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PCB 트레이스 너비 계산기 (IPC-2221/IPC-2152)

IPC-2221 및 IPC-2152 표준에 따라 주어진 전류, 구리 무게 및 온도 상승에 대한 최소 PCB 트레이스 폭을 계산합니다.저항과 전압 강하를 포함합니다.

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공식

A = \left(\frac{I}{k \cdot \Delta T^b}\right)^{1/c}

참고: IPC-2221B Section 6.2; IPC-2152

A— 단면적 (밀리²) (mil²)

I— 현재 (A)

ΔT— 주변 온도보다 높은 온도 상승 (°C)

k,b,c— IPC-2221 경험적 계수

작동 방식

PCB 트레이스 폭 계산기는 과도한 온도 상승 없이 DC/AC 전류를 안전하게 전달할 수 있는 최소 도체 폭을 결정합니다. 이는 배전 네트워크, 모터 드라이버 및 LED 회로에 필수적입니다.전력 전자 엔지니어는 이를 사용하여 표준 FR4의 전류 밀도가 30-50A/mm2를 초과할 때 발생하는 트레이스 소진을 방지할 수 있습니다.

IPC-2152 (IPC-2221 대체) 에 따르면 트레이스 전류 용량은 I = k x 델타^0.44 x A^0.725를 따르며, 여기서 k는 상수 (외부 레이어의 경우 0.048, 내부 레이어의 경우 0.024) 이고, 델타는 섭씨 온도 상승, A는 단면적 (단위: 밀리 제곱) 입니다.3A를 운반하는 1온스 구리 (35um) 외부 트레이스는 10C 상승을 위해 1.0~1.5mm 너비가 필요합니다. 내부 레이어는 냉각 50% 감소로 인해 2mm 이상이 필요합니다.

주변 환경에 따른 온도 상승 효과: 주변 온도 25°C에서 20°C 상승 설계에서는 45C에 도달하지만 주변 온도 (자동차) 에서는 75C에 도달하여 FR4의 Tg인 130-170C에 근접합니다.IPC-2152 표 5-1에 따르면 50C 주변 환경에서 전류 용량은 25C 기준선과 비교하여 15% 감소합니다.

구리 무게는 용량에 직접적인 영향을 미칩니다. 2oz 구리 (70um) 는 동일한 온도 상승에서 1oz보다 40% 더 많은 전류를 전달합니다. 표면 냉각 면적은 트레이스 폭만큼만 증가하는 반면 단면적은 두 배로 증가하기 때문입니다.고전류 설계 (5A 초과) 의 경우 IPC-2221B 섹션 6.2에 따라 외부 레이어에 2oz 구리를 사용하는 것이 표준 관행입니다.

계산 예제

문제: 4레이어 FR4 (1oz 외부 구리, 55C 주변 온도, 20C 최대 온도 상승, 외부 레이어) 에서 연속 5A에 대한 트레이스 크기를 조정합니다.

IPC-2152 기준 솔루션: 1.목표: I = 5A, 델타 = 20C, k = 0.048 (외부) 2.필수 면적: A = (I/(k x 델타^0.44)) ^ (1/0.725) = (5/(0.048 x 20^0.44)) ^1.38 = (5/0.195) ^1.38 = 25.6^1.38 = 89.4마일스2 3.mm로 변환: 89.4밀스2 = 57.7mm2... 잠깐, 단위: 두께가 1.4밀 (35um) 인 89.4밀스2가 됩니다. W = 89.4/1.4 = 64밀 = 1.63mm 4.앰비언트에 25% 마진 추가: W = 1.63 x 1.25 = 2.0mm 5.저항 확인: R = 1.724e-8 x 0.1m/ (0.002 x 35e-6) = 24.6옴, P = 5^2 x 0.0246 = 0.62W

결과: 2mm (80mil) 트레이스 폭을 사용하십시오.100mm 이상의 전압 강하 = 123mV (5V 공급의 2.5% — 대부분의 설계에서 허용 가능).

실용적인 팁

✓3A 이상의 전력 트레이스에 2oz 구리를 사용하십시오. IPC-2152 표 6-1 권장 사항에 따라 단 15% 의 비용 증가로 전류 용량을 두 배로 늘릴 수 있습니다.
✓전력 트레이스 주변에 구리 부설 추가 — 인접한 구리는 열 확산을 증가시키고 열 시뮬레이션 연구당 유효 전류 용량을 10-20% 개선합니다.
✓모터/LED 드라이버의 경우: 평균 전류가 아닌 30C 상승 제한이 있는 피크 전류 (종종 2-3배 연속) 의 크기 - IPC-9701A 기준 열 순환 피로를 방지합니다.

흔한 실수

✗IPC-2152 대신 IPC-2221 차트를 사용하는 경우, 이전 차트는 보수적인 1950년대 데이터로 인해 현재 용량을 20-40% 정도 과소평가합니다.IPC-2152 (2009) 은 최신 열 모델링을 사용합니다.
✗전류 경로의 비아 저항을 무시하면 0.3mm 비아에는 1-3mohm이 추가되고, 직렬로 연결된 10개의 비아에는 30mOhm이 추가되어 5A에서 150mV 강하가 발생하여 일반적인 레귤레이터 정확도를 초과할 수 있습니다.
✗제품이 55-85C에서 작동하는 경우 주변 온도 25C에서 계산하면 전류 용량이 기준선 25C 이상으로 10C 주변 증가당 3% 감소됩니다. IPC-2152

자주 묻는 질문

IPC-2152 에는 어떤 내용이 명시되어 있습니까?

IPC-2152 (2009) 은 제어된 열 테스트를 기반으로 하는 트레이스 전류 용량 차트를 제공하며, IPC-2221 의 오래된 1950년대 데이터를 대체합니다.주요 결과: 대류 냉각으로 인해 동일한 온도 상승에서 외부 트레이스는 내부보다 40~ 60% 더 많은 전류를 전달합니다.이 표준에는 0.5oz~3oz의 구리, 5C ~ 100C의 온도 상승이 포함되며 주변 환경 상승에 대한 경감 기능도 포함됩니다.

구리 두께는 트레이스 전류 용량에 어떤 영향을 미칩니까?

전류 용량은 IPC-2152 당 0.725의 면적으로 확장됩니다.구리를 두 배로 늘리면 (1온스에서 2온스로) 용량이 100% 가 아니라 2^0.725 = 65% 증가합니다. 열 저항도 변하기 때문입니다.실용적 효과: 2온스 외부 구리는 0.8mm 너비의 3A인 반면, 1oz의 경우 1.5mm의 구리는 스마트폰 PCB와 같이 공간이 제한된 설계에 매우 중요합니다.

트레이스 폭 계산에서 온도 상승이 중요한 이유는 무엇입니까?

주변 온도 상승은 주변 온도에 영향을 미칩니다. 주변 온도 25°C에서는 측정 온도 45°C, 자동차 주변 온도 = 105°C에서는 20°C 상승으로 솔더 조인트 신뢰성이 위험해지고 (125°C에서의 IPC-J-STD-001 한계) FR4 Tg에 근접할 수 있습니다.또한 구리 저항률은 0.4% /C 증가하므로 20°C 상승 시 핫 트레이스의 저항이 8% 더 높아져 고전류에서 열 폭주 위험이 발생합니다.

이 계산기를 모든 PCB 유형에 사용할 수 있습니까?

예. 구리 트레이스가 있는 FR4/CEM-3 표준 재료의 경우 가능합니다.알루미늄 코어 PCB (LED 애플리케이션) 의 경우 금속 기판 열 확산으로 인해 전류 용량이 2~3배 더 높습니다. 제조업체의 열 데이터를 사용하십시오.플렉스 회로의 경우 IPC-2223 기준 열 손실 감소로 인해 20-30% 감소할 수 있습니다.유전체가 얇은 HDI 보드는 접지면이 더 가까워지면 냉각으로 인해 더 높은 용량을 제공할 수 있습니다.

3A를 전달하려면 PCB 트레이스의 너비가 얼마나 커야 합니까?

10C 온도 상승의 경우 IPC-2152 기준: 1온스 외부 구리에는 1.0-1.2mm 너비가 필요하고, 2온스 외부 구리에는 0.6-0.7mm가 필요하며, 1온스 내부 요구 사항은 1.8-2.2mm입니다.20°C 상승 (덜 보수적) 의 경우: 너비를 30% 줄이십시오.제조 허용 오차 및 주변 온도 변동에 대해서는 항상 20% 의 여유를 두십시오.내부 레이어는 동일 전류에서 외부 레이어보다 80-100% 더 넓은 트레이스가 필요합니다.

사양 이내인데도 PCB 트레이스가 뜨거워지는 이유는 무엇입니까?

IPC-2152 문제 해결에 따른 일반적인 원인: (1) 근처에 구리가 유입되지 않아 열 확산 손실로 인해 온도가 15-25% 증가합니다. (2) 솔더 마스크가 열을 가두어 베어 구리 대비 5-10°C를 증가시킵니다. (3) 경로 내 비아 (via) 각각 1-3mohm의 저항과 국소 발열을 증가시킵니다. (4) 에칭 후 실제 구리 두께가 공칭 값보다 20% 낮습니다. (5) 주변 온도가 설계 가정보다 높습니다.해결 방법: 신뢰성을 위해 30-50% 의 마진을 추가하십시오.

100mm PCB 트레이스의 저항은 얼마입니까?

R = rho x L/ (W x T).구리 (로 = 1.724e-8옴-m), 1온스 (35um), 너비 1mm, 길이 100mm의 경우: R = 1.724e-8 x 0.1/ (0.001 x 35e-6) = 49옴입니다.섭씨 25도에서.85°C의 추적 온도에서 R은 24% 증가하여 61옴으로 증가합니다.5A 전류의 경우: 전압 강하 = 305mV, 전력 손실은 100mm에서 1.5W입니다. 더 넓은 트레이스 또는 2oz의 구리가 필요할 수 있습니다.

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