כיצד לחשב את רוחב העקבות של PCB?

מדוע רוחב העקבות של PCB חשוב? חישוב גודל העקבות של PCB הוא אחד השיקולים הבסיסיים ביותר בניתוב PCB. רוחב העקבות המורכבות משפיע ישירות על הביצועים, האמינות והבטיחות של המעגל. זו הסיבה שמתכנני PCB פונים לתקני תעשייה מקצועיים כדי להנחות את חישוב רוחב העקבות. ביניהם, תקני IPC הם הנפוצים ביותר. בבלוג זה, נוביל אתכם לחקור כיצד לחשב את רוחב העקבות של PCB בהתבסס על שני תקני IPC עיקריים (IPC-2221 ו-IPC-2152) וניתן לכם תובנה כיצד לבחור ביניהם.

מהו תקן IPC?

תקני IPC הם סדרה של הנחיות מוכרות בתעשייה שפותחו על ידי IPC (מכון המעגלים המודפסים), איגוד סחר עולמי לתעשיית האלקטרוניקה. תקנים אלה משמשים לתכנון וייצור ציוד אלקטרוני ומעגלים מודפסים על מנת להבטיח איכות, אמינות ועקביות של המוצר. עמידה בתקנים אלה יכולה לצמצם את פער התקשורת בין מעצבים ליצרנים.

בתכנון מעגלים מודפסים, IPC-2221 ו-IPC-2152 הם שני סוגים עיקריים של תקנים המספקים מסגרת לתכנון מעגלים מודפסים אמינים ובטוחים. הם מוכרים באופן נרחב בתעשיית האלקטרוניקה ומשמשים כמקור ייחוס על ידי מתכנני ומהנדסי מעגלים מודפסים.

כיצד לחשב את רוחב העקבה של PCB בהתבסס על שימוש ב-IPC 2221?

תקן IPC 2221 הוא הנחיה תעשייתית לתכנון PCB כללי ועוזר למתכנני PCB לקבוע במהירות את רוחב המסלול הנדרש לנשיאת זרם בבטחה. תקן IPC-2221 מגדיר את הקשר בין זרם לטמפרטורה באמצעות נוסחה, שיכולה להפיק שטח חתך ורוחב מסלול.

נוסחה אמפירית של IPC 2221:

סדרו מחדש את הנוסחה כדי לקבל את הנוסחה של שטח החתך (A):

כיסוי A לרוחב המעקב בהתבסס על:

A=רוחב מעקב (W)×עובי נחושת (T)

אז, הנוסחה המרכזית של רוחב עקבה (W) צריכה להיות:

I = זרם באמפר

ΔT = עליית טמפרטורה מותרת ב-°C

A = שטח חתך של המסלול (מילי-רבוע)

k, b, c = קבועים שונים עבור שכבות פנימיות וחיצוניות

מה שצריך לשים לב אליו הוא לשמור על עקביות ביחידות. אם חתך הרוחב נמדד במילימטרים, השתמשו במילימטרים עבור רוחב ועובי המסלול. עובי המסלול נמדד בדרך כלל לפי משקלו ביחידה של אונקיות/רגל².

1 oz/ft² copper ≈ 1.37 mil ≈ 35 µm

1 mil = 0.0254 mm

איסוף פרמטרים

מדדו את הזרם המקסימלי (I) שהמוליך יכול לשאת. זרם גבוה יותר דורש מסלולים רחבים יותר כדי למנוע התחממות יתר. דירוג הזרם המקסימלי תלוי בחומר המוליך (לנחושת יש התנגדות נמוכה יותר מאלומיניום, מה שאומר קיבולת זרם גבוהה יותר), בחתך הרוחב (מוליך עבה יותר פירושו התנגדות נמוכה יותר וקיבולת זרם גבוהה יותר), בתנאי הקירור (הפחתת עליית הטמפרטורה) ובגורמים מרכזיים אחרים.

ΔT היא הטמפרטורה המותרת לעלות מעל הסביבה הסובבת, מה שעוזר לך לקבוע גבול בטוח. עליית טמפרטורת הבטון מושפעת ממספר גורמים, כולל דרישות יישום ספציפיות, חומרים זעירים, סביבה פתוחה או סגורה ועובי נחושת. בחירת ΔT אופיינית נעה בין 10℃ ל-40℃, בהתאם לדרישות הספציפיות. 10℃ היא הטמפרטורה הנפוצה ביותר עבור מעגלים מודפסים לשימוש כללי.

עובי הנחושת משפיע ישירות על התנגדות המסלול ועל קיבולת הזרם. לפי הנוסחה R=ρL/A (ρ (התנגדות נחושת = 1.68×10⁻⁶ Ω⋅m 1.68×10⁻⁶ Ω⋅m), L = אורך המוליך, A (שטח חתך = רוחב × עובי), נחושת עבה יותר פירושה התנגדות נמוכה יותר וקיבולת זרם גבוהה יותר. משקלי עובי נחושת נפוצים במעגל מודפס הם 0.5 אונקיות, 1 אונקיה, 2 אונקיות, 3 אונקיות ועוד.

דוגמה ריאליסטית

אם בוחרים את הפרמטרים הבאים עבור מחשבון IPC-2221:

זרם (I): 2A

עליית טמפרטורה (ΔT): 10℃

עובי נחושת (T): 1oz (1.37mil)

שכבת עקבות: חיצונית

שטח חתך :

רוחב עקבות:

W= 150mil²/1.37mils≈110 mils(≈2.8mm)

כאן, נוסחת רוחב המסלול המבוססת על תקן IPC 2221 מתחשבת רק בפרמטרים של שטח חתך (עובי נחושת), זרם ועליית טמפרטורה. ניתן להגדיר את חישוב רוחב המסלול עוד יותר בהתאם לגורמים משמעותיים שונים, כגון התנגדות, חורי דרך, זוגות דיפרנציאליים או עיצובים בצפיפות גבוהה. עבור שיקולים שונים, נוסחת רוחב המסלול משתנה.

כיצד לחשב את רוחב העקבה של PCB בהתבסס על שימוש ב-IPC 2152?

IPC 2152, המכונה גם “תקן לקביעת קיבולת נשיאת זרם בתכנון לוחות מודפסים”, הוא תקן מקיף בתעשייה. הוא מספק הנחיות לקביעת רוחב עקבות פנימי וחיצוני מתאים בהתבסס על הזרם ועליית הטמפרטורה המותרת. הוא גם מציין כיצד גורמים מרכזיים כמו עובי הנחושת, סביבת המעגל המודפס, תנאי זרימת האוויר והחומר משפיעים על חישוב רוחב העקבות.

בחרו את תרשים IPC 2152 הנכון כדי למצוא את חתך הרוחב או רוחב העקבה המדויקים בהתבסס על הפרמטרים שאושרו. IPC2152 מכיל משפחות של עקומות: ציר X: חתך רוחב/רוחב עקבה (מילים או מ”מ); ציר Y: זרם (A); עקומות: עליות טמפרטורה שונות. אתר פרמטרים בטבלה וקרא את חתך הרוחב עבור העקבה, ולאחר מכן חשב את רוחב העקבה בהתבסס על הנוסחה W = A/T, וודא ש-A ו-T נמצאים באותן יחידות (מיל² ומילים, או מ”מ² ו-מ”מ) בעת ההמרה.

התרשימים המרכזיים הם איור 4-1, איור 4-2, ותרשימים אחרים עבור משקלי נחושת שונים. איור 4-1 משמש לשכבות חיצוניות עם פיזור חום טוב יותר, ואיור 4-2 משמש לשכבות פנימיות עם פיזור חום גרוע יותר.

כיצד לגשת לתרשימי IPC2152 המוסמכים? המקור המוסמך ביותר הוא רכישת מסמך התקן הרשמי של IPC-2152, המוגן מזכויות יוצרים, מאתר האינטרנט של IPC . המסמך מספק תרשימים והנחיות מפורטות לאישור חתך רוחב ורוחב עקבות.

IPC 2221 לעומת IPC 2152: באיזה מהם להשתמש?

IPC 2221, שפורסם בשנת 2003, הוא תקן ישן יותר מ-IPC2152 בשנת 2009. הוא מבוסס על עקומות אמפיריות ממעבדות על לוחות פשוטים, ולכן הוא תמיד עוסק בתכנון PCB פשוט, אך אינו טוב בפתרון לוחות בצפיפות גבוהה או מצבים תרמיים מורכבים. מצד שני, IPC 2152 הוא תקן מתקדם יותר המבוסס על בדיקות אמפיריות נרחבות, ולכן הוא מעשי לטפל בצרכים מודרניים ומדויקים יותר של PCB בעזרת נתונים ניסיוניים וסימולציות, כמו PCBs בעלי זרם גבוה (מנהלי מנועים).

באשר לדיוק, IPC 2221 מספק רק נוסחה בסיסית לרוחב העקיבה המבוססת על זרם ועליית הטמפרטורה, מה שמוביל לתוצאה שמרנית יותר עבור רוחב העקיבה. IPC 2152 מפורט יותר עם גורמים אמיתיים יותר הנלקחים בחשבון, כגון פריסת העקיבה וטמפרטורת הסביבה, ומספק חישובים מדויקים יותר.

בנוגע לעליית הטמפרטורה, IPC 2221 מטפל באופן ליניארי בעליית החום כאשר פרמטר יחיד נלקח בחשבון בעליית הטמפרטורה המותרת. עם זאת, IPC 2152 מתחשב במספר גורמים שעשויים להשפיע על עליית הטמפרטורה, כגון חומרי עקבות, מספר שכבות, עובי נחושת, טמפרטורת סביבה מציאותית ועוד. זה מביא לתוצאה מדויקת יותר ובדרך כלל עם רוחב עקבות קטן יותר.

מַסְקָנָה

כעת, עליכם להיות בעלי ידע מקיף כיצד לחשב את רוחב העקבות של מעגל מודפס (PCB) בהתבסס על תקני IPC-2221 ו-IPC-2152. מחשבון IPC-2221 מציע דרך פשוטה המבוססת על נוסחאות לקבלת תוצאות רוחב עקבות שמרניות, מעשית עבור לוחות מודפסים פשוטים, ו-IPC-2152 מספק שיטה מפורטת ומתקדמת יותר המבוססת על בדיקות ריאליסטיות לקבלת תוצאות מדויקות ומודרניות יותר. הבנת שני התקנים מביאה לכם גמישות לתכנון מעגלים מודפסים בביטחון. MOKOPCB מדגיש את שיקולי תכנון העקבות של מעגלים מודפסים אלה ומייצר מעגלים מודפסים מדויקים בעלי יכולות ייצור מתקדמות. צרו איתנו קשר בחופשיות , והצוות שלנו יבטיח שכל לוח יספק את הביצועים הטובים ביותר עבור הפרויקטים שלכם.

קרא עוד：

כיצד לקבוע את גודל וניתוב עקבות PCB?

כמה סוגים של חורים ב-PCB אתה מכיר? תסתכל כאן!