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PCB布线,关于PCB线宽这些问题你必须要考虑!

发布时间:2020-06-13 发布时间:
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涉及到PCB的布线时,铜迹线的宽度和厚度将决定电路的性能。这里有一张传统的对照表格参考,我们可以通过给定的电流和预期的温升来计算出PCB铜迹线的横截面积。这种表格的参数都类似,毕竟这就是物理学。

这张表格对于评估满载下电路板铜迹线预期温升很有帮助,温度越低,当然越好。如上图所示,沿着横轴方向,铜迹线横截面积越大,你可以获得你想要的设计参数。我们大部分人都知道如何给铜称重,取出一块重量为一盎司的铜,你能锤打出两边都为12英寸的薄片,如果你捶打技术精湛的话(铜的质量仍为1盎司)每平方英尺的铜的厚度可以仅有1.4mils。

我们真正设计的是电路板铜迹线之间的空间

如果我们蚀刻掉一些空间,设计一条1.4mils厚,36mils宽的铜迹线路,那么所得到的铜迹线路的横截面大约是50平方mils。 然后,例如,如果我们使用该铜迹线将5伏线路连接到一个15瓦的设备,那就是说会有3安培的电流。由上图可知,横截面为50平方mils和通过电流为3安培的点对应的温升为20摄氏度。 因此,如果环境温度为25度,那么铜迹线路的预计会达到45摄氏度,这大约是114华氏度——此时铜迹线路温度正常。 现在,将电流加倍,那么同一环境下同一条50mils铜迹线上的温度则会升高到环境温度之上的80摄氏度——此时线路上温度过高了!

上图一个很方便的图表,当知道了线路的宽度mils和质量(再次以盎司为计量单位)则可以通过这张表找到铜迹线的横截面积。 从上图图表里,我们会看到,当重量为一盎司铜迹线路其横截面积为50平方mils时,铜迹线的宽度数值点大约在30mils至50mils之间的前三分一处。通过参考两个图表,您可以在已知铜迹线路宽度情况下,计算出最符合功率要求铜的重量 ,反推亦然。 类似的图表都可以用于作为标准参考。

保持适宜的温度是保证系统正常运转的关键。

我们把晶圆上的温度,我们称之为结温或T-sub-j。 运用上述表格数据,我们可以通过计算公式计算出结点对铜迹线外表面温度和结点对板卡的温度影响,目前来说,那样已经足够了,但如果您想深入了解芯片级别的散热管理方式,半导体工程学中有一篇Ann Steffora Mutschler著作的的文章。很不错,可以参考一下。

事实上,我们不能总是靠铜单独把热量散发出去,所以我们通常在产品的外壳上增添通风口或者百叶窗,整个散热调节器可能会拧到外壳上。 额外的铝散热片,风扇和热管则通常用于片上系统(SoC)散热。

去电路板覆铜时要小心谨慎,PCB的每层尽量都保证有一个比较大的地层来保证其完整性

为了让某些特定的激光发挥出色,需要在电路板或设备上放置一个被称为热电冷却器的小型冰箱。 这些热电制冷装置,就像您家的冰箱一样,在一侧冷却,并将热量从另一侧散发出去。

对流,传导和热辐射都是一个不错的方式可有效缓解设备产生热量,但良好的电路板设计是成功散热管理的基本要素。去电路板的铜时务必小心谨慎,通过把每个电路板线路层设为可覆盖的基层来尽可能保持其完整性。多开整排整列的过孔, 尽可能多覆铜就行散热,这是更加生态合理的散热过程。

然后,还有另一个由线宽驱动的属性,即特征阻抗。 宽度以及绝缘层的介电常数和厚度将决定传输线路的阻抗。即使是阻抗的微小变化,也可以为所谓的“散射参数”或S参数设定阶段。 插入损耗,远端反射和“Viswahr”(电压驻波比的VSWR)是我的最爱,因为我可以理解它们或至少是常见的原因。

模拟的视频动画在这一点上比单纯的文字更加生动形象。 本质上,铜迹线路方向或宽度的任何变化都会产生阻抗不匹配。 一个过孔将一次将伴随着两个不稳定因素, 只要信号进入或离开元件焊盘,都将会有一部分反射信号出现。

专家提示:如果有焊盘下的线宽阻抗不匹配问题,我们可以通过以下方式减轻线宽阻抗不匹配问题,比如清除焊盘下方的电路板层,而延伸到更深的电路板层来实现线宽阻抗比配。

从一般意义上讲,50欧姆单端线的宽度大约等于到下面参考平面的间隙,更厚的电介质材料对应更宽的线路。 同时,电路板微通孔的纵横比将使我们的电路板具有非常薄的电介质,这对于合理的线路宽度来说未免太薄了。 这时我们就会根据实际情况(根据顶层布线)释放第二层,而改用第三层或者更深层作为参考平面层, 这不仅有助于可生产性,而且额外增加的宽度会使得电路板线路的能量损耗减少。 这些会随着更高的模拟频率和更快的数字上升和下降时间开始变得更加重要。


当我们进入更高的频率和数据速率时,用趋肤效应就很好的定义了信号的流向。 在这段频率近似疯狂的上升时间里,波形沿着电路铜迹线的“外壳”传播比在线路内芯中传播得更快。 电路板的铜迹线就好比是空心管,表面积大小对于良好的信号完整性传播变得至关重要。 在平衡这些不同的特性时,重要的是要记住线路宽度和气缝的大小要一同考虑。

微观水平的铜表面粗糙度也会影响信号的传播。 理想情况下,金属应该是绝对平滑。 然而,表面太过平滑又会阻碍材料彼此附着的能力,这也是我们在制造生产中遇到的许多不得不权衡点之一。

像这样的基本操作过程不会使得铜迹线横截面呈现完美的矩形

我们真正设计的是电路板铜迹线路之间的空间操作。 当电路板被蚀刻时,所有的铜镀工作都在那一步开始。 常规的操作过程就是掩盖我们想保留的部分,然后用酸溶解我们想去除的部分。 所以当你考虑电路板制作时,不难想象操作两条较宽的铜迹线路之间的细缝要比操作两条窄迹线之间的相同缝隙要困难的多。

像这样的基本操作过程不会使铜迹线横截面呈现完美的矩形,通常是形状为梯形或咬边的不规则的铜带。 这使得在测量电路板线路宽度时要具有针对性。 我们可以从铜迹线的电路板底部,顶部进行测量或者获得三个稍微不同的宽度值取其平均值,尤其在计算电流负载阻抗时要记住这一点, 小的几何差异会产生深远的影响。

所有这一切都是说,为电路板设计铜迹线宽度要比任何适合可行并且看起来漂亮的布线都要重要。 在可用空间之外,当我们选择电路板线铜迹线宽度时,我们需要考虑因素包括可靠性,产量,成本,SI / PI性能,组装,金属负载,变形,甚至环境。


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