FR4敷銅板上走線和過孔的電流承載能力的方案和測試資料下載

簡介： 使用FR4敷銅板PCBA上各個(gè)器件之間的電氣連接是通過其各層敷著的銅箔走線和過孔來實(shí)現(xiàn)的。 由于不同產(chǎn)品、不同模塊電流大小不同，為實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能，設(shè)計(jì)人員需要知道所設(shè)計(jì)的走線和過孔能否承載相應(yīng)的電流，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能，防止過流時(shí)產(chǎn)品燒毀。 文中介紹設(shè)計(jì)和測試FR4敷銅板上走線和過孔的電流承載能力的方案和測試結(jié)果，其測試結(jié)果可以為設(shè)計(jì)人員在今后的設(shè)計(jì)中提供一定的借鑒，使PCB設(shè)計(jì)更合理、更符合電流要求。 1、引言 現(xiàn)階段印制電路板（PCB）的主要材料是FR4的敷銅板，銅純度不低99.8%的銅箔實(shí)現(xiàn)著各個(gè)元器件之間平面上的電氣連接，鍍通孔（即VIA）實(shí)現(xiàn)著相同信號(hào)銅箔之間空間上的電氣連接。 但是對(duì)于如何來設(shè)計(jì)銅箔的寬度，如何來定義VIA的孔徑，我們一直憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)。 為了使layout設(shè)計(jì)更合理和滿足需求，對(duì)不同線徑的銅箔進(jìn)行了電流承載能力的測試，用測試結(jié)果作為設(shè)計(jì)的參考。 2、影響電流承載能力因素分析 產(chǎn)品PCBA不同的模塊功能，其電流大小也不同，那么我們需要考慮起到橋梁作用的走線能否承載通過的電流。 決定電流承載能力的因素主要有：銅箔厚度、走線寬度、溫升、鍍通孔孔徑。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需要考慮產(chǎn)品使用環(huán)境、PCB制造工藝、板材質(zhì)量等。 2.1 銅箔厚度 在產(chǎn)品開發(fā)初期，根據(jù)產(chǎn)品成本以及在該產(chǎn)品上的電流狀態(tài)，定義PCB的銅箔厚度。 一般對(duì)于沒有大電流的產(chǎn)品，可以選擇表（內(nèi)）層約17.5μm厚度的銅箔；如果產(chǎn)品有部分大電流，板大小足夠，可以選擇表（內(nèi)）層約35μm厚度的銅箔；如果產(chǎn)品大部分信號(hào)都為大電流，那么必須選（內(nèi)）層約70μm厚度的銅箔。 對(duì)于兩層以上的PCB，如果表層和內(nèi)層銅箔使用相同厚度，相同線徑走線的承載電流能力，表層大于內(nèi)層。 以PCB內(nèi)外層均使用35μm銅箔為例：內(nèi)層線路蝕刻完畢后便進(jìn)行層壓，所以內(nèi)層銅箔厚度是35μm。外層線路蝕刻完畢后需要進(jìn)行鉆孔，由于鉆孔后孔不具有電氣連接性能，需要進(jìn)行化學(xué)鍍銅，此過程是全板鍍銅，所以表層銅箔會(huì)鍍上一定厚度的銅，一般約25μm~35μm之間，因此外層實(shí)際銅箔厚度約為52.5μm~70μm。敷銅板供應(yīng)商的能力不同，銅箔均勻度會(huì)有不同，但差異不大，所以對(duì)載流的影響可以忽略。 2.2 走線寬度 產(chǎn)品在銅箔厚度選定后，走線寬度便成為載流能力的決定性因素。 走線寬度的設(shè)計(jì)值和蝕刻后的實(shí)際值有一定的偏差，一般允許偏差為 10μm/-60μm。由于走線是蝕刻成型，在走線轉(zhuǎn)角處會(huì)有藥水殘留，所以走線轉(zhuǎn)角處一般會(huì)成為最薄弱的地方。 這樣，在計(jì)算有轉(zhuǎn)角走線的載流值時(shí)，應(yīng)將在直線走線上測得的載流值基礎(chǔ)上，乘以（W-0.06）/W（W為走線線寬，單位為mm）。 2.3 溫升 PCB的走線上通過持續(xù)電流后會(huì)使該走線發(fā)熱，從而引起持續(xù)溫升，當(dāng)溫度升高到基材TG溫度或高于TG溫度，那么可能引起基材起翹、鼓泡等變形，從而影響走線銅箔與基材的結(jié)合力，走線翹曲形變導(dǎo)致斷裂。 PCB的走線上通過瞬態(tài)大電流后，會(huì)使銅箔走線最薄弱的地方短時(shí)間來不及向環(huán)境傳熱，近似絕熱系統(tǒng)，溫度急劇升高，達(dá)到銅的熔點(diǎn)溫度，將銅線燒毀。 2.4 鍍通孔孔徑 鍍通孔通過電鍍?cè)谶^孔孔壁上的銅來實(shí)現(xiàn)不同層之間的電氣連接，由于為整板鍍銅，所以對(duì)于各個(gè)孔徑的鍍通孔，孔壁銅厚均相同。 孔的載流能力取決于銅壁周長。 3、測試PCB設(shè)計(jì) 現(xiàn)階段使用TG溫度分別是>135℃和>150℃的基材，由于考慮到ROHS對(duì)無鉛的要求，PCB將逐步切換為無鉛，那么必須選擇TG溫度>150℃的基材。所以此次測試板基材選擇Shengyi S1000。 測試板PCB大小采用寬164mm、長273.3mm。測試板PCB分三組。 3.1 第一組： 外層銅箔17.5μm，內(nèi)層銅箔35μm，第一組測試板PCB使用外層17.5μm基銅，內(nèi)層35μm基銅。 外層線徑分別是：0.125mm0.16mm，0.2mm，0.25mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm，0.7mm，0.8 mm，0.9mm，1.0mm，1.2mm，1.5mm，2.0mm，2.4mm，2.8mm，3.0mm，3.5mm，4.0mm，4.5mm，5.0mm，5.5mm，6.0mm，6.5mm，7.0mm，7.5mm，8.0mm。每種線徑兩個(gè)樣品。 內(nèi)層線徑分別是：0.125mm，0.16mm，0.2mm，0.25mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm，0.7mm，0.8 mm，0.9mm，1.0mm，1.2mm，1.5mm，2.0mm，2.4mm，2.8mm，3.0mm，3.5mm，4.0mm，4.5mm，5.0mm，5.5mm，6.0mm，6.5mm，7.0mm，7.5mm，8.0mm。每種線徑兩個(gè)樣品。 鍍通孔孔徑分別是：0.15mm，0.25mm，0.3mm，0.5mm，0.7mm。每種孔徑兩個(gè)樣品。 3.2 第二組：