سمك النحاس: 0.5 أونصة إلى 3 أونصة
ارتفاع درجة الحرارة: من 10 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية
السؤال 2: ماذا يعني ارتفاع درجة الحرارة؟
الإجابة 2: الفرق بين أعلى درجة حرارة تشغيل آمنة للوحة الدوائر المطبوعة ودرجة حرارة التشغيل العادية لها يسمى ارتفاع درجة الحرارة. فعندما يزداد التيار فإنه سيولد المزيد من الحرارة. وتقول القاعدة الأساسية للسلامة أن إخفاء ارتفاع درجة الحرارة عن الأثر في حدود 10 درجات مئوية سيضمن عمر الخدمة وموثوقية معظم الأجهزة الإلكترونية.
السؤال 3: لماذا تتطلب الآثار الداخلية نطاقًا أوسع من الآثار الخارجية؟
الإجابة 3: تتميز الآثار الخارجية بقدرات توصيل أفضل للحرارة لأنها تتبدد الحرارة عن طريق الحمل الحراري للهواء. مواد عازلة يحيط بالمسارات الداخلية، مع خصائص تبديد الحرارة الضعيفة وتراكم الحرارة. هناك حاجة إلى مسارات داخلية أوسع من أجل تشتيت الحرارة وتجنب ارتفاع درجة الحرارة المفرط. في البيئات الخاصة مثل الفراغ والمكونات المعبأة، لا يمكن أن يعتمد توجيه الطبقة الخارجية على الحمل الحراري للهواء لتبديد الحرارة. يجب أن تستخدم جميع عمليات التوجيه في هذا الوقت تصميم العرض لتوجيه الطبقة الداخلية.
ملاحظات ختامية
في تصميم PCB، يتم مراعاة عرض مسار PCB بعناية. وهو أمر ضروري لموثوقية وتشغيل المعدات الإلكترونية. تعتمد كمية التيار التي يمكن أن يحملها مسار PCB بشكل كبير على عرض المسار. عند حساب عرض المسار، يجب مراعاة عدد من العناصر المؤثرة بعناية. تعد حاسبة عرض مسار PCB أداة جيدة لحساب العرض. يمكنها مساعدة المصممين بشكل كبير على زيادة كفاءة التصميم. يمكن الحصول على عرض مسار PCB المثالي من خلال الحاسبة مع مراعاة عوامل متعددة. من خلال الحساب، يمكن تحقيق دقة التصميم بالإضافة إلى موثوقية PCB.
