PCB Yol Genişliği Hesaplama

Değerler ne anlama geliyor?

Akım (A)

Yoldan sürekli geçecek en yüksek akımdır. Ortalama değil, en kötü durumda sürekli akan akımı girin. Örneğin 12 V'luk bir LED şeridi 1,5 A çekiyorsa, bu şeridi besleyen yollar için 1,5 A (ve gerekirse güvenlik payı) kullanılır. Sinyal yolları (mikrodenetleyici pinleri, veri hatları) genellikle birkaç miliamper taşır; bunlarda genişliği akım değil, üretim sınırı ve empedans belirler.

İzin verilen sıcaklık artışı (°C)

Akım geçtiğinde yolun ortam sıcaklığının üzerine ne kadar ısınmasına izin verdiğinizdir. 10 °C çoğu tasarım için güvenli bir başlangıçtır; 20 – 30 °C daha dar yol verir ama kartın ve yakındaki komponentlerin ısınmasını artırır. Kart kapalı bir kutuda veya sıcak bir ortamda çalışacaksa düşük bir değer seçin.

Bakır kalınlığı (oz)

PCB'de bakır kalınlığı "ons" (oz) ile ifade edilir: 1 oz, bir fit kareye yayılmış bir ons bakıra karşılık gelir ve yaklaşık 35 µm kalınlıktır. 2 oz bakır iki kat kalın olduğu için aynı akımı yaklaşık yarı genişlikte taşır. Sipariş formunda bakır kalınlığını seçebilirsiniz; standart kartların çoğu 1 oz'dur.

Katman (dış / iç)

Dış katmandaki (üst veya alt) yollar ısıyı havaya daha kolay verir. 4 katmanlı kartların iç katmanlarındaki yollar malzemenin içinde kaldığı için daha zor soğur; IPC-2221 iç katmanlar için yaklaşık iki kat daha geniş yol önerir.

Ortam sıcaklığı, yol uzunluğu ve besleme gerilimi

Bu değerler genişliği değiştirmez; yolun direncini, gerilim düşümünü ve güç kaybını hesaplamak için kullanılır. Bakırın direnci sıcaklıkla artar; bu yüzden hesap, ortam sıcaklığı ile sıcaklık artışının toplamında yapılır. Uzun ve ince bir besleme yolu, yeterince soğuk kalsa bile ucundaki komponente düşük gerilim ulaştırabilir.

Hesap nasıl yapılır? (IPC-2221 formülü)

IPC-2221 standardı, yolun kesit alanı ile taşıyabileceği akım arasında şu ilişkiyi verir:

I = k × ΔT^0,44 × A^0,725

• I: akım (A)
• ΔT: izin verilen sıcaklık artışı (°C)
• A: yolun kesit alanı (mil², 1 mil = 0,0254 mm)
• k: dış katman için 0,048, iç katman için 0,024

Formül kesit alanı için çözülür: A = (I / (k × ΔT^0,44))^1/0,725. Genişlik, alanın bakır kalınlığına bölünmesiyle bulunur: W = A / t (1 oz ≈ 1,37 mil). Yol direnci ise R = ρ × L / (W × t) ile hesaplanır; bakırın özdirenci ρ ≈ 1,72 × 10^-8 Ω·m'dir ve her 1 °C'lik artışta yaklaşık %0,39 artar.

Hızlı başvuru tablosu

Aşağıdaki değerler aynı formülle hesaplanmıştır (en küçük genişlik, mm). Üretim sınırı nedeniyle 0,15 mm'nin altındaki değerleri en az 0,15 mm çizin.

Örnek: 5 V, 2 A besleme yolu

Dış katmanda, 1 oz bakırla, 10 °C sıcaklık artışına izin vererek 2 A taşıyacak 100 mm uzunluğunda bir yol düşünelim. Araç en küçük genişliği 0,79 mm verir; bu yolu 0,80 mm çizmek yeterlidir. Bu genişlikte yolun direnci yaklaşık 67 mΩ, gerilim düşümü yaklaşık 133 mV (5 V'un %2,7'si) ve yolda harcanan güç yaklaşık 267 mW olur. Uçtaki devre gerilim düşümüne hassassa yolu 1 – 1,5 mm yapmak veya kısaltmak daha iyi olur.

Pratik tasarım kuralları

• Sinyal yolları: Akım çok düşük olduğu için 0,15 – 0,25 mm yeterlidir. Asıl sınır üreticinin en küçük iz/boşluk değeridir (standartta genellikle 0,127 – 0,15 mm).
• Besleme ve toprak yolları: Hesaplanan değerden biraz geniş çizin; mümkünse toprak için bakır dolgu (GND plane) kullanın.
• Yüksek akım: Birkaç amperin üzerinde geniş bakır alanlar, 2 oz bakır, yolun üst ve alt katmanda paralel çizilmesi ve aralarına çok sayıda via konması iyi sonuç verir.
• Via'lar: Tek bir via yolun taşıdığı akımı her zaman taşıyamaz; yüksek akım geçişlerinde birden fazla via kullanın.
• Sıcak bölgeler: Regülatör, MOSFET gibi ısınan parçaların çevresindeki yolları daha geniş tutun; bu bölgelerde ortam sıcaklığı yükselir.

Tasarımınızın üretime uygun olduğundan emin olmak için en sık DFM hatalarını inceleyebilir, Gerber dosyanızı Gerber görüntüleyicide kontrol edebilirsiniz.