PCB的電流負(fù)載能力原則上取決于布線(xiàn)(trace)的銅泊斷面的截面積與溫升，但截面積又與線(xiàn)路的寬度及厚度正相關(guān)，只是電流負(fù)載能力是否跟銅線(xiàn)截面積成正比可能就不一定了？

假設(shè)在同樣10°C溫升的條件下，一條10mils線(xiàn)寬的1oz走線(xiàn)(trace)可以承受1Amp的電流，我們應(yīng)該可以很肯定50mils線(xiàn)寬的走線(xiàn)可以承受比1Amp更大的電流，但會(huì)是倍數(shù)關(guān)系的5Amps嗎？答案似乎是否定的。這裡先參考MIL-STD-275表格，其可承受的最大電流其實(shí)只有2.6Amps而已喔。

(數(shù)據(jù)來(lái)源：MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment，線(xiàn)寬單位：Inch)

 

不過(guò)上述的表格已經(jīng)是好幾年以前的過(guò)時(shí)資料了，現(xiàn)在比較新的資料應(yīng)該已經(jīng)由【IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design】的圖表所取代，不過(guò)在瞭解銅箔的電流負(fù)載能力以前，這裡還有一個(gè)關(guān)鍵因子【銅箔的厚度(盎司，oz)】需要先來(lái)探討一下，到底銅箔的厚度是怎么計(jì)算的？
 

銅箔的厚度 – 盎司(ounce, oz)

一般業(yè)界慣用的銅箔厚度為《盎司(oz)》，可是《盎司》明明就是重量，怎么又變成厚度了？這是因?yàn)樵阢~皮的術(shù)語(yǔ)中，《盎司》被轉(zhuǎn)換成了厚度的單位了，越聽(tīng)越糊涂了？這是因?yàn)殂~皮的規(guī)格是以每平方英遲(ft2)有幾盎司(oz)來(lái)定義的，所以我們經(jīng)常說(shuō)的 1oz(盎司)就是在每平方英遲(ft2)上有1oz的重量，銅皮越厚就會(huì)越重，因?yàn)殂~皮的重量跟厚度成正比，所以銅皮的盎司可以等同于厚度，并可以被轉(zhuǎn)化為毫米(mm)或是毫英吋(mils)。這個(gè)其實(shí)跟我們?cè)谒慵垙埖臅r(shí)候用磅來(lái)計(jì)算有點(diǎn)類(lèi)似，有興趣的自己去查看看吧！

這裡列出幾個(gè)大家比較常用到的尺寸，并換算成mils(毫吋)與mm(毫米)供大家參考：

0.5 盎司(oz) = 0.0007 英吋(inch) = 0.7 mils = 0.018 毫米(mm)

1.0 盎司(oz) = 0.0014 英吋(inch) = 1.4 mils = 0.035 毫米(mm)

2.0 盎司(oz) = 0.0034 英吋(inch) = 2.8 mils = 0.070 毫米(mm)

下面也試著為各位計(jì)算為何1oz的 銅箔約等于1.4mils：

銅的比重為8.9(gm/cm3)，

單位換算：1(ft2)=93055 (mm2)，1(mil)=2.54(um)，1(oz)=28.34(gm)

1oz體積 = 28.34(gm) / 8.9(gm/cm3) = 3.1842(cm3) = 3184.2(mm3)

1oz厚度 = 3184.2(mm3) / 93055(mm2) = 0.03422(mm) = 1.35 (mils)

注：銅箔的密度會(huì)因?yàn)槭褂貌煌你~而有不同的密度，所以計(jì)算上可能會(huì)有些小誤差。
 

PCB銅箔截面積與最大負(fù)載電流及溫升間的關(guān)系

依照 IPC-2221 第6.2節(jié)(Conductive Material Requirements)的說(shuō)明，電路板上的最大電流載流能力(Current Carrying Capacity)又可以被分成內(nèi)層線(xiàn)路與外層線(xiàn)路兩種，而且內(nèi)層線(xiàn)路的最大電流載流能力被設(shè)定為只有外層線(xiàn)路的一半。這里節(jié)錄 IPC-2221 的圖表6-4以說(shuō)明外層線(xiàn)路(External conductors)與內(nèi)層線(xiàn)路(Internal Conductors)的銅箔截面積、溫升、與最大電流載流能力的關(guān)系。

另外，有人很聰明的將上述圖表PCB線(xiàn)路對(duì)電流的承載能力的關(guān)系歸納出了一個(gè)公式，這個(gè)公式可以大致上用來(lái)取代查表所得：

I = K△T0.44A0.75

K：為修正系數(shù)，一般覆銅線(xiàn)在內(nèi)層時(shí)取0.024，在外層時(shí)取0.048。

△T：為最大溫差，表示銅箔通電后發(fā)熱高出周遭環(huán)境的溫度，單位為攝氏度(°C) 

（有網(wǎng)友質(zhì)疑這個(gè)△T溫差解釋可能有問(wèn)題，目前正在研究澄清中，如果有經(jīng)驗(yàn)的朋友也請(qǐng)不吝釋教?，F(xiàn)在已經(jīng)有作過(guò)修改，如果還是有不妥的地方還請(qǐng)指正。）

A：為覆銅線(xiàn)路的截面積，單位為平方毫英吋(mil2)

I：為最大電流載流能力(Current Carrying Capacity)，單位為安培(Amp)

1(mil) = 25.4(um)

▲IPC-2111圖表6.4, External Conductors銅箔截面積、溫度與最大載流能力的關(guān)系。

▲IPC-2111圖表6.4, Internal Conductors銅箔截面積、溫度與最大載流能力的關(guān)系。

 

雖然說(shuō)現(xiàn)在已經(jīng)有公式可以直接計(jì)算銅箔的最大電流負(fù)載能力，但在實(shí)際設(shè)計(jì)線(xiàn)路時(shí)可不會(huì)只有這么單純。因?yàn)門(mén)race的電流負(fù)載能力不只與銅箔截面積及溫度有關(guān)，其他如線(xiàn)路上元器件的多寡、焊盤(pán)以及通孔(vias)都有直接的關(guān)系。
 

在焊墊(盤(pán))較多的線(xiàn)段，在過(guò)爐后有吃錫的那段線(xiàn)路，其電流承載能力就會(huì)大大的增加，相信很多人應(yīng)該都有看過(guò)一些大電流板中焊墊與焊墊之間某段線(xiàn)路被燒燬的情形，道理很簡(jiǎn)單，這是因?yàn)楹副P(pán)上多了焊錫的原故，也就是增加了線(xiàn)路上可以承受電流的面積，而焊墊與焊墊之間的線(xiàn)路并沒(méi)有任何的改變，因此在電源剛啟動(dòng)，或是電路上執(zhí)行指令變換時(shí)，就很有機(jī)會(huì)造成電流瞬間波浪(Surge)過(guò)大，這時(shí)候就很容易燒斷焊墊與焊墊之間電流承載能力較弱的線(xiàn)路。

解決的方法，可以增加導(dǎo)線(xiàn)的寬度，如果板子不能允許增加導(dǎo)線(xiàn)的寬度，也可以考慮在容易燒毀的線(xiàn)路上打開(kāi)防焊綠油(solder mask)，并利用SMT的制程加印錫膏(solder paste)，經(jīng)過(guò)reflow以后就可以增加導(dǎo)線(xiàn)的厚度，也就增加了電流承載的能力。
 

這樣羅里吧嗦的說(shuō)了一堆，最主要強(qiáng)調(diào)PCB的線(xiàn)路對(duì)電流的承載能力雖然已經(jīng)由查表或是公式計(jì)算而得，可是這些資料計(jì)算的都只是一些直線(xiàn)的線(xiàn)路，可是在PCB實(shí)際生產(chǎn)制造時(shí)還必須要考慮到線(xiàn)路可能會(huì)受到灰塵或是雜物的污染，致造成可能的局部線(xiàn)路破損，所以不論我們使用何種方式來(lái)求得可承載的最大電流與線(xiàn)路線(xiàn)寬，應(yīng)該都還要在加上個(gè)安全系數(shù)來(lái)預(yù)防可能的過(guò)載問(wèn)題。 要在加上個(gè)安全系數(shù)來(lái)預(yù)防可能的過(guò)載問(wèn)題。 要在加上個(gè)安全系數(shù)來(lái)預(yù)防可能的過(guò)載問(wèn)題。
 

要在加上個(gè)安全系數(shù)來(lái)預(yù)防可能的過(guò)載問(wèn)題。 要在加上個(gè)安全系數(shù)來(lái)預(yù)防可能的過(guò)載問(wèn)題。 另外，有些線(xiàn)路在轉(zhuǎn)彎的地方也要特別注意，如果線(xiàn)路上有銳角出現(xiàn)就有機(jī)會(huì)造成電流傳遞不順暢的問(wèn)題，這對(duì)于小電流或大線(xiàn)寬的線(xiàn)路可能沒(méi)有什么問(wèn)題，但如果的線(xiàn)路的電流負(fù)載容許值不足時(shí)就容易出問(wèn)題。這就像大車(chē)過(guò)彎時(shí)需要比較大的回轉(zhuǎn)半徑一般，太過(guò)直角的彎道可是會(huì)讓車(chē)子沖出跑道的。