PCB板的设计电流通常都是小电流,那么如何让PCB板能够承受更大的电流呢?日常生活中所使用的电子产品也不过几十毫安到几安不等,要是一下来个几十安或者100A以上,那不得直接造成板子烧毁或是安全事故。那有什么办法可以解决此类担忧呢?
此方法为我们PCB设计时使用最多的方法,因为在PCB上走线越宽,载流能力越大。但走线宽度与载流能力并不是线性关系。假设在同等条件下,10mil的走线能承受1A的电流,但50mil的走线并不能承受5A的电流。
因此,我们此时就需要先了解PCB的结构,以简单的两层板为例,这种电路板通常是三层式结构:铜皮,板材,铜皮。其中铜皮也就是PCB中电流和信号要通过的主要路径。而我们设计时常见的大电流PCB设计操作方法如下:
(1)增大线宽,常规一般是1A 1mm(40mil);
(2)覆铜厚度,1oz,2oz+++;
(3)导线上开窗,加锡、银、铜等;
实际在工程上,对于布线的长度没有一个严格的标准。工程上通常会用:铜厚/温升/线径,这三个指标来衡量PCB板的载流能力。我们也可以通过以下两个表来了解如何增加铜厚、加宽线径,以此来提高PCB散热能够增强PCB的载流能力:
除在PCB上走线之外,还可以采用接线柱的方式走线。其主要作用有两个:
(1)固定:其是螺丝柱,拥有螺纹,这就要求此金属必须有一定的硬度且易制造。那么我们常见的硬度合适且造价低廉的材料有:1黄铜、2铝合金、3钢。
(2)接地:对于接地来说,任何金属都可以,因为接地不会有大负载,且螺丝柱相对较粗且是多个,任何金属都可以满足。
若我们是使用在工业上的话就需要定制铜排来走大电流,例如变压器,服务器柜等应用都是用铜排来走大电流。
附铜排载流能力表:
除了以上三种方法外,我们有时候还会应用到一些比较特殊的工艺,但这些特殊工艺国内能加工的厂家较少,一般不容易找到。
例如英飞凌就有一种PCB,采用3层铜层设计,顶层和底层是信号布线层,中间层是厚度为1.5mm的铜层,专门用于布置电源,这种PCB可以轻易做到小体积过流100A以上。
(1)电流过大导致PCB发热严重,也可能是局部发热,因为电流并不是平均流过导体的。常用的FR4 的TG一般在140~170度,超过了虽然可能不会燃烧,但是会直接导致板材软化,电气性能严重下降。
(2)板材的可靠性会因此大打折扣。
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