Я собираюсь попытаться ответить на этот вопрос из моего собственного исследования в этом.

Многие из онлайн-калькуляторов зависимости ширины трассы от тока основаны на документе, опубликованном, по-видимому, много лет назад. Некоторые источники говорят, что это было в 1950-х годах, но я не смог найти дату первой публикации. (Честно говоря, я тоже особо не искал). IPC-2221 — это общий стандарт проектирования печатных плат.

Я нашел копию IPC-2221 здесь [ссылка]

Существует более современная версия этого документа (у меня нет даты), и это IPC-2152, в котором с тех пор обновлена ​​часть старой информации прошлого. Если исходный документ был опубликован в 1950-х годах, то проектирование печатных плат имеет долгий путь, например, использование плоскостей и многослойных плат.

Программное обеспечение PCB Toolkit использует (по умолчанию) IPC-2152 с так называемыми модификаторами. Я получу больше в это скоро. Другой веб-сайт ( http://www.smps.us/ ) также предоставляет калькулятор для зависимости ширины трассы от текущей и использует IPC-2152 в качестве базовой ссылки , а тело содержит некоторые пояснения к различиям между старым и новым.

До недавнего времени основным источником для расчета ширины дорожки печатной платы (ПП) на повышение температуры были графики, полученные на основе экспериментов, проведенных более полувека назад.

Он продолжает говорить..

Новый стандарт IPC-2152, основанный на последних исследованиях, гораздо сложнее. Он предоставляет более 100 различных показателей и позволяет учитывать множество дополнительных факторов, таких как толщина печатной платы и проводников, расстояние до медной плоскости и т. д.

Остальная часть страницы включает в себя калькулятор и некоторые уравнения, а также то, как и почему автор делал определенные вещи, но одна вещь, которую он говорит,

Если у вас многослойная печатная плата с медной пластиной рядом с проводником, фактическое ∆T будет существенно ниже. Однако для досок толщиной менее 70 мил без рубанка температура может быть выше. Поэтому ссылка IPC на рис. 5-2 как на консервативную может ввести в заблуждение. В любом случае, для отражения условий конкретного приложения можно ввести поправочный (модифицирующий) коэффициент как отношение между расчетным фактическим и типовым ∆T.

Я думаю, что это модификаторы, которые мы видим в PCB Toolkit. Когда я подставляю одни и те же значения и для PCB Toolkit, и для этого онлайн-калькулятора, я получаю тот же результат**

** Внутренняя ширина трассы соответствует исправленной ширине онлайн-калькулятора.

В этом документе также произвольно предполагалось, что внутренние проводники могут нести только половину тока внешних. На самом деле, как упоминается в новом стандарте, внутренние слои могут работать холоднее, потому что теплопроводность диэлектрика в 10 раз выше, чем у воздуха.

Я подумал, что это было интересно, и согласно Википедии

Thermal conductivity, through-plane 0.29 W/m·K,[1] 0.343 W/m·K[2]
Thermal conductivity, in-plane  0.81 W/m·K,[1] 1.059 W/m·K[2]

и The Engineering Toolbox при температуре около 20°С, теплопроводность воздуха 0,0257 Вт/м·К.

Так что, если у вас есть плоскость, диэлектрик рассеивает это тепло, поэтому ваша трасса может фактически выдерживать больший ток, чем считалось ранее.

TL;DR IPC-2152 — это новый стандарт зависимости ширины дорожки от силы тока, который включает рассеивание тепла с плоскостью, так что дорожки могут выдерживать больший ток, чем считалось ранее.

PCB Toolkit (программа) и http://www.smps.us/pcb-calculator.html используют этот новый стандарт. Так что, если вам нужно втиснуть больше дорожек с более высоким номинальным током или если вы пытаетесь достичь целевого импеданса и быть в состоянии справиться с более высокой нагрузкой, IPC-2152 сможет помочь. Однако, если вы можете пойти больше, делайте больше, потому что лучше быть консервативным, но если вам нужно выжать больше и считаться «безопасным», то я думаю, что это правильный путь.

Раньше я использовал калькуляторы дорожек для печатных плат, но результаты меня не удовлетворили. Основная причина заключается в том, что проведенное исследование было довольно старым, а во-вторых, эти калькуляторы отвлекают вас от условий исследования, таких как - какой коэффициент безопасности учитывался во время исследования, каковы были условия эксплуатации, каково было качество печатной платы. и т. д. Кроме того, как только вы получите полностью изготовленную печатную плату, ее характеристики будут полностью отличаться от теоретических значений. Например, точная толщина проводника будет зависеть от всего процесса, выполняемого фирмой-изготовителем. Таким образом, становится сложно/неэффективно использовать теоретический результат в сценарии реальной жизни.

Возвращаясь к основам, пропускная способность в амперах связана с базовой физикой. Любая трасса будет иметь конечное сопротивление. Когда вы пропускаете ток под падением потенциала, в дорожке будет рассеиваться мощность P = V*I. Если достигается точка плавления дорожки, ваша печатная плата повреждается. Вот и все.

Я бы предложил практический подход, а не вдаваться в теоретический. Идея состоит в том, чтобы изготовить печатную плату с дорожками разной толщины, расположенными параллельно друг другу. Также приобретите эту плату с различной толщиной меди (35 микрон, 70 микрон и т. д.). Используйте это как справочную доску для этого конкретного производственного дома (просто чтобы быть параноиком). Всякий раз, когда вы хотите найти текущую емкость ширины трассы, просто подайте сигнал на трассу, которая, по вашему мнению, не расплавится при этом токе. Оставьте его там на некоторое время, пока след не достигнет стабильной температуры. Попробуйте почувствовать температуру рукой (или измерьте ее с помощью бесконтактного термометра или чего-то еще, что вы можете использовать).

Убедитесь, что вы проводите тестирование для наихудшего состояния, в которое может попасть ваша печатная плата. После получения температуры вы можете легко выбрать ширину трассы.