يعد عرض مسارات PCB من أهم القرارات في تصميم اللوحات الإلكترونية. إذا كان المسار ضيقا جدا فقد ترتفع حرارته، أو يسبب هبوطا كبيرا في الجهد، أو يقلل من موثوقية المنتج على المدى الطويل. أما إذا كان المسار عريضا أكثر من اللازم فقد يستهلك مساحة مهمة ويجعل عملية التوجيه أكثر صعوبة.
بالنسبة للمهندسين الذين يصممون إلكترونيات القدرة، ولوحات LED، والأجهزة التي تعمل بالبطارية، ووحدات التحكم الصناعية، والمنتجات الاستهلاكية، فإن فهم قدرة مسارات PCB على تحمل التيار يساعد على تجنب مشاكل كثيرة في الأداء والتصنيع.
ما العوامل التي تحدد قدرة مسار PCB على تحمل التيار؟
تعتمد قدرة المسار على تحمل التيار على عدة عوامل، منها سماكة النحاس، عرض المسار، مقدار ارتفاع الحرارة المسموح به، طول المسار، درجة حرارة البيئة، وما إذا كان المسار على طبقة خارجية أو داخلية.
عادة تستطيع المسارات الخارجية حمل تيار أكبر من المسارات الداخلية ذات العرض نفسه، لأنها تبدد الحرارة بشكل أفضل إلى الهواء المحيط. أما المسارات الداخلية فتكون محاطة بمواد عازلة، ولذلك يكون التخلص من الحرارة أقل كفاءة.
سماكة النحاس عامل مهم
تكون سماكة النحاس القياسية في كثير من اللوحات 1 oz، أي حوالي 35 ميكرومتر. في التطبيقات ذات التيار العالي يمكن استخدام 2 oz أو أكثر. زيادة سماكة النحاس تساعد المسار على حمل تيار أعلى دون الحاجة إلى زيادة العرض بنفس النسبة.
لكن النحاس السميك قد يؤثر على أقل مسافة مسموحة بين المسارات، ودقة الحفر الكيميائي، والتكلفة، ومدة التصنيع. لذلك من الأفضل تأكيد هذه المتطلبات مع مصنع PCB قبل اعتماد التصميم النهائي.
ارتفاع الحرارة والموثوقية
تعتمد حسابات عرض المسار غالبا على مقدار ارتفاع الحرارة المقبول، مثل 10°C أو 20°C أو 30°C فوق درجة حرارة البيئة. السماح بارتفاع حرارة أكبر قد يجعل المسار أضيق، لكنه قد يزيد أيضا من الإجهاد الحراري على اللوحة والمكونات القريبة.
في المنتجات التي تعمل باستمرار، أو داخل علب مغلقة، أو في بيئات حارة، من الأفضل استخدام عرض مسار أكثر تحفظا. فالموثوقية لا تعني فقط أن اللوحة تعمل أثناء الاختبار، بل تعني أنها تستمر في العمل بعد أشهر أو سنوات من الاستخدام الفعلي.
لا تتجاهل هبوط الجهد
حتى إذا كان المسار قادرا على حمل التيار بأمان، فقد يسبب هبوطا كبيرا في الجهد إذا كان طويلا أو ضيقا. وهذا مهم بشكل خاص في الدوائر منخفضة الجهد، ولوحات LED ذات التيار العالي، ومحركات الموتور، ومسارات البطارية، والدوائر التناظرية الحساسة.
عندما يكون هبوط الجهد مهما، يمكن استخدام مسارات أعرض، أو تقصير مسار التيار، أو استخدام مناطق نحاسية، أو مسارات متوازية، أو طبقات مخصصة لتوزيع الطاقة.
نصائح عملية للتصميم
- استخدم حاسبة عرض مسار PCB كنقطة بداية، ثم أضف هامش أمان مناسب.
- اجعل مسارات التيار العالي قصيرة ومباشرة قدر الإمكان.
- استخدم مناطق نحاسية أو طبقات طاقة عندما تسمح مساحة اللوحة بذلك.
- تجنب تضييق مسارات التيار العالي في نقاط معينة من التصميم.
- استخدم vias حرارية عند نقل التيار أو الحرارة بين الطبقات.
- تأكد من حدود النحاس السميك والمسافات وقابلية التصنيع قبل الإنتاج.
متى يجب مناقشة عرض المسارات مع مصنع PCB؟
إذا كانت اللوحة تستخدم تيارا عاليا، أو نحاسا سميكا، أو مسافات ضيقة، أو تعمل في حرارة مرتفعة، أو لديها متطلبات موثوقية صارمة، فمن الأفضل مناقشة بنية الطبقات وتصميم النحاس قبل التصنيع. يمكن للمصنع الجيد مراجعة ما إذا كان عرض المسارات وسماكة النحاس والمسافات مناسبة للإنتاج.
تدعم EazyPCB تصنيع نماذج PCB والإنتاج الكمي لتطبيقات تشمل الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية وتطبيقات القدرة. إذا لم تكن متأكدا من أن تصميمك مناسب للتصنيع، يمكن لفريقنا مساعدتك في مراجعة المتطلبات الأساسية قبل بدء الطلب.
