qawsedfffrr 发表于 2023-5-9 11:15:52

PCB导体载流能力

对“PCB导体载流能力”研究贡献最大的是Mike Jouppi。1999年,一名美国工程师Mike Jouppi(迈克.乔皮,机械工程师,Thermal Man Inc. 公司总裁)开始追溯“PCB导体载流容量图表”的来源及理论依据,并在此基础上进行了新的研究,后应邀加入IPC(1-10b)工作组,于2003年3月,在IPC printed Circuits Expo上发表了一篇关于这方面的重要论文。该项研究持续了十年之久,直到2009年才结束研究。他的这些研究是基于实验的,所以有着较高的可信度。


2009年研8月,IPC组织采用了Mike Jouppi的重要研究成果,并发布了最新标准《IPC-2152,Standard for Determining Current Carrying Capacity in Printed Circuit Board Design》(确定印制板设计中通流能力的标准),全部取代以前的老标准。新标准对内层导体也进行的深入研究,新标准发现内层走线和外层走线冷却一样快,内层导体和外层导体散热没什么差距,甚至内层更好,因为板上的材料比空气导热性能更好。这也证明了之前将内层导体通流能力减半的假设是完全错误的。


IPC-2152新标准以一套(近100个)图表的形式公布,把PCB温升与导线电流、走线宽度、走线厚度、PCB板材、相邻走线、层间距离、有无涂层、环境条件等诸多因素的影响关系以图表的方式一一展现。


我们知道了温升(高出环境温度的温度增量)是影响PCB导体载流能力的决定性因素,那么,影响温升的因素又有哪些呢?下面我简单阐述一下温升与几个主要因素之间的关系:


1、PCB导线电流:其他条件相同的话,电流越大,温升越高,载流能力下降。


2、PCB导线宽度:在相同横截面积的条件下,导线越宽,散热越好,温升越低,载流能力越好。


3、PCB导线厚度:在相同横截面积的条件下,导线越薄,散热越好,温升越低,1OZ温升相比0.5OZ相差5~10%,2OZ温升相比1OZ升高了10~15%,31OZ温升相比21OZ升高了15~20%。


4、PCB板厚:PCB板厚会影响导体热量的传输路径,板越厚,散热越好,导体温升越低。FR4 PCB,0.965mm厚与1.79mm厚相比,导体温升高出3040%。


5、PCB板材:PCB板材的导热率直接影响导体的温升,导热率越大,导体温升越低。铜的导热率约为FR4板材介质的1000倍,而FR4板材导热率又是静止空气导热率的10倍,所以在静止空气条件下,内部导体的温升会小于外部导体。


6、同层相邻导线:在导线的同一层附近,如果有其他导体,将会降低散热效果,同层相邻导体根数越多,散热越差,温升越高,载流能力下降。


7、相邻层铜平面:对导体温升影响最大的因素是相邻层铜平面的影响。无论是电源平面、地平面,还是其他铜平面,都有助于散热从而减小温升。铜平面对导体温升有如下影响:(1)导体到相邻层铜平面的距离越近,导体的温升越低;(2)铜平面面积越大,导体温升越低;(3)铜平面厚度越大,导体温升越低;(4)铜平面的数量越多,导体温升越低。


8、表面涂层:PCB表面的阻焊漆涂层,也会影响导体散热效果,涂层越厚,散热效果越差,温升越高。

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