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      张飞软硬开源基于STM32 BLDC直流无刷电机驱动器开发视频套件,??戳此立抢??

      实测:PCB走线与过孔的电流承载能力

      射频百花潭 ? 2019-04-09 11:48 ? 次阅读

      简介:使用FR4敷铜板pcbA上各个器件之间的电气连接是通过其各层敷着的铜箔走线和过孔来实现的。由于不同产品、不同模块电流大小不同,为实现各个功能,设计人员需要知?#28010;?#35774;计的走线和过孔能否承载相应的电流,以实现产品的功能,防止过流时产品烧毁。文中介绍设计和测试FR4敷铜板上走线和过孔的电流承载能力的方案和测试结果,其测试结果可以为设计人员在今后的设计中提供一定的借鉴,使pcb设计更合理、更符合电流要求。

      1 引言

      现阶段印制电路板(PCB)的主要材料是FR4的敷铜板,铜纯度不低99.8%的铜箔实现着各个元器件之间平面上的电气连接,镀通孔(即via)实现着相同信号铜箔之间空间上的电气连接。但?#23884;?#20110;如何来设计铜箔的宽度,如何来定义VIA的孔径,我们一直凭经验来设计。为了使layout设计更合理和满足需求,对不同线径的铜箔进行了电流承载能力的测试,用测试结果作为设计的参考。

      2 影响电流承载能力因素分析

      产品pcba不同的模块功能,其电流大小也不同,那么我们需要考虑起到桥梁作用的走线能否承载通过的电流。决定电流承载能力的因素主要有:

      铜箔厚度、走线宽度、温升、镀通孔孔径。在实际设计中,还需要考虑产品使用环?#22330;CB制造工艺、板材质量等。

      2.1 铜箔厚度

      在产品开发初期,根据产品成本以及在该产品上的电流状态,定义PCB的铜箔厚度。一般对于没有大电流的产品,可以选择表(内)层约17.5μm厚度的铜箔;如果产品有部分大电流,板大小足够,可以选择表(内)层约35μm厚度的铜箔;如果产品大部?#20013;?#21495;都为大电流,那么必须选(内)层约70μm厚度的铜箔。

      对于两层以上的PCB,如果表层和内层铜箔使用相同厚度,相同线径走线的承载电流能力,表层大于内层。以PCB内外层均使用35μm铜箔为例:内层线路?#32431;?#23436;毕后便进行层压,所?#38405;?#23618;铜箔厚度是35μm。外层线路?#32431;?#23436;毕后需要进行钻孔,由于钻孔后孔不具有电气连接性能,需要进行化学镀铜,此过程是全板镀铜,所以表层铜箔会镀上一定厚度的铜,一般约25μm~35μm之间,因此外层实际铜箔厚度约为52.5μm~70μm。敷铜板供应商的能力不同,铜箔均匀度会有不同,但差异不大,所以对载流的影响可?#38498;?#30053;。

      2.2 走线宽度

      产品在铜箔厚度选定后,走线宽度便成为载流能力的决定性因素。走线宽度的设计值和?#32431;?#21518;的实际值有一定的偏差,一般?#24066;?#20559;差为+10μm/-60μm。由于走线是?#32431;坛?#22411;,在走线转角处会有药水残留,所以走线转角处一般会成为最薄弱的地方。这样,在计算有转角走线的载流值时,应将在直线走线上测得的载流值基础上,乘以(W-0.06)/W(W为走线线宽,单位为mm)。

      2.3 温升

      PCB的走线上通过持续电流后会使该走线发热,从而引起持续温升,当温度升高到基材TG温度或高于TG温度,那么可能引起基材起翘、鼓泡等变形,从而影响走线铜箔与基材的结合力,走线翘曲形变导致断裂。

      PCB的走线上通过瞬态大电流后,会使铜箔走线最薄弱的地方短时间来不及向环境传热,近?#20973;?#28909;系统,温度?#26412;?#21319;高,达到铜的熔点温度,将铜线烧毁。

      2.4 镀通孔孔径

      镀通孔通过电镀在过孔孔壁上的铜来实现不同层之间的电气连接,由于为整板镀铜,所以对于各个孔径的镀通孔,孔壁铜厚均相同。不同孔径镀通孔的载流能力取决于铜壁周长。

      3 测试PCB设计

      现阶段使用TG温度?#30452;?#26159;>135℃和>150℃的基材,由于考虑到ROHS对无铅的要求,PCB将逐?#35282;?#25442;为无铅,那么必须选择TG温度>150℃的基材。所?#28304;?#27425;测试板基材选择Shengyi S1000。

      测试板PCB大小采用宽164mm、长273.3mm。PCB由深圳牧泰莱技术有限公司制作。测试板PCB分三组。

      3.1 第一组?#21644;?#23618;铜箔17.5μm,内层铜箔35μm第一组测试板PCB使用外层17.5μm基铜,内层35μm基铜。外层线径?#30452;?#26159;:0.125mm0.16mm,0.2mm,0.25mm,0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.7mm,0.8 mm,0.9mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm,2.0mm,2.4mm,2.8mm,3.0mm,3.5mm,4.0mm,4.5mm,5.0mm,5.5mm,6.0mm,6.5mm,7.0mm,7.5mm,8.0mm。每种线?#35835;?#20010;样品。内层线径?#30452;?#26159;:0.125mm,0.16mm,0.2mm,0.25mm,0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.7mm,0.8 mm,0.9mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm,2.0mm,2.4mm,2.8mm,3.0mm,3.5mm,4.0mm,4.5mm,5.0mm,5.5mm,6.0mm,6.5mm,7.0mm,7.5mm,8.0mm。每种线?#35835;?#20010;样品。镀通孔孔径?#30452;?#26159;:0.15mm,0.25mm,0.3mm,0.5mm,0.7mm。每种孔?#35835;?#20010;样品。

      3.2 第二组?#21644;?#23618;铜箔35μm,内层铜箔70μm第二组测试板PCB使用外层35μm基铜,内层70μm基铜。外层线径?#30452;?#26159;:0.125mm,0.16mm,0.2mm,0.25mm,0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.7mm,0.8 mm,0.9mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm,2.0mm,2.4mm,2.8mm,3.0mm,3.5mm,4.0mm,4.5mm,5.0mm,5.5mm,6.0mm,6.5mm,7.0mm,7.5mm,8.0mm。每种线?#35835;?#20010;样品。

      由于对于70μm的铜箔厚度,现有供应商的能力为内层最小线径0.2mm,所?#38405;?#23618;线径?#30452;?#26159;:0.2mm,0.25mm,0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.7mm,0.8 mm,0.9mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm,2.0mm,2.4mm,2.8mm,3.0mm,3.5mm,4.0mm,4.5mm,5.0mm,5.5mm,6.0mm,6.5mm,7.0mm,7.5mm,8.0mm。每种线?#35835;?#20010;样品。

      镀通孔孔径?#30452;?#26159;:0.15mm,0.25mm,0.3mm,0.5mm,0.7mm。每种孔?#35835;?#20010;样品。

      3.3 第三组?#21644;?#23618;铜箔70μm,内层铜箔105μm第三组测试板PCB使用外层70μm基铜,内层105μm基铜。由于对于70μm的铜箔厚度,现有供应商的能力为外层最小线径0.3mm,所以外层线径?#30452;?#26159;:0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.7mm,0.8 mm,0.9mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm,2.0mm,2.4mm,2.8mm,3.0mm,3.5mm,4.0mm,4.5mm,5.0mm,5.5mm,6.0mm,6.5mm,7.0mm,7.5mm,8.0mm。

      每种线?#35835;?#20010;样品。由于对于105μm的铜箔厚度,现有供应商的能力为内层最小线经0.3mm,所?#38405;?#23618;线径?#30452;?#26159;:0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.7mm,0.8 mm,0.9mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm,2.0mm,2.4mm,2.8mm,3.0mm,3.5mm,4.0mm,4.5mm,5.0mm,5.5mm,6.0mm,6.5mm,7.0mm,7.5mm,8.0mm。每种线?#35835;?#20010;样品。镀通孔孔径?#30452;?#26159;:0.15mm,0.25mm,0.3mm,0.5mm,0.7mm。每种孔?#35835;?#20010;样品。

      4 测试方案

      根据IPC-TM-650 teST METHODS MANUAL的2.5.4多层线路板耐电流部分,设计测试方案如下:室温下,对于内外层走线的测试?#33322;?a href='http://www.62903315.com/tags/温度传感器/' target='_blank'>温度传感器贴在待测铜箔走线中间位置,在待测铜箔走线两端施加电流,待温升ΔT稳定后,保持3min,记下ΔT。逐步增加电流,直至铜箔走线毁坏。

      室温下,对于镀通孔的测试?#33322;?#28201;度传感器贴在VIA上,在待测VIA引出走线两端施加电流,待温升ΔT稳定后,保持3min,记下ΔT。逐步增加电流,直至VIA毁坏。

      电流值?#27573;?#20026;0~100A。采样值:0.1A,0.2A,0.3A,0.4A,0.5A,0.6A,0.7A,0.8A,0.9A,1A,1.2A,1.5A,1.8A,2A,2.3A,2.5A,2.7A,3A,4A,5A,6A,7A,8A,9A,10A,15A,20A,25A,30A,35A,40A,45A,50A,55A,60A,65A,70A,75A,80A,85A,90A,95A,100A。

      5 测试结果分析在此,只对第一组测试数据结果进行分析。5.1 线径的测试结果分析以2.8mm线径的外层铜箔为例,其测量数据如表1。

      表1 2.8mm线径的外层铜箔测量数据表

      根据表1测量数据可以做出一个趋势图,如图1所示。

      图1 2.8mm外层铜箔线径的温升与电流的趋势图

      我们根据实测?#31561;?#24179;均值后,可以得到2.8mm外层铜箔走线在温升为ΔT=20℃时可以承载约8A电流;在温升为ΔT=40℃时可以承载约10.8A电流;在温升为ΔT=60℃时可以承载约13A电流;在温升为ΔT=100℃时可以承载约16A电流;极限耐持续电流约为20A。

      根据以上的方法,我们可以得到17.5μm外层铜箔不同线径的载流能力,35μm内层铜箔不同线径的载流能力。

      5.2 镀通孔的测试结果分析由于镀通孔的温度测量无法在孔壁的铜层上实现,我们实测的?#23884;?#36890;孔焊盘面的温度,所以以下测试数据仅作为参考。

      图2 0.15mm孔径的VIA温升与电流的趋势图0.15mm孔径的镀通孔测量?#31561;?#22270;2。

      0.25mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm孔径的镀通孔测量值的图形在此就省略了,汇总后,可以得到表2。

      表2 17.5μm外层/35μm内层铜箔的PCB上不同孔径载流能力数据表

      6 总结

      通过本次实验和对实验数据的分析,对敷铜PCB上走线和过空的电流承载能力有了一个较为感性的认识。但是一方面由于测试板不是批产供应商制作的,制作工艺的不同影响到走线宽度的不同和镀通孔孔臂厚度和周长的不同;另一方面实验过程中每个样品的散热状态有一定的差异;此外测试板的设计和实验方案的设计为理想状态,而实际产品的安装位置不同,产品上的元器件分布的不同,布线的密集度以及使用基材的不同,都是测试板无法模拟的,所以分析数据不能直接指导设计。但是在以后的开发和设计中,我们可以借鉴本次实验的数据。同时也可以在今后产品中设计情况和实践验证来修正实验数据,以便于更准确地指导设计。

      原文标题:实测:PCB走线与过孔的电流承载能力

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      电路板?#32431;?#26159;什么意思

      ?#32431;?#27861;是用?#32431;桃航?#23548;电线路以外的铜箔去除掉的方法,雕刻法是用雕刻机将导电线路以外的铜箔去除掉的方法,....
      发表于 05-17 11:13 ? 71次 阅读
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      工程师对4层PCB板设计,你是怎么入门的呢?

      在设计PCB电路板之前,我们要考虑诸多问题,如多层板层叠结构的选择问题,确定层数之后,还要确定内电层....
      的头像 Duke 发表于 05-17 11:06 ? 0次 阅读
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      高速HDMI接口PCB相关阻抗匹配控制设计?#25913;?/a>

      HDMI 规范文件里面规定其差分线阻抗要求控制在 100Ω ±15%,其中 Rev.1.3a 里面规定相对放宽了一些,容?#22871;?#25239;失控在100Ω ...
      发表于 05-17 10:40 ? 21次 阅读
      高速HDMI接口PCB相关阻抗匹配控制设计?#25913;? />    </a>
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      PCB电磁干扰设计的一些经验

      首先,对于大脑里面一定要清楚一个概念--在高频里面,自由空间的阻抗是377欧姆,对于一般的EMI中的空间辐射来说,是由于信号...
      发表于 05-17 10:26 ? 20次 阅读
      PCB电磁干扰设计的一些经验

      Mentor推出新印刷电路板设计平台 可提供准确的并行设?#21697;?#26512;和验证

      Mentor, A Siemens Business 推出了新的专注于多维验证的 Xpedition....
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 05-17 09:59 ? 311次 阅读
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      电路板制作原理与结构!自制电路板最常用的五种方法比较

      电路板图设计完成后,接下来的工作便是制作电路板,这是电子小制作中的一项重要工作。制作电路板的过程就是....
      发表于 05-17 09:09 ? 99次 阅读
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      PCB包地经验总结

      信号线两边的地包还是不包是个问题。在平时做设计的时候经常看到有人纠结于包地问题。可能受到板子大小的限制,又听说包地能让信...
      发表于 05-17 08:10 ? 16次 阅读
      PCB包地经验总结

      高速电路设计中常见的端接方式

      先说说电路为什么需要端接?众所周知,电路中如果阻抗不连续,就会造成信号的反射,引起上冲下冲,振铃等信号失真,?#29616;?#24433;响信号质...
      发表于 05-17 08:04 ? 14次 阅读
      高速电路设计中常见的端接方式

      电路设计与制版技术?#22363;?#20043;PROTEL99SE简明使用手册免费下载

      网络报表是电路原理图设计和印制板设计之间的桥梁和纽带。网络报表包含原理图中的元件封装信息。
      发表于 05-17 08:00 ? 29次 阅读
      电路设计与制版技术?#22363;?#20043;PROTEL99SE简明使用手册免费下载

      烽火四起,酣战未尽!华强PCB自断后路,突然“人间蒸发”了?!

      近期,据不少熟悉PCB打样的人员?#20174;常?#26126;明搜索华强PCB,出来的却是华秋电路?困惑不已,华强PCB难....
      发表于 05-16 17:48 ? 29次 阅读
      烽火四起,酣战未尽!华强PCB自断后路,突然“人间蒸发”了?!

      如何进行PCB原理图的反推 反推过程是怎么的

      PCB抄板,?#21040;?#20063;常被称为电路板抄板、电路板克隆、电路板复制、PCB克隆、PCB逆向设计或PCB反向....
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 05-16 17:29 ? 177次 阅读
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      PCB工艺流程的基础知识培训资料课件免费下载

      PCB就是印制线路板(printed circuit board),也叫印刷电路板。广义上讲是:在印....
      发表于 05-16 16:35 ? 33次 阅读
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      PCB失效分析技术及部分案例

      对于这?#36136;?#25928;问题,我们需要用到一些常用的失效分析技术,来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一....
      的头像 射频百花潭 发表于 05-16 16:24 ? 239次 阅读
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      hdi线路板市场情况

      我们生活的移动互联网时代,手机通讯,电脑电子对我们的影响是非常大的。也是HDI线路板应用的较大的领域....
      的头像 发烧友学院 发表于 05-16 16:22 ? 132次 阅读
      hdi线路板市场情况

      CAM350工具的优势及使用注意事项说明

      CAM350就是把layout工程师设计出来的线路板,经?#31361;?#20197;电脑资料的方式给线路板厂,然后板厂根据....
      的头像 牵手一起梦 发表于 05-16 15:53 ? 127次 阅读
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      覆铜板行?#23548;?#20013;度极高,成本传导能力强

      玻纤行业市场集中度较高,周期性趋冷和环保限产使供给紧张。
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 05-16 15:28 ? 162次 阅读
      覆铜板行?#23548;?#20013;度极高,成本传导能力强

      PCB设计流程及注意事项说明

      电路原理图的设计是整个电路设计的基础,它的设计的?#27809;?#30452;接决定后面PCB设计的效果。
      的头像 牵手一起梦 发表于 05-16 15:05 ? 124次 阅读
      PCB设计流程及注意事项说明

      PCB干膜是什么?拥?#24515;?#20123;种类?

      PCB干膜是一种高分子的化合物,它通过紫外线的照射后能够产和一种聚合?#20174;?#24418;成一种稳定的物质附着于板面....
      的头像 牵手一起梦 发表于 05-16 14:48 ? 120次 阅读
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      印制电路板设计产生的污染物的解决方法

      印制电路板设计生产主要是在覆铜板上去掉多余的铜并形成线路,多层印制板还需要连接导通各层。由于电路板越....
      的头像 牵手一起梦 发表于 05-16 14:42 ? 139次 阅读
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      PCB焊接技术的步骤及质量检查方法

      PCB焊接技术近年来电子工业工艺发展历程,可以注意到一个很明显的趋?#20973;?#26159;回流焊技术。原则上传统插装件....
      的头像 牵手一起梦 发表于 05-16 14:13 ? 169次 阅读
      PCB焊接技术的步骤及质量检查方法

      电路板厂对产品?#24515;?#20123;品质要求

      科技的发展使行业细分的越来越明显,电子产业是目前全球化、市场化最为彻底的领域,而?#20998;?#39640;新的技术和低廉....
      的头像 牵手一起梦 发表于 05-16 11:44 ? 150次 阅读
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      烽火四起,酣战未尽!华强PCB自断后路,突然“人间蒸发”了?!

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      的头像 时光流逝最终成了回忆 发表于 05-16 09:06 ? 827次 阅读
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      CH340 PCB电路板官方文件免费下载

      本文档的主要内容详细介绍的使用CH340 PCB电路板官方文件免费下载
      发表于 05-16 08:00 ? 43次 阅读
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      WiFi模块PCB布局的指导手册资料免费下载

      一.WIFI 模组部分电路的布?#27490;?#33539;: 1.WIFI 模组布局远离主控 CPU 及 DDRAM 等....
      发表于 05-16 08:00 ? 33次 阅读
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      PCB板设计后期检查要点

      焊盘间距。如果是新的器件,要?#32422;?#30011;元件封装,保证间距合?#21097;?#28938;盘间距直接影响到元件的焊接。
      的头像 陈翠 发表于 05-15 18:10 ? 314次 阅读
      PCB板设计后期检查要点

      多层PCB线路板打样难点

      由于多层电路板中层数众多,用户对PCB层的校?#23478;?#27714;越来越高。通常,层之间的对准公差控制在75微米。考....
      发表于 05-15 17:57 ? 66次 阅读
      多层PCB线路板打样难点

      PADS9.3如何全?#20013;?#25913;“元件序号或元件的边框”的大小详细资料说明

      本文档的主要内容详细介绍的是PADS9.3如何全?#20013;?#25913;“元件序号或元件的边框”的大小详细资料说明。
      发表于 05-15 17:56 ? 31次 阅读
      PADS9.3如何全?#20013;?#25913;“元件序号或元件的边框”的大小详细资料说明

      遂宁?#23548;?#35745;划6月底前启动建设,正在开展项?#25239;?#21010;设计工作

      ?#23548;裀CB产业园目前正在开展污水处理厂项?#21487;?#20135;环评,计划在6月底前取得批复,并于9月底前开工建设。
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 05-15 17:54 ? 721次 阅读
      遂宁?#23548;?#35745;划6月底前启动建设,正在开展项?#25239;?#21010;设计工作

      10种实用的为PCB散热的方法

      对电路板进行很好的散热处理是非常重要的。PCB电路板的散热是一个非常重要的?#26041;冢?#37027;么PCB电路板散热....
      的头像 EDA365 发表于 05-15 17:42 ? 230次 阅读
      10种实用的为PCB散热的方法
      上海快3开奖走势图
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