حاسبة عرض مسار PCB
الحد الأقصى للتيار المستمر DC الذي يجب أن يحمله المسار. نطاق IPC-2221 الصالح: 0–35 A.
أوزان النحاس القياسية: 1 أونصة/قدم² = 35 ميكرون = 1.378 ميل سمك. تستخدم معظم لوحات PCB طبقات خارجية بوزن 1 أونصة.
الحد الأقصى المسموح به لزيادة درجة الحرارة فوق المحيط. القيم النموذجية: 10°C (محافظ)، 20°C (قياسي)، 30°C (مسموح). النطاق الصالح: 10–100°C.
يفتح مخرجات المقاومة، وانخفاض الجهد، وفقد الطاقة. اتركه فارغًا لتخطي.
يستخدم لحساب انخفاض الجهد كنسبة مئوية من الإمداد، وللتحقق من مسافة المسار من جدول IPC-2221 2-1.
يوسع المسار الموصى به بنسبة هذه النسبة لأخذ ت tolerances التصنيع وممارسات التصميم المحافظة في الاعتبار.
تقسيم التيار الكلي عبر N مسارات متوازية متطابقة، مما يقلل عرض كل مسار فردي بعامل N.
أدخل معلمات المسار الخاصة بك
املأ التيار، ووزن النحاس، وارتفاع درجة الحرارة لحساب الحد الأدنى لعرض مسار PCB وفقًا لـ IPC-2221 و IPC-2152.
كيفية استخدام حاسبة عرض مسار PCB
اختر وضع الحساب
اختر "العرض من التيار" (الوضع القياسي) للعثور على الحد الأدنى لعرض المسار لتيار معين. أو قم بالتبديل إلى "التيار من العرض" (الوضع العكسي) إذا كان لديك بالفعل عرض مسار وتريد معرفة الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يحمله بأمان.
أدخل معلماتك الكهربائية والحرارية
أدخل الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يجب أن يحمله مسارك، ووزن النحاس في لوحة الدوائر المطبوعة الخاصة بك (تستخدم معظم اللوحات 1 أونصة/قدم² = 35 ميكرومتر)، وارتفاع درجة الحرارة المسموح به فوق المحيط (10°C يعتبر محافظًا، 20°C هو المعتاد)، ودرجة الحرارة المحيطة المتوقعة. هذه القيم الأربعة تدفع حسابات IPC-2221 و IPC-2152.
أضف مدخلات اختيارية للحصول على نتائج كاملة
أدخل طول المسار لفتح مخرجات المقاومة، وانخفاض الجهد، وفقدان الطاقة. أدخل جهد الإمداد لرؤية انخفاض الجهد كنسبة مئوية من سكة الطاقة الخاصة بك (احتفظ بها أقل من 3% لسكك الطاقة). يمكنك أيضًا ضبط هامش الأمان (20% موصى به للوحة الإنتاج) واختر عدد المسارات المتوازية إذا كنت تقسم التيار عبر مسارات متعددة.
اقرأ وطبق نتائجك
تعرض لوحة النتائج عرض المسار الموصى به من ثلاثة معايير جنبًا إلى جنب: IPC-2221 خارجي، IPC-2221 داخلي، و IPC-2152 عالمي. استخدم "العرض الموصى به" (مع تطبيق هامش الأمان) لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة الخاصة بك. تحقق من قسم التحذيرات لأي ظروف خارج النطاق، أو انتهاكات الحد الأدنى للعرض، أو مخاوف درجة الحرارة قبل إنهاء تصميمك.
الأسئلة الشائعة
ما الفرق بين نتائج عرض المسار IPC-2221 و IPC-2152؟
تم تطوير IPC-2221 (المشتق من MIL-STD-275) من اختبارات على مسارات مفردة ومعزولة بدون طائرات نحاسية قريبة. لأنه لا يأخذ في الاعتبار تأثير التبريد للنحاس المجاور، فإنه يميل إلى أن يكون محافظًا - غالبًا ما يوصي بمسارات أوسع بنسبة 20-40% مما هو ضروري فعلاً. قدم IPC-2152 (الذي نُشر في 2009) عوامل تصحيح لوزن النحاس، وسمك اللوحة، ووجود طائرة نحاسية، والمسافة إلى تلك الطائرة، مما ينتج عنه نتيجة أكثر دقة لتصميمات PCB الحقيقية. بالنسبة لمسار مستقل بعيد عن أي تعبئة نحاسية، تعطي المعاييران نتائج مشابهة. بالنسبة لمسار يعمل فوق طائرة أرضية كبيرة، سيقترح IPC-2152 مسارًا أضيق بشكل ملحوظ. عند الشك، استخدم نتيجة IPC-2221 الخارجية الأكثر تحفظًا كحد أدنى، واعتبر IPC-2152 كهدف يمكن تحقيقه.
لماذا تحتاج مسارات الطبقة الداخلية (الداخلية) إلى أن تكون أوسع من المسارات الخارجية (الخارجية)؟
تجلس مسارات الطبقة الخارجية على سطح لوحة الدوائر المطبوعة حيث يمكنها فقدان الحرارة إلى الهواء المحيط من خلال كل من الحمل الحراري والإشعاع. يتم حشر مسارات الطبقة الداخلية بين طبقات من ألياف الزجاج FR-4، التي لديها تقريبًا 1000 مرة أقل من الموصلية الحرارية مقارنة بالنحاس. مع عدم وجود مسار حمل حراري إلى الهواء المحيط، تعتمد الطبقات الداخلية تقريبًا بالكامل على التوصيل عبر اللامينيت لتبديد الحرارة. تلتقط صيغة IPC-2221 هذا الاختلاف من خلال الثابت k: k = 0.048 للخارجي و k = 0.024 للداخلي. نظرًا لأن k يظهر في المقام، فإن تقليله إلى النصف يضاعف المساحة المقطعية المطلوبة - مما يعني أن المسارات الداخلية تحتاج عادةً إلى أن تكون ضعف عرض المسارات الخارجية لنفس التيار وارتفاع درجة الحرارة. هذه نقطة اعتبار حاسمة للوح متعددة الطبقات مع طائرات طاقة داخلية.
ما هو ارتفاع درجة الحرارة الذي يجب أن أستخدمه في حساب عرض مسار PCB الخاص بي؟
يوصي معيار IPC-2221 باستخدام ارتفاع درجة حرارة قدره 10°C للتطبيقات الحساسة للدقة أو الإشارة وحتى 20°C لمسارات الطاقة العامة. تعتبر قيمة 10°C محافظة وتوفر هامش أمان أكبر؛ 20°C هي القيمة الأكثر استخدامًا في الإلكترونيات التجارية؛ و 30°C مقبولة أحيانًا في التصميمات الصناعية أو السيارات حيث تكون درجات حرارة اللوحة مفهومة جيدًا. القيد الرئيسي هو الحد الأقصى لدرجة حرارة المسار: إذا كان من الممكن أن تصل درجة الحرارة المحيطة إلى 70°C وسمحت بارتفاع قدره 30°C، فإن درجة حرارة مسارك تصل إلى 100°C - لا تزال أقل من Tg FR-4 البالغة حوالي 130°C ولكن تترك هامشًا ضئيلًا. بالنسبة للتصميمات عالية الموثوقية، احسب دائمًا الحد الأقصى لدرجة حرارة المسار (المحيط + ΔT) وتأكد من أنها تبقى على الأقل 20°C أقل من Tg المصنفة للوحة الخاصة بك.
متى يصبح انخفاض الجهد عبر مسار PCB مشكلة تصميم؟
كقاعدة عامة، احتفظ بانخفاض جهد المسار أقل من 3% من جهد السكة لشبكات توزيع الطاقة. على إمداد 3.3 فولت، لا يزيد عن ~100 مللي فولت من الانخفاض؛ على إمداد 12 فولت، يمكنك تحمل ما يصل إلى ~360 مللي فولت. تجاوز هذه الحدود يعني أن الدوائر السفلية تتلقى جهدًا أقل مما هو متوقع، مما قد يدفعها خارج نطاق التشغيل المحدد لها ويسبب سلوكًا غير صحيح أو كفاءة منخفضة. يصبح انخفاض الجهد حرجًا بشكل خاص بالنسبة لـ: المتحكمات الدقيقة ذات الجهد المنخفض و FPGA (سكك 3.3 فولت أو 1.8 فولت مع تحمل ضيق للإمداد)، ومحركات المحركات عالية التيار أو محركات LED، ومسارات توصيل الطاقة USB. تظهر الحاسبة انخفاض الجهد بالملي فولت المطلق وككنسبة مئوية من جهد الإمداد (إذا أدخلت جهد الإمداد)، وتحذرك عندما يتجاوز الانخفاض 3%.
ما هو الحد الأدنى لعرض المسار الذي يمكن لمعظم مصنعي PCB إنتاجه؟
يمكن أن تنتج عمليات تصنيع PCB القياسية في المنازل الرئيسية (JLCPCB، PCBWay، OSH Park، إلخ) مسارات موثوقة تصل إلى 6 مل (0.15 مم). يُعرف هذا باسم "قاعدة 6/6" - الحد الأدنى لعرض المسار 6 مل والحد الأدنى من التباعد 6 مل. تقدم بعض الشركات المصنعة المتقدمة عرض مسار أدنى يبلغ 4 مل أو حتى 3 مل للوح HDI (التوصيل عالي الكثافة)، عادةً بتكلفة أعلى. إذا كانت صيغة IPC-2221 تحسب عرضًا مطلوبًا أقل من 6 مل، تعرض الحاسبة تحذيرًا يذكرك بأنه قد يكون لديك مشكلة في جدوى التصنيع. في الممارسة العملية، يحدث هذا السيناريو عادةً فقط للإشارات ذات التيار المنخفض جدًا حيث يجب أن تكون مقاومة المسار - وليس سعة التيار - هي المحرك التصميمي بدلاً من ذلك.
كيف يساعد تشغيل المسارات المتوازية في توجيه التيار العالي؟
عندما يكون مسار واسع واحد غير عملي لأنه سيعيق قنوات التوجيه أو ينتهك قواعد التباعد للميزات النحاسية المجاورة، يمكنك تقسيم التيار الكلي عبر عدة مسارات متوازية متطابقة. إذا كانت حسابات IPC-2221 تتطلب مسارًا بعرض 50 مل لـ 10 أ، يمكنك بدلاً من ذلك استخدام مسارين بعرض 25 مل (كل منهما يحمل 5 أ) أو خمسة مسارات بعرض 10 مل (كل منها يحمل 2 أ). لكي يعمل هذا بشكل صحيح، يجب أن تكون المسارات المتوازية متساوية تقريبًا في الطول - إذا لم تكن كذلك، ستحمل المسار الأقصر تيارًا أكبر بشكل نسبي بسبب مقاومته الأقل، مما قد يؤدي إلى تحميل زائد. تعرض ميزة المسارات المتوازية في الحاسبة العرض المطلوب لكل مسار لـ 1 أو 2 أو 3 أو 4 مسارات متوازية، مما يسهل تقييم التبادلات في التوجيه.