PCB-spoorbreedte is een van de cruciale beslissingen in PCB-layoutontwerp. Het kan de optimale prestaties en betrouwbaarheid van elektronische apparaten beïnvloeden. Spoorbreedteberekening moet rekening houden met veel factoren, waaronder stroomdraagvermogen, temperatuurstijging, productiebeperkingen, enz. Deze gids leidt u door de essentiële factoren die van invloed zijn op de keuze van PCB-spoorbreedte en bespreekt hoe u de ideale breedte berekent.
Wat is PCB-spoorbreedte en waarom is het belangrijk?
Een geleidend kanaal dat in het substraat is geëtst, wordt een PCB-spoor:. De functie is om elk soort elektrisch signaal (digitaal, analoog of stroom) tussen twee knooppunten te verbinden. Het verbindingspunt van een trace kan een componentpin, een trace-tak, een lege pad of een testpunt zijn. PCB-tracebreedte is de breedtedimensie van het geleidende pad en wordt meestal uitgedrukt in mils of duizendsten van een inch.
PCB-spoorbreedte beïnvloedt direct de stroom die in het spoor is toegestaan. De ideale spoorbreedte veroorzaakt geen warmteaccumulatie. Het kan effectief helpen bij stroomdoorstroming, thermisch beheer, signaalintegriteit, etc.
Welke factoren beïnvloeden de keuze van de spoorbreedte?
Leer meer over het belang van de spoorbreedte. We gaan dieper in op de 7 belangrijkste factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van de juiste spoorbreedte.
Huidige draagkracht
Het hoofddoel van traceren is om met elektrische signalen om te gaan. De breedte van de PCB-trace heeft direct invloed op de capaciteit van de trace om stroom te geleiden. De tracebreedte moet in staat zijn om de verwachte stroom van het circuit te verwerken zonder oververhitting. Voor die circuits die hogere stromen nodig hebben, moeten de breedtes van de traces worden vergroot, zodat de weerstand op een redelijk laag niveau wordt gehouden om te verzekeren dat ze niet oververhit raken.
Trace-beëindiging
Het ontwerp van de spoorbreedte moet doorgaans rekening houden met de padgrootte van de terminalverbinding. In SOIC-pakketten is de spoorbreedte doorgaans kleiner dan de padbreedte. Dit ontwerp kan voldoende afstand tussen aangrenzende sporen garanderen en voorkomen dat de regels voor minimale afstandbeperking worden overtreden.
Impedantie Controleer:
In laagfrequente printplaten is het impedantie-effect klein. In hoogfrequente printplaten is impedantie een belangrijke factor die de spoorbreedte beïnvloedt. Hoogfrequente signalen planten zich voort langs de sporen. De gegenereerde magnetische en elektrische velden beïnvloeden de impedantie rechtstreeks. Problemen met signaalintegriteit kunnen worden aangepakt door de breedte van de sporen te regelen.
Thermisch beheer
De stroom genereert warmte. PCB-sporen kunnen worden gebruikt als warmteafvoerpaden voor warmte die wordt gegenereerd door componenten of stroom. Deze bredere sporen hebben een groter oppervlak waardoor ze warmte beter verspreiden. Ze raken niet oververhit bij hogere stromen, waardoor de temperatuurstijging op de printplaat wordt verminderd.
Kopergewicht en dikte
De dikte en het gewicht van het koperen spoor bepalen ook de stroomdraagcapaciteit van de sporen. Dikkere sporen kunnen hogere stromen doorlaten, wat zorgt voor een smalle spoorbreedte.
Beperkingen van de bordruimte
PCB-formaat beperkt de ruimte voor tracering en ook de maximale breedte die kan worden getraceerd. Voor traces met een laag vermogen wordt aanbevolen om een kleinere tracebreedte te kiezen om de beschikbare routeringsruimte te vergroten. Er moet een balans worden gevonden tussen een tracebreedte die voldoende is om de stroom te dragen en het beschikbare gebied op het bord.
Productiebeperkingen
De minimale spoorbreedte is afhankelijk van de fabrikant. De mogelijkheden van de PCB-fabrikant moeten volledig in overweging worden genomen om ervoor te zorgen dat de geselecteerde spoorbreedte voldoet aan zowel de elektrische vereisten als kan worden vervaardigd. Uiteraard zal de vervaardiging van smallere sporen ook kostbaar zijn en betere technologie en gereedschappen vereisen.
Hoe bereken ik de PCB-spoorbreedte?
De PCB-spoorbreedtekeuzes kunnen door talloze dingen worden beïnvloed. Vervolgens bekijken we hoe we deze kunnen berekenen en de beste kunnen kiezen.
Waarom de PCB Trace Width Calculator gebruiken?
PCB trace width calculator is een professionele ontwerptool. Het is in staat om de meest geschikte PCB trace width te berekenen op basis van invoerontwerpparameters. Deze parameters omvatten maximale stroom, omgevingstemperatuur, koperdikte, etc. Door ze in te voeren in de calculator, kunnen ontwerpers aanbevolen trace width-waarden verkrijgen.
PCB trace width calculator kan nuttig zijn voor ontwerpers om de beste breedte te vinden. Ontwerpers kunnen effectief elektrische storingen of brandrisico's vermijden door de calculator te gebruiken. De calculator kan complexe berekeningsprocessen vereenvoudigen en de ontwerpefficiëntie verbeteren. Het kan ontwerpers helpen om veel variabelen te overwegen tijdens het berekeningsproces. Dit kan ervoor zorgen dat de printplaat normaal werkt onder verschillende bedrijfsomstandigheden.
Rekenmachine met behulp van IPC-2221 of IPC-2152-normen
Er zijn veel trace width calculators gebaseerd op industriestandaarden. IPC 2221 en IPC 2152 zijn de twee meest gebruikte standaarden.
IPC-2221 Rekenmachine:
De IPC 2221-calculator gebruikt grafieken en formules om ontwerpers te helpen de stroomvoerende capaciteit van sporen in een printplaat te bepalen. De IPC-2221-standaard bevat de formule (Ik=kΔTbAc) voor het bepalen van de toegestane stroom over een spoor.
Deze formule kan vervolgens worden gebruikt om de spoorbreedte te berekenen, die de dwarsdoorsnede aangeeft waar de gewenste stroom veilig doorheen kan stromen.
Bereken eerst de oppervlakte:
Doorsnede-oppervlakte = (stroom / (k × temperatuurstijging^b))^(1/c)
Waar:
De dwarsdoorsnede wordt uitgedrukt in vierkante mils (mils²).
De stroomsterkte wordt weergegeven in ampère (A).
Temperatuurstijging wordt weergegeven in graden Celsius (°C).
K-waarde: 0.024 voor interne lagen, 0.048 voor externe lagen.
1/c is eigenlijk 1/0.725, waarbij c=0.725.
Waarbij de constanten k, b en c worden bepaald door het aanpassen van de IPC-2221-curve.
Bereken vervolgens de breedte:
Spoorbreedte = dwarsdoorsnede / (Kopergewicht×1.378)
Waar:
Spoorbreedte is in mils
De dwarsdoorsnede is in vierkante mils (mils²)
Kopergewicht is in ounces (oz)
1.378 is de conversiefactor (mils/oz)
IPC-2152 Rekenmachine:
De IPC-2152 calculator gebruikt een betere technische manier om de breedte van de PCB trace te berekenen. Met deze calculator moeten we de computer-geïntegreerde generieke grafieken gebruiken om het niet-aangepaste dwarsdoorsnedegebied te vinden. De calculator houdt rekening met verschillende parameters om de juiste tracebreedte te berekenen. Enkele van deze parameters zijn thermische geleidbaarheid, tracedikte, materiaal, plaatdikte en via's, etc.
Veelgestelde vragen over de spoorbreedtecalculator
VRAAG 1: Bestaat er een maximale stroomlimiet waarvoor een breedte berekend kan worden?
ANTWOORD 1: Ja. De IPC-2221 Calculator heeft specifieke bereiken van waarden die gebruikt kunnen worden bij het berekenen van de spoorbreedte.
Stroombereik: 0 tot 35 Ampère
Spoorbreedte: 0 tot 10.16 mm
Koperdikte: 0.5 oz tot 3 oz
Temperatuurstijging: 10 °C tot 100 °C
VRAAG 2: Wat betekent temperatuurstijging?
ANTWOORD 2: Het verschil tussen de hoogste veilige bedrijfstemperatuur van een PCB en de normale bedrijfstemperatuur wordt temperatuurstijging genoemd. Wanneer de stroom toeneemt, zal dit meer warmte creëren. De vuistregel voor veiligheid zegt dat het verbergen van de temperatuurstijging binnen 10 °C de levensduur en betrouwbaarheid van de meeste elektronische apparaten garandeert.
VRAAG 3: Waarom moeten interne sporen breder zijn dan externe sporen?
ANTWOORD 3: De buitenste sporen geleiden warmte beter, omdat de warmte via luchtconvectie wordt afgevoerd. Diëlektrisch materiaal omringt de binnenste sporen, met slechte warmteafvoerkarakteristieken en warmteaccumulatie. Bredere binnenste sporen zijn nodig om warmte te verspreiden en overmatige temperatuurstijging te voorkomen. In speciale omgevingen zoals vacuüm en verpakte componenten, kan de routing van de buitenste laag niet vertrouwen op luchtconvectie om warmte af te voeren. Alle routing op dit moment moet het breedteontwerp van de routing van de binnenste laag gebruiken.
Eindnotities
Bij PCB-ontwerp wordt zorgvuldig rekening gehouden met de PCB-spoorbreedte. Het is essentieel voor de betrouwbaarheid en werking van elektronische apparatuur. De hoeveelheid stroom die een PCB-spoor kan dragen, is sterk afhankelijk van de spoorbreedte. Bij het berekenen van de spoorbreedte moeten een aantal beïnvloedende elementen zorgvuldig worden overwogen. Een goede tool voor het berekenen van de breedte is de PCB-spoorbreedtecalculator. Het kan ontwerpers enorm helpen om de ontwerpefficiëntie te verhogen. Een ideale PCB-spoorbreedte kan worden verkregen door de calculator, rekening houdend met meerdere factoren. Met een berekening kan de ontwerpnauwkeurigheid worden bereikt, evenals de betrouwbaarheid van de PCB.
