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PCB走線與過孔的電流承載能力

發(fā)布時(shí)間 :2025-06-23 17:55 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
為什么要關(guān)注走線與過孔的電流承載能力?
PCB設(shè)計(jì)中,走線(Trace)和過孔(Via)實(shí)際上都是“銅導(dǎo)體”,當(dāng)電流通過時(shí)會產(chǎn)生熱量。
- 電流過大會導(dǎo)致局部溫升超標(biāo),影響元器件正常工作,甚至讓線路“燒斷”;
- 電流過小雖然安全,但過寬走線浪費(fèi)寶貴的板面資源,增加成本。
因此,既要保證可靠性,又要做到經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì),就必須準(zhǔn)確了解和計(jì)算PCB走線與過孔的電流承載能力。
 
PCB走線與過孔電流承載能力詳解
 
影響電流承載能力的主要因素
1. 走線線寬(Width)
   線寬越大,橫截面積越大,電阻越小、發(fā)熱越少,承載電流也就越高。
2. 銅厚(Copper Weight)
   常見有 1 oz、2 oz 等不同銅厚。銅厚越厚,橫截面積越大,理論承載電流能力也越強(qiáng)。
3. 層內(nèi) vs. 外層
   外層走線散熱條件好,可承載更高電流;內(nèi)層包裹在基材中,散熱不易,因此承載能力要打折扣。
4. 允許溫升(ΔT)
   通常我們允許走線溫度比環(huán)境溫度高10~20 °C;ΔT 越大,可承載電流越多,但可靠性要求會更嚴(yán)格。
5. 環(huán)境與板厚
   > IPC-2152 標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào),板子周圍環(huán)境(風(fēng)扇/自然對流)、板厚、是否有散熱銅箔平面等因素,也會影響最終溫升和電流能力。
 
怎么計(jì)算走線電流承載能力?
1. 基于 IPC-2152 標(biāo)準(zhǔn)的方法
IPC-2152《Standard for Determining Current-Carrying Capacity in Printed Board Design》是目前最權(quán)威的走線溫升與電流關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)。它基于大量實(shí)測數(shù)據(jù),給出了不同銅厚、不同層別下的電流–溫升–線寬曲線。常用步驟:
1. 確定最大允許溫升(如 ΔT=10 °C)
2. 查表或用計(jì)算器,輸入銅厚、層級、所需電流,得出所需線寬
3. 驗(yàn)證板上其他條件(如散熱面、基材熱導(dǎo)率)是否與標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)條件一致,否則需適度調(diào)整。
 
2. 公式近似
在無法查表時(shí),也可使用經(jīng)驗(yàn)公式(僅供快速估算):
外層走線:
I ≈ 0.048 × A^0.44
 
內(nèi)層走線:
I ≈ 0.024 × A^0.44
其中 I(A)為電流,A(sq mil)為走線橫截面積(線寬 × 銅厚換算后),ΔT 通常取10 °C左右。
注意:以上公式基于 IPC-2221,該標(biāo)準(zhǔn)已被 IPC-2152 更新,建議精確設(shè)計(jì)時(shí)仍以 IPC-2152 表格或計(jì)算器為主。
 
過孔(Via)的電流承載能力怎么定?
過孔的導(dǎo)電截面為“環(huán)形管殼”,其電流承載能力與走線思路類似:
1. 過孔直徑(Drill Size):孔徑越大,銅壁環(huán)形截面面積越大。
2. 鍍銅厚度(Plating Thickness):常見 25 µm、50 µm 等,鍍層越厚,能流更多電流。
3. 層別與散熱:過孔的位置(內(nèi)層/外層)和附近的大面積銅皮都會影響熱量擴(kuò)散。
 
一般經(jīng)驗(yàn):
- 一個(gè) 0.3 mm 鉆孔、鍍銅 25 µm 的標(biāo)準(zhǔn)過孔,承載約 1 A 左右;
- 若要更高電流,可選用 0.5 mm 鉆孔、50 µm 鍍銅,或并聯(lián)多孔;
- 也可對過孔周圍加灌銅、加銅箔平面來增強(qiáng)散熱和電流承載。
 
設(shè)計(jì)建議
1. 優(yōu)先查表/用 IPC-2152 計(jì)算器,快速準(zhǔn)確定線寬;
2. 板上關(guān)鍵電源線可適當(dāng)放大線寬,給足安全裕度;
3. 多孔并聯(lián)或“灌銅”過孔群提升過孔承載能力;
4. 注意板邊風(fēng)道及散熱結(jié)構(gòu),良好散熱可讓同樣線寬承載更多電流;
5. 出樣后用紅外熱像或直接探針實(shí)測,驗(yàn)證溫升是否符合預(yù)期。


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