Ширина дорожки печатной платы является одним из важнейших решений при проектировании компоновки печатной платы. Она может повлиять на оптимальную производительность и надежность электронных устройств. Расчет ширины дорожки должен учитывать множество факторов, включая допустимую нагрузку по току, повышение температуры, производственные ограничения и т. д. Это руководство познакомит вас с основными факторами, которые влияют на выбор ширины дорожки печатной платы, и обсудит, как рассчитать идеальную ширину.
Что такое ширина дорожки печатной платы и почему она важна?
Проводящий канал, вытравленный в подложке, называется След печатной платы. Его функция заключается в том, чтобы связать любой вид электрического сигнала (цифровой, аналоговый или питания) между двумя узлами. Точкой соединения дорожки может быть вывод компонента, ответвление дорожки, пустая площадка или контрольная точка. Ширина дорожки печатной платы — это ширина проводящего пути, и она обычно выражается в милах или тысячных долях дюйма.
Ширина дорожки печатной платы напрямую влияет на ток, который допустим в дорожке. Идеальная ширина дорожки не вызывает накопления тепла. Она может эффективно помочь в протекании тока, управлении температурой, целостности сигнала и т. д.
Какие факторы влияют на выбор ширины дорожки?
Узнайте о важности ширины дорожки. Мы подробно рассмотрим 7 ключевых факторов, которые следует учитывать при выборе подходящей ширины дорожки.
Текущая грузоподъемность
Основная цель трассировки — работа с электрическими сигналами. Ширина дорожки печатной платы напрямую влияет на способность дорожки проводить ток. Ширина дорожки должна быть способна выдерживать ожидаемый ток цепи без перегрева. Для тех схем, которым требуются более высокие токи, ширина дорожек должна быть увеличена, чтобы сопротивление поддерживалось на достаточно низком уровне, чтобы гарантировать, что они не перегреются.
Прекращение трассировки
Ширина трассы обычно должна учитывать размер площадки ее клеммного соединения. В корпусах SOIC ширина трассы обычно меньше ширины площадки. Такая конструкция может обеспечить достаточное расстояние между соседними трассами и избежать нарушения правил ограничения минимального расстояния.
полное сопротивление Контролировать
В низкочастотных платах эффект импеданса невелик. В высокочастотных платах импеданс является важным фактором, влияющим на ширину дорожек. Высокочастотные сигналы распространяются вдоль дорожек. Создаваемые магнитные и электрические поля будут напрямую влиять на импеданс. Проблемы целостности сигнала можно решить, контролируя ширину дорожек.
Термическое управление
Течение тока генерирует тепло. Печатные платы могут использоваться в качестве путей рассеивания тепла, выделяемого компонентами или током. Эти более широкие дорожки имеют большую площадь поверхности, через которую они лучше распределяют тепло. Они не будут перегреваться при работе с более высокими токами, что снижает повышение температуры на плате.
Вес и толщина меди
Толщина и вес медной дорожки также определяют токопроводящую способность дорожек. Более толстые дорожки могут пропускать более высокие токи, что позволяет использовать узкую ширину дорожки.
Ограничения по пространству на доске
Размер печатной платы ограничивает пространство для трассировки, а также максимальную ширину, которую можно трассировать. Для трассировок с низким энергопотреблением рекомендуется выбирать меньшую ширину трассы, чтобы увеличить доступное пространство для трассировки. Следует найти баланс между шириной трассы, достаточной для переноса тока, и доступной площадью на плате.
Ограничения на производство
Минимальная ширина дорожки будет зависеть от производителя. Возможности производителя печатной платы должны быть полностью учтены, чтобы гарантировать, что выбранная ширина дорожки соответствует как электрическим требованиям, так и может быть изготовлена. Конечно, изготовление более узких дорожек также будет дорогостоящим и потребует более совершенных технологий и инструментов.
Как рассчитать ширину дорожки печатной платы?
Выбор ширины дорожки печатной платы может зависеть от множества факторов. Далее мы рассмотрим, как ее рассчитать и выбрать наилучшую.
Зачем использовать калькулятор ширины дорожки печатной платы?
Калькулятор ширины печатной платы — это профессиональный инструмент проектирования. Он способен рассчитать наиболее подходящую ширину печатной платы на основе входных параметров проектирования. К этим параметрам относятся максимальный ток, температура окружающей среды, толщина меди и т. д. Вводя их в калькулятор, проектировщики могут получить рекомендуемые значения ширины печатной платы.
Калькулятор ширины печатной платы может быть полезен проектировщикам для определения оптимальной ширины. Проектировщики могут эффективно избегать электрических сбоев или риска возгорания, используя калькулятор. Калькулятор может упростить сложные процессы расчета и повысить эффективность проектирования. Он может помочь проектировщикам учитывать множество переменных в процессе расчета. Это может заставить печатную плату нормально работать в различных рабочих условиях.
Калькулятор, использующий стандарты IPC-2221 или IPC-2152
Существует множество калькуляторов ширины трассы, основанных на отраслевых стандартах. IPC 2221 и IPC 2152 — два наиболее часто используемых стандарта.
Калькулятор IPC-2221:
Калькулятор IPC 2221 использует графики и формулы, чтобы помочь проектировщикам определить токонесущую способность дорожек на печатной плате. Стандарт IPC-2221 содержит формулу (Я=кΔТbAc) для определения допустимого тока через дорожку.
Эту формулу затем можно использовать для расчета ширины дорожки, которая указывает площадь поперечного сечения, через которую может безопасно протекать предполагаемый ток.
Сначала вычислим площадь:
Площадь поперечного сечения = (Ток / (k × Повышение температуры^b))^(1/с)
Где:
Площадь поперечного сечения измеряется в квадратных милах (мил²).
Сила тока измеряется в амперах (А).
Повышение температуры измеряется в градусах Цельсия (°C).
Значение K: 0.024 для внутренних слоев, 0.048 для внешних слоев.
1/c на самом деле равно 1/0.725, где c=0.725.
Где константы k, b и c определяются путем подгонки кривой IPC-2221.
Затем вычислите ширину:
Ширина дорожки = Площадь поперечного сечения / (Вес меди×1.378)
Где:
Ширина трассы в милах
Площадь поперечного сечения в квадратных милах (мил²)
Вес меди в унциях (oz)
1.378 — коэффициент пересчета (мил/унция)
IPC-2152 Калькулятор:
Калькулятор IPC-2152 использует лучший технический способ расчета ширины дорожки печатной платы. Используя этот калькулятор, мы должны использовать интегрированные в компьютер общие диаграммы, чтобы найти неотрегулированную площадь поперечного сечения. Калькулятор учитывает различные параметры для расчета правильной ширины дорожки. Некоторые из этих параметров - теплопроводность, толщина дорожки, материал, толщина платы и переходные отверстия и т. д.
Распространенные вопросы о калькуляторе ширины дорожки
ВОПРОС 1: Существует ли максимальный предел тока, для которого можно рассчитать ширину?
ОТВЕТ 1: Да. Калькулятор IPC-2221 имеет определенные диапазоны значений, которые можно использовать при расчете ширины трассы.
Диапазон тока: от 0 до 35 А
Ширина следа: от 0 до 10.16 мм
Толщина меди: от 0.5 до 3 унций
Повышение температуры: от 10 °C до 100 °C
ВОПРОС 2: Что означает повышение температуры?
ОТВЕТ 2: Разница между максимальной безопасной рабочей температурой печатной платы и ее нормальной рабочей температурой называется повышением температуры. Когда ток увеличивается, он создает больше тепла. Правило большого пальца для безопасности гласит, что сокрытие от повышения температуры в пределах 10 °C гарантирует срок службы и надежность большинства электронных устройств.
ВОПРОС 3: Почему внутренние трассы должны быть шире внешних?
ОТВЕТ 3: Внешние трассы обладают лучшей теплопроводностью, поскольку рассеивание тепла в них происходит за счет конвекции воздуха. Диэлектрический материал окружает внутренние трассы, с плохими характеристиками рассеивания тепла и накопления тепла. Более широкие внутренние трассы необходимы для рассеивания тепла и предотвращения чрезмерного повышения температуры. В особых условиях, таких как вакуум и упакованные компоненты, маршрутизация внешнего слоя не может полагаться на конвекцию воздуха для рассеивания тепла. Вся маршрутизация в это время должна использовать конструкцию ширины маршрутизации внутреннего слоя.
Конечные заметки
При проектировании печатных плат тщательно учитывается ширина дорожки печатной платы. Это имеет важное значение для надежности и работы электронного оборудования. Количество тока, которое может переносить дорожка печатной платы, в значительной степени зависит от ширины дорожки. При расчете ширины дорожки необходимо тщательно учитывать ряд влияющих элементов. Хорошим инструментом для расчета ширины является калькулятор ширины дорожки печатной платы. Он может значительно помочь проектировщикам повысить эффективность проектирования. Идеальную ширину дорожки печатной платы можно получить с помощью калькулятора, учитывая множество факторов. С помощью расчета можно достичь точности проектирования, а также надежности печатной платы.
