حاسبة عرض مسار PCB بمعيار IPC-2221 للتيار والحرارة

حاسبة عرض مسار الدائرة المطبوعة

اكتب التيار وارتفاع الحرارة الذي تقبله ووزن النحاس، واختر إن كان المسار في الطبقة الخارجية أو الداخلية. تحصل على عرض المسار وفق IPC-2221، ومقاومته على طوله، وهبوط الجهد الذي يسببه.

مجانية تعمل داخل متصفحك آخر مراجعة: الثلاثاء، 30 جمادى الأولى 1448 بعد الهجرة

طريقة الاستخدام

اكتب التيار (A) الذي يجب أن يحمله المسار، وارتفاع الحرارة المسموح (°C).
اختر وزن النحاس (oz)، وهو عادة 1 oz، واختر إن كان المسار في الطبقة الخارجية أو الطبقة الداخلية.
اكتب طول المسار (mm) إن أردت المقاومة وهبوط الجهد على طوله.
اقرأ عرض المسار (الحد الأدنى). استخدم العرض الأعرض التالي الذي يعرضه مصنّع لوحتك، وتحقق من النتيجة بقواعد المصمم.

صيغة IPC-2221

يربط المعيار IPC-2221 بين التيار الذي يحمله الموصل وارتفاع الحرارة الذي يسببه ومقطعه. وثوابت المطابقة المنحنية للمعيار، كما ينقلها حاسب عرض المسار لدى DigiKey، هي 0.048 للطبقات الخارجية و0.024 للطبقات الداخلية، مع الأسسين 0.44 و0.725. والمساحة بالميل المربع، ويأتي العرض من سُمك النحاس.

I = k × ΔT^0.44 × A^0.725
A = (I ÷ (k × ΔT^0.44))^(1/0.725)
العرض = A ÷ (oz × 1.378 mil)

k   = 0.048 للطبقة الخارجية، و0.024 للطبقة الداخلية
ΔT  ارتفاع الحرارة (°C)
A   مساحة المقطع (mil²)
1 oz نحاس = 35 µm = 1.378 mil

سُمك النحاس: تعطي ويكيبيديا 35 µm لوحدة 1 oz/ft²، بينما يذكر بعض المصنّعين 34 µm. يستخدم الحاسب 35 µm.
تستخدم حسبة المقاومة المقاومةَ النوعية للنحاس المطاوَع عند 20 °C، والمسار الساخن له مقاومة أكبر قليلاً.

الطبقة	k	العرض لتيار 2 A وارتفاع 10 °C ونحاس 1 oz
خارجية	0.048	0.781 mm (30.76 mil)
داخلية	0.024	نحو 2.6 ضعف مساحة الخارجية

ما لا يشمله هذا الحاسب

المستويات النحاسية والمناطق النحاسية الواسعة، حيث يعطي المعيار IPC-2152 أرقاماً مختلفة وأنفع في الغالب.
الثقوب الحرارية، والنحاس المجاور، والتهوية القسرية، واللوحات المغلقة، وهذه تغيّر ارتفاع الحرارة الذي يصله المسار.
النبضات والترددات العالية، حيث يتكدس التيار قرب سطح النحاس. والحاسب يفترض تياراً مستقراً.

مثال محلول: 2 A، وارتفاع 10 °C، و1 oz، في الطبقة الخارجية

المساحة A = (2 ÷ (0.048 × 10^0.44))^(1/0.725) = 42.39 mil². وبسُمك 1 oz (1.378 mil) يكون العرض 42.39 ÷ 1.378 = 30.76 mil، أي 0.781 mm.

على طول 50 mm تكون مقاومة المسار 1.72 × 10⁻⁸ Ω·m × 0.05 m ÷ (0.781 mm × 35 µm) = 31.4 mΩ، فيكون هبوط الجهد عند 2 A هو 62.9 mV.

الأسئلة الشائعة

ما العرض الذي أحتاجه لتيار 1 A على الطبقة الخارجية؟

مع ارتفاع 10 °C ونحاس 1 oz، يعطي الحاسب العرض لأي تيار تكتبه. اكتب 1 واقرأ النتيجة: مساراً أضيق من مسار 2 A، لأن المساحة تزداد مع التيار في الصيغة.

لماذا تحتاج الطبقة الداخلية إلى مسار أعرض؟

المسار الداخلي محاط باللوحة، فلا يستطيع أن يفقد الحرارة إلى الهواء بالسهولة نفسها. تستخدم الصيغة k = 0.024 للطبقات الداخلية، فتعطي مساراً مساحته نحو 2.6 ضعف مساحة الخارجي لارتفاع الحرارة نفسه.

كم يساوي 1 oz من النحاس بالملليمتر؟

1 oz/ft² يساوي نحو 35 µm سُمكاً، أي 1.378 mil. وبعض المصنّعين يذكر 34 µm، والفرق يغيّر العرض بنحو 3٪.

هل ارتفاع 10 °C آمن؟

هو هدف شائع للوحة تعمل في حرارة الغرفة. والارتفاع الآمن يعتمد على المكوّنات وأعلى حرارة تحتملها اللوحة، لذلك تحقق منهما أيضاً.

هل أستطيع استخدام هذا لمستويات الطاقة؟

لا. المستويات والمناطق النحاسية الواسعة توزّع الحرارة بطريقة مختلفة، ومعيار IPC-2152 هو الدليل الأنسب لها.

المصادر

آخر مراجعة للأرقام والنص: الثلاثاء، 30 جمادى الأولى 1448 بعد الهجرة.

النتيجة

طريقة الحساب خطوة بخطوة