一寸長(zhǎng)一寸強(qiáng)，PCB設(shè)計(jì)過孔載流能力分析

Kivy · 發(fā)表于 2018-8-2 10:15:12

作為一個(gè)做設(shè)計(jì)的新手，在剛學(xué)pcb設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)由于電源通道處理不當(dāng)（過孔數(shù)量打的不夠、電源通道路徑不夠?qū)挘鴮?dǎo)致PCB設(shè)計(jì)不合格，生產(chǎn)出來的PCB報(bào)廢。那么，我們?cè)谧鯬CB設(shè)計(jì)時(shí)電源通道處過孔需要怎么打哪個(gè)類型的？過孔數(shù)量要打多少個(gè)？本篇文章將給大家作一些詳細(xì)的介紹。

過孔定義：

過孔也稱金屬化孔。在雙面板和多層板中，為連通各層之間的印制導(dǎo)線，在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個(gè)公共孔，即過孔。過孔的參數(shù)主要有孔的外徑和鉆孔尺寸。

一般我們常規(guī)的PCB板生產(chǎn)都是按IPC2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，生產(chǎn)的孔銅厚度一般為0.8mil到1mil左右（大家可以查一下IPC2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容）。生產(chǎn)時(shí)大家以為的生產(chǎn)出來的過孔是這個(gè)理想的情況（如下圖示），孔的大小規(guī)整，孔銅厚度非常勻稱：

理想很豐滿，不過現(xiàn)實(shí)卻。。。。。。。實(shí)際我們生產(chǎn)出來的PCB上的過孔是這種情況（下圖示，生產(chǎn)質(zhì)量較好的情況下）。

大家可以看到，一般生產(chǎn)出來的PCB的過孔孔壁的鍍銅厚度可能上下寬，中間窄，所以最窄的地方極限可能是0.7mil。現(xiàn)在，我們可以基于最窄孔銅厚度來計(jì)算溫升在10度情況下（常規(guī)PCB使用情況下），我們所使用的不同大小過孔的載流能力，結(jié)果如下圖示：

看到上面表格，大家是不是會(huì)產(chǎn)生疑問：我們做PCB設(shè)計(jì)時(shí)，在處理電源時(shí)用大的孔徑（16mil、20mil）就好了，可以保證其通流能力。但為什么一般都使用10mil、12mil過孔呢？理由有以下幾個(gè)：

1、對(duì)于常規(guī)板，用10mil、12mil過孔是可以滿足其承載電流的能力的。

2、用10mil、12mil過孔，在做PCB設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)效率會(huì)更高，方便我們?cè)O(shè)計(jì)。

我們知道單個(gè)過孔載流能力，是不是直接用公式除一下電流設(shè)計(jì)值然后就可以得到相應(yīng)過孔數(shù)量，在設(shè)計(jì)時(shí)打此數(shù)量就可以保證設(shè)計(jì)安全性呢？我們來看一下某公司的仿真案例：

20A電流，打了20個(gè)12mil過孔，按照每個(gè)孔承載1.2A來計(jì)算，應(yīng)該非常安全。但是實(shí)際上電流并沒有你想象的聽話，并不是在20個(gè)過孔里面平均分配的。簡(jiǎn)單的DC仿真，就可以看到過孔電流的情況。有些過孔走了2.4A的電流，有些才200mA。當(dāng)然，這個(gè)設(shè)計(jì)可能最終并不會(huì)有太大風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)?2mil的過孔在溫升30度的時(shí)候是可以承載2A以上電流的。但是，如果不均勻性進(jìn)一步放大呢？這個(gè)是和你電流的通道，過孔的分布、數(shù)量都有關(guān)系的，萬(wàn)一某個(gè)過孔走了3A甚至4A的電流呢？并且這時(shí)候你打25個(gè)或者30個(gè)過孔，只要沒有在電流的關(guān)鍵位置，提供的幫助并不會(huì)很大。原因就是電流沒有你想象的聽話，不是均勻分布。這個(gè)結(jié)論在確定銅皮寬度時(shí)也是成立的。我們從很多的仿真結(jié)果都能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大電流設(shè)計(jì)在一層銅皮不夠用的情況下，多增加一層來走電流，電流也并不會(huì)平均分配。一般我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)考慮在電源通道多打幾個(gè)過孔，雖然不能完全確認(rèn)打的過孔有效，但考慮到生產(chǎn)的因素，比如生產(chǎn)時(shí)電源通道某個(gè)過孔會(huì)由于生產(chǎn)不合格而失效，多打的過孔有一定的補(bǔ)充作用。

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