有时候你需要在PCB上承载比平常更高的电流。必须要在PCB上做出一些设计修改。
本文将介绍设计大电流PCB时需要了解的所有内容。
1、 涉及大电流PCB的基本因素
迹线宽度
决定一条记录道能携带多少电流的主要因素之一是它的宽度。
具有更高宽度的记录道将承载更多电流。一般来说，根据经验法则，对于具有标准铜厚度的电路板，假设每安培电流的迹线宽度为1mm。
正如你所注意到的，当一条记录道必须携带10安培的电流时，它的宽度很快就会变得不合理，这样的路径会占用大量空间。
铜厚度
铜厚度是PCB上记录道的实际厚度。默认铜厚度通常为17.5微米。更高的铜厚度可以是35和50微米。铜厚度越高，传输相同电流的迹线宽度就越小。增加更多的铜厚度确实需要额外的成本，但可以帮助节省电路板上的空间，因为粘度越高，所需的迹线宽度就越小。
制造商的技术能力
在大电流电路板中，以下两件事至关重要。
（1）外层的铜厚度-这意味着板上最外层的两层，顶部和底部。制造商将提供关于外层铜的厚度（通常以微米或盎司为单位）的信息。
（2）内层的铜厚度-这表示内层的铜厚度限制，通常内层必须承载大电流，尤其是对于BGA等封装。
除了这两个因素外，还必须看看制造商可以提供何种温度等级的板材。常见的有TG150、TG138等。
产生的热量
最后，有助于电路板和组件寿命的一个因素是PCB上高电流轨道产生的热量。
以瓦特为单位的功率损耗可以通过迹线电阻乘以流经它的电流的平方来计算。
换句话说，P=I2R。
理想情况下，该数值应尽可能低，但即使是较厚的记录道也有特定的电阻，并且当携带大电流时，功率损耗会显著增加，并且记录道会加热。
PCB中的热点会导致电路板翘曲、层剥落和裂纹发展。
图1：带有大型散热片的QFN封装
2、 高电流布局指南
布置高电流板时，必须遵循特定指南。下文对此进行了说明和解释。
保持高电流磁道短路
长的轨迹将具有更大的阻力值。当它承载大电流时，会导致大量的功率损失。
然后，功率损耗会导致大量热量，并且电路板寿命会缩短。
因此，保持广泛的电流路径尽可能短是至关重要的。
计算具有适当温升的迹线宽度
迹线的宽度是参数的函数，如通过它的电流、电阻和允许的温升。
允许温升的严格值约为10°C。然而，这会导致较高的迹线宽度。如果您的设计和电路板材料能够处理更高的温度，则可能会有20℃的温升，从而导致相同电流所需的迹线宽度值较小。
当产品应在环境温度不太高的环境中使用时，可以使用更高的允许温升值。
它将敏感部件与热量进行热隔离。
许多电子元件，如模数转换器、电压基准和运算放大器，对温度变化很敏感。如果元件加热或冷却，其信号会发生变化。
由于大电流电路板不可避免地会产生热量，因此这些组件必须在一定程度上进行热隔离，以使其不受电路板产生的热量的影响。
执行此操作的一种方法是，不要在该组件下浇注多边形，并提供散热连接。
另一种方法是使用电路板开孔，将敏感元件与产生热量的部件分开。
图2：将大电流传输至CPU的PC主板
3、 大电流PCB的设计技巧
这里有一些高电流板的设计技巧。
移除线路阻焊油
这是一种廉价或免费的方法来增加跟踪的电流能力，并且路径可以移除其线路阻焊油，然后暴露下面的铜。然后，可以在轨迹上添加额外的焊料，这将增加其厚度和体积，并降低电阻。
然后，它将允许更多的电流由该迹线传输，而不会增加迹线宽度或为额外的铜厚度支付额外费用。
图3：去除痕迹上的一段阻焊板并添加额外焊料的PCB
在高电流组件下使用多边形浇注。
单个组件，如大型FPGA和处理器，具有广泛的电流需求和许多电源引脚。它们通常也包含在BGA和LGA包中。
快速获得足够电流的一个窍门是让方形多边形正好倒在芯片下面，然后让通孔向下并连接到它们。然后，可以单击多边形浇注到较厚的电源迹线。
图4:BGA芯片下的大多边形注入，以实现高电流能力
将内部层用于高电流路径
如果外层空间不足，无法容纳较厚的痕迹，通常最好先在内层填充固体，然后使用过孔连接到外层的高电流设备。
为极高电流添加铜排
在大功率逆变器和电动汽车等特定应用中，电流通常可达100A或以上。在这种情况下，使用线路变得毫无意义。
这里的一种常见做法是使用可焊接铜母线，将其焊接到PCB的焊盘上，然后承载大部分高电流。由于条形图比PCB上的线路厚得多，因此在宽度大致相同的情况下，它们的拔模深度很容易比常规提示的拔模深度大一个数量级。
为承载大电流的多条记录道添加过孔缝合
如果记录道不能通过单层传输所需电流，则可以在附加层上布线相同的路径，然后可以在两层之间进行过孔缝合。假设不同层上的两条记录道具有相同的宽度，则有效地将载流容量加倍。
高端PCB设计·制造精工之家
