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PCB走线、过孔与电流承载能力有什么关系?真相原因是这样的

发布日期:2022-02-14


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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:将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:将温度传感器贴在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。


电流值范围为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。



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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。


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根据表1测量数据可以做出一个趋势图,如图1所示:


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图1 2.8mm外层铜箔线径的温升与电流的趋势图


我们根据实测值取平均值后,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,我们实测的是镀通孔焊盘面的温度,所以以下测试数据仅作为参考。


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图2 0.15mm孔径的VIA温升与电流的趋势图0.15mm孔径的镀通孔测量值


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。


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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

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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。


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