Como conectar grandes traços a almofadas no PCB?

Estou projetando uma PCB e 10 A-15 A de corrente estão fluindo em um traço. Eu acho que uma faixa de 300 mil deve ser usada para 1 oz de espessura de Cu. Vejo que é impossível conectar dois pads a uma faixa de 300  mil , porque isso viola as regras de design e também outros pads estão incluídos no rastreamento, o que é indesejável.

Figura: conexão de traço de 300 mil de largura, entre o pad e o traço de 300 mil, há um traço de 80 mil (acima) e um traço de 60 mil (abaixo).

O que eu pergunto é:

Essa conexão pode transportar a corrente que um traço de 300 mil pode transportar? Quais medidas devem ser tomadas?

Você precisa se preocupar com dois valores: queda de tensão e dissipação de energia. Ambos são simples Lei de Ohm e são funções da resistência a traços.

A resistência ao traço é um produto de sua área de seção transversal e seu comprimento.

Reduza o comprimento e você reduz a resistência. Reduza a largura e você aumenta a resistência.

Assim, você pode executar um rastreio mais estreito e ainda lidar com a corrente.

A fórmula para calcular a resistência de um traço é:

$$R = \rho \frac{l}{A} \cdot (1 + (\alpha \cdot \Delta T))$$

• $\rho$ é a resistividade, que para o cobre é .$1.68×10^{-8} \Omega/m$
• A é a área da seção transversal em m²
• l é o comprimento do traço em m
• $\alpha$ é o coeficiente de temperatura, que para o cobre é 0,003862 a 20 ° C.
• $\Delta T$ é a diferença de temperatura de 20 ° C

Portanto, para um traço de 300 mil (7,62 mm) a 1oz, que é uma espessura de 0,0347 mm, uma seção transversal retangular seria

$$0.00762 \times 0.0000347 = 0.000000264m²$$

Obviamente, com gravura e outros fatores, não será tão espessa nem perfeitamente retangular, então reduza um pouco - digamos, por conveniência, é 0,0000002m².

Então você tem um traço de 0,05 m de comprimento (5 cm). Qual é a resistência desse traço a, digamos 23 ° C?

$$R = 1.68×10^{-8}\frac{0.05}{0.0000002} \cdot (1 + (0.003862 \times 3))$$ $$R = 1.68×10^{-8} \times 250000 \times 1.011586$$ $$R = 0.00425\Omega$$

Portanto, uma vez que você tenha resistência e conheça a corrente, poderá aplicar a Lei de Ohm simples a ela. Diga 15A, seu valor superior.

A tensão caiu nesse traço é

$$V=IR = 15 \times 0.00425 = 0.064V$$

A dissipação de energia será

$$P=I^2R = 15 \times 15 \times 0.00425 = 0.956W$$

Então agora você pode calcular qual seria a queda de tensão e a dissipação de energia em seus pequenos traços para ver se é tolerável.

Também existem vários truques que você pode usar para lidar com correntes maiores. Um dos mais comuns (e à moda antiga) é deixar os traços desmascarados e depois inundá-los com solda extra. Isso aumenta enormemente a área da seção transversal, reduzindo assim a resistência. Você também pode usar a galvanoplastia para obter um resultado semelhante, embora isso seja consideravelmente mais difícil, especialmente em apenas uma pequena área da placa.

O uso de fios em vez de (ou também) traços também pode ser feito.

Como um aparte, você também deve considerar se as conexões e os pinos usados ​​nos conectores são adequados para transportar até 15A.

No final, tudo se resume à dissipação de energia, resultando em calor. Traços mais largos obviamente reduzem a resistência, melhoram a dissipação de calor e, portanto, são ótimos. Perceba que, embora a resistência ao rastreamento seja uma função da largura e do comprimento, a dissipação de calor também é. Um traço duas vezes maior pode ter o dobro da resistência ao traço, mas também pode dissipar cerca de duas vezes mais calor. Portanto, você precisa se preocupar principalmente com o aumento de temperatura que pode tolerar.

-> O dobro do comprimento do traço significa mais calor geral, mas não mais calor por unidade de comprimento do traço.

Portanto, calcule quanto aumento de temperatura você pode pagar e apenas mantenha o comprimento dos traços finos o mais curto possível. Não existe um mínimo absoluto per se.

Assim como a força de uma corrente é forte apenas como seu elo mais fraco, a capacidade de carga atual de um traço é tão boa quanto sua seção mais fina . Para a amostra que você fornece, é a seção de 60 mil . Embora o cobre "extra" fornecido pela seção mais grossa ajude na remoção de calor, ele não faz nada pela capacidade de carga atual do traço. Portanto, o número que você deve usar para os cálculos deve ser 60 e não 300 mil. Se o rastreio de 300 mil for bom para 15A, o rastreio da amostra seria bom apenas para 15A x (60/300) = 3A .