PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系

1、PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系 以下總結(jié)了網(wǎng)上八種電流與線寬的關(guān)系公式，表和計(jì)算公式，雖然各不相同（大體相近），但大家可以在實(shí)際的PCB板設(shè)計(jì)中，綜合考慮PCB板的大小，通過(guò)電流，選擇一個(gè)合適的線寬。 一、PCB電流與線寬 PCB載流能力的計(jì)算一直缺乏權(quán)威的技術(shù)方法、公式，經(jīng)驗(yàn)豐富CAD工程師依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)?zāi)茏鞒鲚^準(zhǔn)確的判斷。但是對(duì)于CAD新手，不可謂遇上一道難題。PCB的載流能力取決與以下因素：線寬、線厚（銅箔厚度）、容許溫升。大家都知道，PCB走線越寬，載流能力越大。假設(shè)在同等條件下，10MIL的走線能承受1A，那么50MIL的走線能承受多大電流，是5A嗎？答案自然是否定的。請(qǐng)看以下來(lái)來(lái)

2、自國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)：供的數(shù)據(jù)：線寬的單位是：Inch（1inch=2.54cm=25.4mm）數(shù)據(jù)來(lái)源：MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment 參考文獻(xiàn)： 二、PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系 在了解PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系之前先讓我們了解一下PCB敷銅厚度的單位盎司、英寸和毫米之間的換算："在很多數(shù)據(jù)表中，PCB的敷銅厚度常常用盎司做單位，它與英寸和毫米的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：1盎司 = 0.0014英寸 = 0.0356毫米（mm）2盎司 = 0.0028英寸 = 0.0712毫米（mm）盎司是重量單位，之

3、所以可以轉(zhuǎn)化為毫米是因?yàn)閜cb的敷銅厚度是盎司/平方英寸" PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系表 也可以使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:0.15×線寬(W)=A以上數(shù)據(jù)均為溫度在25下的線路電流承載值.導(dǎo)線阻抗:0.0005×L/W(線長(zhǎng)/線寬)電流承載值與線路上元器件數(shù)量/焊盤以及過(guò)孔都直接關(guān)系 參考文獻(xiàn)： 另外 導(dǎo)線的電流承載值與導(dǎo)線線的過(guò)孔數(shù)量焊盤的關(guān)系 導(dǎo)線的電流承載值與導(dǎo)線線的過(guò)孔數(shù)量焊盤存在的直接關(guān)系（目前沒(méi)有找到焊盤和過(guò)孔孔徑每平方毫米對(duì)線路的承載值影響的計(jì)算公式，有心的朋友可以自己去找一下，個(gè)人也不是太清楚，不在說(shuō)明）這里只做一下簡(jiǎn)單的一些影響到線路電流承載值的

4、主要因素。 1、在表格數(shù)據(jù)中所列出的承載值是在常溫25度下的最大能夠承受的電流承載值，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中還要考慮各種環(huán)境、制造工藝、板材工藝、板材質(zhì)量等等各種因素。所以表格提供只是做為一種參考值。 2、在實(shí)際設(shè)計(jì)中，每條導(dǎo)線還會(huì)受到焊盤和過(guò)孔的影響，如焊盤教多的線段，在過(guò)錫后，焊盤那段它的電流承載值就會(huì)大大增加了，可能很多人都有看過(guò)一些大電流板中焊盤與焊盤之間某段線路被燒毀，這個(gè)原因很簡(jiǎn)單，焊盤因?yàn)檫^(guò)錫完后因?yàn)橛性_和焊錫增強(qiáng)了其那段導(dǎo)線的電流承載值，而焊盤與焊盤之間的焊盤它的最大電流承載值也就為導(dǎo)線寬度允許最大的電流承載值。因此在電路瞬間波動(dòng)的時(shí)候，就很容易燒斷焊盤與焊盤之間那一段線路，解決

5、方法：增加導(dǎo)線寬度，如板不能允許增加導(dǎo)線寬度，在導(dǎo)線增加一層Solder層（一般1毫米的導(dǎo)線上可以增加一條0.6左右的Solder層的導(dǎo)線，當(dāng)然你也增加一條1mm的Solder層導(dǎo)線）這樣在過(guò)錫過(guò)后，這條1mm的導(dǎo)線就可以看做一條1.5mm2mm導(dǎo)線了（視導(dǎo)線過(guò)錫時(shí)錫的均勻度和錫量），如下圖： 像此類處理方法對(duì)于那些從事小家電PCB Layout的朋友并不陌生，因此如果過(guò)錫量夠均勻也錫量也夠多的話，這條1mm導(dǎo)線就不止可以看做一條2mm的的導(dǎo)線了。而這點(diǎn)在單面大電流板中有為重要。 3、圖中焊盤周圍處理方法同樣是增加導(dǎo)線與焊盤電流承載能力均勻度，這個(gè)特別在大電流粗引腳的板中（引腳大于1.2以上，

6、焊盤在3以上的）這樣處理是十分重要的。因?yàn)槿绻副P在3mm以上管腳又在1.2以上，它在過(guò)錫后，這一點(diǎn)焊盤的電流就會(huì)增加好幾十倍，如果在大電流瞬間發(fā)生很大波動(dòng)時(shí)，這整條線路電流承載能力就會(huì)十分的不均勻（特別焊盤多的時(shí)候），仍然很容易造成焊盤與焊盤之間的線路燒斷的可能性。圖中那樣處理可以有效分散單個(gè)焊盤與周邊線路電流承載值的均勻度。最后再次說(shuō)明：電流承載值數(shù)據(jù)表只是一個(gè)絕對(duì)參考數(shù)值，在不做大電流設(shè)計(jì)時(shí)，按表中所提供的數(shù)據(jù)再增加10%量就絕對(duì)可以滿足設(shè)計(jì)要求。而在一般單面板設(shè)計(jì)中，以銅厚35um，基本可以于1比1的比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是1A的電流可以以1mm的導(dǎo)線來(lái)設(shè)計(jì)，也就能夠滿足要求了（以溫度10

7、5度計(jì)算）。 參考文獻(xiàn)： 三、PCB設(shè)計(jì)時(shí)銅箔厚度,走線寬度和電流的關(guān)系 信號(hào)的電流強(qiáng)度。當(dāng)信號(hào)的平均電流較大時(shí)，應(yīng)考慮布線寬度所能承載的的電流，線寬可參考以下數(shù)據(jù)： PCB設(shè)計(jì)時(shí)銅箔厚度,走線寬度和電流的關(guān)系 不同厚度，不同寬度的銅箔的載流量見(jiàn)下表: 注： i.用銅皮作導(dǎo)線通過(guò)大電流時(shí)，銅箔寬度的載流量應(yīng)參考表中的數(shù)值降額50%去選擇考慮。 ii.在PCB設(shè)計(jì)加工中，常用OZ（盎司）作為銅皮厚度的單位，1 OZ銅厚的定義為1平方英尺面積內(nèi)銅箔的重量為一盎，對(duì)應(yīng)的物理厚度為35um；2OZ銅厚為70um。 摘自：華為PCB布線規(guī)范內(nèi)部資料 P10 四、如何確定大電流導(dǎo)線線寬 五 利用PCB的溫

8、度阻抗計(jì)算軟件計(jì)算（計(jì)算線寬，電流，阻抗等）PCBTEMP 依次填入Location (External/Internal)導(dǎo)線在表面還是在FR-4板內(nèi)部、Temp溫度(Degree C)、Width線寬（Mil）、Thickness厚度（Oz/Mil）,再點(diǎn)Solve即可求出通過(guò)的電流，也可以知道通過(guò)的電流，求線寬。非常方便。 可以看到同第一種方法的結(jié)果差不多（20攝氏度，10mil線寬，也就是0.010inch線寬，銅箔厚度為1 Oz） 軟件下載： 這個(gè)應(yīng)該根據(jù)IPC-D-275標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的。關(guān)于IPC-D-275： 1998年，IPC-D-275改編為IPC-2221印制板設(shè)計(jì)通用標(biāo)準(zhǔn)

9、及IPC-2222剛性有機(jī)印制板設(shè)計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)。參考： IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design印制板設(shè)計(jì)通用標(biāo)準(zhǔn)下載：http:/www.victronics.cl/Inf_tecnica/Notas%20de%20aplicacion/PCBs/IPC-2221(L).pdf IPC-2222 Sectional Standard on Rigid Organic Printed Boards 剛性有機(jī)印制板設(shè)計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)下載： 六經(jīng)驗(yàn)公式 I=KT0.44A0.75 (K為修正系數(shù),一般覆銅線在內(nèi)層時(shí)取0.024,在外層時(shí)取0.048T為

10、最大溫升,單位為攝氏度(銅的熔點(diǎn)是1060)A為覆銅截面積,單位為平方MIL(不是毫米mm,注意是square mil.)I為容許的最大電流,單位為安培(amp)一般 10mil=0.010inch=0.254可為 1A,250MIL=6.35mm,為 8.3A 七、某網(wǎng)友提供的計(jì)算方法如下 先計(jì)算track的截面積，大部分pcb的銅箔厚度為35um（不確定的話可以問(wèn)pcb廠家）它乘上線寬就是截面積，注意換算成平方毫米。 有一個(gè)電流密度經(jīng)驗(yàn)值，為1525安培/平方毫米。把它稱上截面積就得到通流容量。 八 關(guān)于線寬與過(guò)孔鋪銅的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn) 我們?cè)诋婸CB時(shí)一般都有一個(gè)常識(shí)，即走大電流的地方用粗線（比

11、如50mil，甚至以上），小電流的信號(hào)可以用細(xì)線（比如10mil）。對(duì)于某些機(jī)電控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有時(shí)候走線里流過(guò)的瞬間電流能夠達(dá)到100A以上，這樣的話比較細(xì)的線就肯定會(huì)出問(wèn)題。 一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)值是：10A/平方mm，即橫截面積為1平方毫米的走線能安全通過(guò)的電流值為10A。如果線寬太細(xì)的話，在大電流通過(guò)時(shí)走線就會(huì)燒毀。當(dāng)然電流燒毀走線也要遵循能量公式：QI*I*t，比如對(duì)于一個(gè)有10A電流的走線來(lái)說(shuō)，突然出現(xiàn)一個(gè)100A的電流毛刺，持續(xù)時(shí)間為us級(jí)，那么30mil的導(dǎo)線是肯定能夠承受住的。（這時(shí)又會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)問(wèn)題?導(dǎo)線的雜散電感，這個(gè)毛刺將會(huì)在這個(gè)電感的作用下產(chǎn)生很強(qiáng)的反向電動(dòng)勢(shì)，從而有可能損

12、壞其他器件。越細(xì)越長(zhǎng)的導(dǎo)線雜散電感越大，所以實(shí)際中還要綜合導(dǎo)線的長(zhǎng)度進(jìn)行考慮） 一般的PCB繪制軟件對(duì)器件引腳的過(guò)孔焊盤鋪銅時(shí)往往有幾種選項(xiàng)：直角輻條，45度角輻條，直鋪。他們有何區(qū)別呢？新手往往不太在意，隨便選一種，美觀就行了。其實(shí)不然。主要有兩點(diǎn)考慮：一是要考慮不能散熱太快，二是要考慮過(guò)電流能力。 使用直鋪的方式特點(diǎn)是焊盤的過(guò)電流能力很強(qiáng)，對(duì)于大功率回路上的器件引腳一定要使用這種方式。同時(shí)它的導(dǎo)熱性能也很強(qiáng)，雖然工作起來(lái)對(duì)器件散熱有好處，但是這對(duì)于電路板焊接人員卻是個(gè)難題，因?yàn)楹副P散熱太快不容易掛錫，常常需要使用更大瓦數(shù)的烙鐵和更高的焊接溫度，降低了生產(chǎn)效率。使用直角輻條和45角輻條會(huì)減少

13、引腳與銅箔的接觸面積，散熱慢，焊起來(lái)也就容易多了。所以選擇過(guò)孔焊盤鋪銅的連接方式要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，綜合過(guò)電流能力和散熱能力一起考慮，小功率的信號(hào)線就不要使用直鋪了，而對(duì)于通過(guò)大電流的焊盤則一定要直鋪。至于直角還是45度角就看美觀了。 為什么提起這個(gè)來(lái)了呢？因?yàn)榍耙魂囈恢痹谘芯恳豢铍姍C(jī)驅(qū)動(dòng)器，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器中H橋的器件老是燒毀，四五年了都找不到原因。在一番辛苦之后終于發(fā)現(xiàn)：原來(lái)是功率回路中一處器件的焊盤在鋪銅時(shí)使用了直角輻條的鋪銅方式（而且由于鋪銅畫的不好，實(shí)際只出現(xiàn)了兩個(gè)輻條）。這使得整個(gè)功率回路的過(guò)電流能力大打折扣。雖然產(chǎn)品在正常使用過(guò)程沒(méi)有任何問(wèn)題，工作在10A電流的情況下完全正常。但是，當(dāng)H橋

14、出現(xiàn)短路時(shí)，該回路上會(huì)出現(xiàn)100A左右的電流，這兩根輻條瞬時(shí)就燒斷了（uS級(jí)）。然后呢，功率回路變成了斷路，儲(chǔ)藏在電機(jī)上的能量沒(méi)有瀉放通道就通過(guò)一切可能的途徑散發(fā)出去，這股能量會(huì)燒毀測(cè)流電阻及相關(guān)的運(yùn)放器件，擊毀橋路控制芯片，并竄入數(shù)字電路部分的信號(hào)與電源中，造成整個(gè)設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p毀。整個(gè)過(guò)程就像用一根頭發(fā)絲引爆了一個(gè)大地雷一樣驚心動(dòng)魄。 那么,為什么在功率回路中的焊盤上只使用了兩個(gè)輻條呢？為什么不讓銅箔直鋪過(guò)去呢？因?yàn)?，生產(chǎn)部門的人員說(shuō)那樣的話這個(gè)引腳太難焊了！設(shè)計(jì)者正是聽(tīng)了生產(chǎn)人員的話，所以才.1 印制導(dǎo)線的寬度設(shè)計(jì)印制導(dǎo)線的寬度由導(dǎo)線的負(fù)載電流、允許的溫升和銅箔的附著力決定.印制導(dǎo)線的寬度

15、和厚度確定導(dǎo)電的截面職.導(dǎo)線的截面積越大，載流量就越大但是電流流過(guò)導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生熱量并引起導(dǎo)線溫度升高，溫升的大小受電流和散熱條件影響.而允許的溫升是由電路的特性、元器件的工作溫度要求和整機(jī)工作的環(huán)境要求等因素決定的，所以溫升必須限制在一定的范圍內(nèi).印制導(dǎo)線附著在絕緣基材上過(guò)高的溫度會(huì)影響導(dǎo)線對(duì)基材的附著力，所以在設(shè)計(jì)印制導(dǎo)線的寬度時(shí)應(yīng)考慮在選定銅箔厚度的基材基礎(chǔ)上，導(dǎo)線需要的負(fù)載電流、導(dǎo)線允許的溫升和銅箔的附著力都能滿足要求的情況下確定印制導(dǎo)線的寬度.在印制板的導(dǎo)線寬度不小于O.2mm ，厚度為35m 以上的銅箔，其負(fù)載電流在0.6A時(shí)溫升一般平超過(guò)10oC。對(duì)于SMT印制板和高密度板的信號(hào)導(dǎo)線

16、其負(fù)載電流很小，導(dǎo)線寬度可以小于O.2mm. 但是導(dǎo)線越細(xì)其加工難度就越大，負(fù)載電流能力也小.所以在布線空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)選擇寬一些的導(dǎo)線.一般接地線和電源線應(yīng)設(shè)計(jì)得較寬，這樣既有利于降低導(dǎo)線的溫升又有利于制造.印制導(dǎo)線的最小寬度應(yīng)根據(jù)信號(hào)線的電流大小和制造的工藝極限來(lái)確定.通常信號(hào)線的負(fù)載電流很小.所以印制導(dǎo)線的寬度主要取決于制造的工藝極限.而工藝極限值又隨印制板生產(chǎn)商的工藝技術(shù)水平和選用基材銅箔的厚度有關(guān)，所以設(shè)計(jì)導(dǎo)線寬度時(shí)應(yīng)了解印制板生產(chǎn)商的工藝技術(shù)水平.目前可制造的最小寬度為O.05mm ，但這并不是每個(gè)制造商都能達(dá)到的.通常地線寬度設(shè)計(jì)為0.51-2.03mm (20-80mi

17、l)，電源線為O.51-1.27mm (20-50mil). 信號(hào)線為O.1-0.3mm (4-12mil).地線和電源總線寬度應(yīng)根據(jù)載流量考慮.具體導(dǎo)線寬度應(yīng)根據(jù)電流負(fù)載能力和特性阻抗要求來(lái)計(jì)算.導(dǎo)線的尺寸制度取決于導(dǎo)電圖形的設(shè)計(jì)精度、生產(chǎn)底版的精度、制造工藝(成像、鍍覆、蝕刻的方法和質(zhì)量)且導(dǎo)體厚度和均勻性等因素.印制導(dǎo)線的最小設(shè)計(jì)寬度受印制板制作工藝的制約,是影響印制板設(shè)計(jì)可制造性的主要因素之一.為了保證印制板導(dǎo)線寬能達(dá)到標(biāo)稱寬度，應(yīng)考慮印制板生產(chǎn)過(guò)程中工藝方法的不同、基材的銅箔厚度不同.例如在電鍍和蝕刻等正藝中不可避免地會(huì)使導(dǎo)線增寬或由于側(cè)蝕而使導(dǎo)線寬度減小，不同的工藝方法使導(dǎo)線的精度

18、變化不同.這些因素造成的公差按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.一般導(dǎo)線寬度小于標(biāo)稱寬度的20%-25%可以接受.對(duì)于減成法，在蝕刻時(shí)印制導(dǎo)線的側(cè)蝕是不可避免的，側(cè)蝕的量隨銅箔厚度增加而加大.蝕刻系數(shù)為銅厚度(包括圖形鍍銅層)與側(cè)蝕量的比(見(jiàn)圖54)，該系數(shù)等于或小于1為正常蝕刻，大于1時(shí)為不正常.這時(shí)應(yīng)調(diào)整蝕刻方法和蝕刻工藝條件. 從工藝方法考慮，采用全板電鍍工藝，實(shí)際上是將基材的銅層電鍍加厚了，在蝕刻時(shí)就相當(dāng)于用較厚的銅箔蝕刻，側(cè)蝕的量大，導(dǎo)線會(huì)變細(xì)，因而該法不適于制作較細(xì)的導(dǎo)線.圖形電鍍只加厚了導(dǎo)線的銅厚層度，而蝕刻去掉的銅箔厚度只是導(dǎo)線之間的原始銅箔厚度，相對(duì)較薄.因而側(cè)蝕的小，導(dǎo)線與設(shè)計(jì)的寬度差就小，如果選

19、擇更薄的原始銅箔基材，則導(dǎo)線的側(cè)蝕量更小，可以制作更精細(xì)的導(dǎo)線.實(shí)踐證明選擇較薄銅箔的基材并采用圖形電鍍工藝可以制作較為精細(xì)的印制導(dǎo)線.對(duì)于正常的蝕刻.在導(dǎo)線精度要求高時(shí)應(yīng)選擇薄銅箔的基材.蝕刻時(shí)的側(cè)蝕比較小.導(dǎo)線寬度就更接近設(shè)計(jì)值，或者由設(shè)計(jì)和工藝對(duì)設(shè)計(jì)的導(dǎo)線寬度進(jìn)行補(bǔ)償.者5-2給出了工藝方法與標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)計(jì)補(bǔ)償量.在設(shè)計(jì)高精度印制導(dǎo)線時(shí)可參照給以補(bǔ)償.并盡量采用線寬且其公差寬些的導(dǎo)線.但是過(guò)寬的導(dǎo)線全降低布線密度.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧這兩方面因素進(jìn)行優(yōu)化.又細(xì)又長(zhǎng)的印制導(dǎo)線電阻大，在高頻條件下使用其特性阻抗也大.所以對(duì)高頻電路的印制導(dǎo)線寬度的設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的阻抗計(jì)算而確定.并對(duì)由于上述的蝕刻特性而

20、引起的導(dǎo)線寬度變化應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮給予一定的設(shè)計(jì)補(bǔ)償量.對(duì)于一般精度要求的印制導(dǎo)線不需要補(bǔ)償.只要選擇合適厚度的銅箔和加工工藝方法，按正常生產(chǎn)合格的導(dǎo)線寬度就能滿足使用要求，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.1級(jí)產(chǎn)品導(dǎo)線寬度偏差應(yīng)小于等于25%. 2 、3 級(jí)產(chǎn)品導(dǎo)線寬度偏差應(yīng)小于等于20%. 如果對(duì)導(dǎo)線的寬度的精度要求高于上述標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)另外注明導(dǎo)線的偏差.精度越高越難于制造.成本也越高. 從表5-2可以看出不同的工藝方法和不同的掩膜及抗蝕層對(duì)導(dǎo)線的精度有明顯影響，若制作精度高和較細(xì)的印制導(dǎo)線需要選擇較薄的銅箔和圖形電鍍法工藝，這般由工藝人員根據(jù)擬將采用的工藝方法與設(shè)計(jì)人員共同商量.以確定具體的導(dǎo)線寬度的設(shè)計(jì)補(bǔ)償量.因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)是按銅箔厚度的標(biāo)稱值考慮導(dǎo)線寬度的，而一般的工藝方法要采用圖形電鍍，在加工時(shí)導(dǎo)電圖形的銅箔被鍍層加厚了20-25m，這樣以來(lái)雖然導(dǎo)線寬度因?yàn)閭?cè)蝕特性減少了一點(diǎn)，但圖形電鍍時(shí)銅箔又加厚了，導(dǎo)線的截面積實(shí)