Mối quan hệ giữa hệ thống dây điện PCB, lỗ xuyên và khả năng mang dòng điện là gì?

Kết nối điện giữa các thành phần trên PCBA được thực hiện thông qua dây dẫn lá đồng và các lỗ xuyên qua trên mỗi lớp.

Kết nối điện giữa các thành phần trên PCBA được thực hiện thông qua dây dẫn lá đồng và các lỗ xuyên qua trên mỗi lớp. Do các sản phẩm khác nhau, các mô-đun khác nhau có kích thước dòng điện khác nhau nên để đạt được từng chức năng, người thiết kế cần biết liệu hệ thống dây điện và lỗ xuyên qua được thiết kế có thể mang dòng điện tương ứng hay không, để đạt được chức năng của sản phẩm, ngăn ngừa sản phẩm bị hư hỏng. khỏi cháy khi quá dòng.

Ở đây giới thiệu thiết kế và thử nghiệm khả năng mang dòng điện của dây dẫn và các lỗ đi qua trên tấm phủ đồng FR4 và kết quả thử nghiệm. Kết quả thử nghiệm có thể cung cấp tài liệu tham khảo nhất định cho các nhà thiết kế trong thiết kế trong tương lai, giúp thiết kế PCB hợp lý hơn và phù hợp hơn với yêu cầu hiện tại.

Kết nối điện giữa các thành phần trên PCBA được thực hiện thông qua dây dẫn lá đồng và các lỗ xuyên qua trên mỗi lớp.

Ở giai đoạn hiện nay, vật liệu chính của bảng mạch in (PCB) là tấm phủ đồng FR4. Lá đồng có độ tinh khiết đồng không dưới 99,8% thực hiện kết nối điện giữa từng bộ phận trên mặt phẳng và lỗ xuyên qua (VIA) thực hiện kết nối điện giữa lá đồng có cùng tín hiệu trên không gian.

Nhưng về cách thiết kế chiều rộng của lá đồng, cách xác định khẩu độ của VIA, chúng tôi luôn thiết kế theo kinh nghiệm.

Để làm cho thiết kế bố trí hợp lý hơn và đáp ứng yêu cầu, khả năng mang dòng điện của lá đồng với các đường kính dây khác nhau sẽ được kiểm tra và kết quả kiểm tra được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho thiết kế.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng mang dòng điện

Kích thước hiện tại của PCBA thay đổi tùy theo chức năng mô-đun của sản phẩm, vì vậy chúng ta cần xem xét liệu hệ thống dây điện đóng vai trò là cầu nối có thể chịu được dòng điện đi qua hay không. Các yếu tố chính quyết định khả năng vận chuyển hiện tại là:

Độ dày lá đồng, chiều rộng dây, độ tăng nhiệt độ, lớp mạ qua lỗ. Trong thiết kế thực tế, chúng ta cũng cần xem xét môi trường sản phẩm, công nghệ sản xuất PCB, chất lượng tấm, v.v.

1. Độ dày lá đồng

Khi bắt đầu phát triển sản phẩm, độ dày lá đồng của PCB được xác định theo giá thành sản phẩm và trạng thái hiện tại trên sản phẩm.

Thông thường, đối với những sản phẩm không có dòng điện cao, bạn có thể chọn lớp bề mặt (bên trong) lá đồng có độ dày khoảng 17,5μm:

Nếu sản phẩm có một phần dòng điện cao, kích thước tấm đủ, bạn có thể chọn lớp bề mặt (bên trong) có độ dày khoảng 35μm bằng lá đồng;

Nếu hầu hết các tín hiệu trong sản phẩm là dòng điện cao thì phải chọn lớp lá đồng bên trong dày khoảng 70μm.

Đối với PCB có nhiều hơn hai lớp, nếu bề mặt và lá đồng bên trong sử dụng cùng độ dày và cùng đường kính dây thì khả năng mang dòng của lớp bề mặt lớn hơn lớp bên trong.

Lấy việc sử dụng lá đồng 35μm cho cả lớp bên trong và bên ngoài của PCB làm ví dụ: mạch bên trong được dát mỏng sau khi khắc nên độ dày của lá đồng bên trong là 35μm.

Sau khi khắc mạch bên ngoài, cần phải khoan lỗ. Bởi vì các lỗ sau khi khoan không có hiệu suất kết nối điện nên cần phải mạ đồng điện phân, tức là quá trình mạ đồng toàn bộ tấm, do đó bề mặt lá đồng sẽ được phủ một lớp đồng có độ dày nhất định, thường là từ 25μm đến 35μm, vì vậy độ dày thực tế của lá đồng bên ngoài là khoảng 52,5μm đến 70μm.

Độ đồng đều của lá đồng thay đổi tùy theo công suất của nhà cung cấp tấm đồng, nhưng sự khác biệt không đáng kể nên có thể bỏ qua ảnh hưởng đến tải hiện tại.

2.Đường dây

Sau khi chọn độ dày lá đồng, chiều rộng đường dây trở thành nhà máy quyết định khả năng mang dòng điện.

Có một độ lệch nhất định giữa giá trị thiết kế của chiều rộng đường và giá trị thực tế sau khi khắc. Nói chung, độ lệch cho phép là +10μm/-60μm. Bởi vì hệ thống dây điện bị ăn mòn nên sẽ có cặn chất lỏng ở góc nối dây, nên góc nối dây nhìn chung sẽ trở thành nơi yếu nhất.

Bằng cách này, khi tính giá trị tải hiện tại của đường có một góc, giá trị tải hiện tại đo trên đường thẳng phải nhân với (W-0,06) /W (W là chiều rộng đường, đơn vị là mm).

3. Nhiệt độ tăng

Khi nhiệt độ tăng lên hoặc cao hơn nhiệt độ TG của chất nền, nó có thể gây biến dạng chất nền, chẳng hạn như cong vênh và sủi bọt, từ đó ảnh hưởng đến lực liên kết giữa lá đồng và chất nền. Sự biến dạng cong vênh của chất nền có thể dẫn đến gãy xương.

Sau khi dây PCB đi qua dòng điện lớn thoáng qua, nơi yếu nhất của dây lá đồng không thể nóng ra môi trường trong thời gian ngắn, xấp xỉ hệ thống đoạn nhiệt, nhiệt độ tăng mạnh, đạt đến điểm nóng chảy của đồng và dây đồng bị đốt cháy .

4.Mạ qua khẩu độ lỗ

Mạ điện qua các lỗ có thể nhận ra kết nối điện giữa các lớp khác nhau bằng cách mạ điện đồng trên thành lỗ. Vì nó được mạ đồng cho toàn bộ tấm nên độ dày đồng của thành lỗ là như nhau đối với các lỗ được mạ xuyên qua của mỗi khẩu độ. Khả năng mang dòng của tấm mạ qua các lỗ có kích thước lỗ khác nhau phụ thuộc vào chu vi của vách đồng