Théoriquement, la capacité de transport de courant d’un PCB (Printed Circuit Board, ou carte de circuit imprimé) est déterminée par la section transversale de la piste et l’élévation de température. De plus, la section transversale de la piste est directement proportionnelle à la largeur de la piste et à l’épaisseur du cuivre. Une question se pose alors : cette règle s’applique-t-elle également à la relation entre la capacité de transport de courant et la section transversale de la piste, c’est-à-dire la capacité de transport de la piste est-elle directement proportionnelle à sa section transversale ? Pour une même élévation de température de 10 °C, une piste de 10 mil avec un cuivre de 1 oz est capable de supporter au maximum un courant de 1 A, et nous sommes certains qu’une piste de 50 mil est capable de supporter un courant supérieur à 1 A. Mais quelle est exactement l’intensité maximale qu’elle peut supporter ? 5 A, sur la base d’un simple calcul de multiplication ? En réalité, c’est bien plus compliqué que cela. Selon la norme MIL-STD-275, il est indiqué que le courant maximal qu’une piste de 50 mil peut supporter est de 2,6 A.
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Augmentation de la température
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10 °C
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20°C
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30°C
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Cuivre
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0,5 oz |
1,0oz |
2,0oz |
0,5 oz |
1,0oz |
2,0 oz |
0,5 oz |
1,0oz |
2,0oz |
|
Largeur de piste (pouce)
|
Intensité maximale en ampères |
| 0,01 |
0,5 |
1,0 |
1,4 |
0,6 |
1,2 |
1,6 |
0,7 |
1,5 |
2.2 |
| 0,015 |
0,7 |
1,2 |
1,6 |
0,8 |
1,3 |
2,4 |
1,0 |
1,6 |
3,0 |
| 0,02 |
0,7 |
1,3 |
2.1 |
1,0 |
1,7 |
3,0 |
1,2 |
2,4 |
3,6 |
| 0,025 |
0,9 |
1,7 |
2,5 |
1,2 |
2.2 |
3,3 |
1,5 |
2,8 |
4,0 |
| 0,03 |
1.1 |
1,9 |
3,0 |
1,4 |
2,5 |
4,0 |
1,7 |
3.2 |
5,0 |
| 0,05 |
1,5 |
2,6 |
4,0 |
2,0 |
3,6 |
6,0 |
2,6 |
4.4 |
7,3 |
| 0,075 |
2,0 |
3,5 |
5,7 |
2,8 |
4,5 |
7,8 |
3,5 |
6,0 |
10,0 |
| 0,1 |
2,6 |
4,2 |
6,9 |
3,5 |
6,0 |
9,9 |
4,3 |
7,5 |
12,5 |
| 0,2 |
4.2 |
7,0 |
11,5 |
6,0 |
10,0 |
11,0 |
7,5 |
13,0 |
20,5 |
| 0,25 |
5,0 |
8,3 |
12,3 |
7.2 |
12,3 |
20,0 |
9,0 |
15,0 |
24,0 |
Néanmoins, le tableau ci-dessus a été progressivement remplacé par la norme générique IPC-2221 sur la conception de circuits imprimés comme référence sur la base de laquelle uncarte de circuit impriméest précisément conçu.
Unité de mesure de l’épaisseur du cuivre
Avant toute discussion approfondie, il est nécessaire de consulter un wiki sur une unité appliquée à l’épaisseur du cuivre, l’once (oz). Elle est généralement reconnue comme une unité de mesure de poids, mais dans la conception de circuits imprimés, elle est utilisée pour mesurer l’épaisseur du cuivre. Lorsqu’il s’agit de la conversion de l’épaisseur du cuivre en onces, certaines règles doivent être gardées à l’esprit. Étant donné que les spécifications du cuivre sont mesurées par le poids de cuivre par pied carré, 1 oz, qui est généralement mentionnée, fait en réalité référence au fait que chaque pied carré de ce cuivre pèse 1 oz. Dans ce cas, plus le cuivre est épais, plus il pèse, puisque le poids du cuivre est directement proportionnel à son épaisseur. Par conséquent, l’épaisseur du cuivre peut être exprimée en unité de poids, l’once. En outre, l’once peut également être convertie en unités de millimètre ou de mil. Quelques conversions courantes sont listées ci-dessous :
0,5oz = 0,0007inch = 0,7mils = 0,018mm
1,0oz = 0,0014inch = 1,4mils = 0,035mm
2.0oz = 0,0034inch = 2,8mils = 0,070mm
Relation entre la section transversale du cuivre de PCB, la capacité maximale de transport de courant et l’élévation de température
Sur la base de l’explication de la section 6.2 de l’IPC-2221, à savoir les exigences relatives aux matériaux conducteurs, la capacité de transport de courant peut être subdivisée en deux types : conducteurs internes et conducteurs externes. La capacité maximale de transport de courant des conducteurs internes est définie comme la moitié de celle des conducteurs externes. Le tableau 6-4 de l’IPC-2221 illustre la relation entre la section transversale du cuivre, l’élévation de température et la capacité maximale de transport de courant pour les conducteurs externes et les conducteurs internes.
De plus, une formule simplifiée a été résumée sur la base des tableaux ci-dessus :Je= KΔT0,44A0,75
Dans cette formule, K est un facteur de correction. Il est équivalent à 0,024 pour les conducteurs internes et à 0,048 pour les conducteurs externes. ΔT est la différence de température maximale, indiquant la différence de température entre le cuivre chauffé et la température ambiante, son unité étant le degré Celsius (°C). A désigne la section transversale de la piste en cuivre, son unité étant le mil carré (mil²).Jefait référence à la capacité de transport de courant actuelle, dont l’unité est l’ampère (A).
Grâce au développement de la technologie électronique, certains calculateurs en ligne de largeur de piste sont disponibles pour les concepteurs de circuits imprimés. C’est un outil tellement pratique que, dès que le courant requis et le poids de cuivre sont renseignés, la largeur de piste correspondante des conducteurs internes et externes est fournie.Calculateur de largeur de piste PCBetCalculateur de largeur de piste PCB ANSI IPC-2221Aappartiennent aux outils présentés à l’instant.
Éléments déterminant la capacité maximale de transport de courant
Bien qu’une formule simple puisse être directement utilisée pour calculer la capacité maximale de transport de courant, les cas pratiques ne sont pas aussi simples et directs. En effet, outre la section transversale et l’élévation de température, la capacité de transport de courant d’une piste dépend également d’autres éléments tels que le nombre de composants, les pastilles et les vias.
Pour les pistes comportant de nombreux pads répartis, la piste étamée offrira une capacité extrêmement plus élevée que les pistes ordinaires. Il n’est pas rare que les ingénieurs rencontrent des circuits imprimés sur lesquels une piste entre des pads est brûlée lorsqu’un fort courant la traverse. La raison d’un tel problème réside dans une quantité excessive de pâte à braser sur les composants ou les broches, ce qui entraîne une augmentation de la section transversale, tandis qu’aucune modification n’est apportée à la piste entre les pads. En conséquence, dès que l’alimentation est mise sous tension ou qu’une modification de l’ordre est appliquée à la piste, il est possible de provoquer une surtension transitoire extrêmement importante, voire la destruction par brûlure de la piste située entre les pads.
L’une des solutions à ce problème réside dans l’augmentation de la largeur des pistes. Lorsqu’il n’est pas possible d’élargir une piste, un vernis épargne peut être appliqué sur les pistes susceptibles de brûler et la pâte à braser doit être déposée dansSMT (Technologie de montage en surface)procédure. Après le brasage par refusion, la largeur de la piste augmentera, de sorte que la capacité de transport de courant augmentera également.
En un mot, bien que la capacité de transport de courant d’une piste de PCB puisse être obtenue à partir du tableau fourni par l’IPC ou d’une formule, ceux-ci ne s’appliquent qu’au calcul de pistes rectilignes. Cependant, la poussière ou la contamination doivent être prises en compte avec soin dans la fabrication ou l’assemblage réels de circuits imprimés, car la pollution peut éventuellement entraîner la rupture partielle de certaines pistes. Ainsi, lorsque nous concevons la capacité maximale de transport de courant par l’une ou l’autre méthode, un facteur de sécurité doit être ajouté afin d’empêcher tout problème de surcharge.
En outre, une attention particulière doit être portée aux virages des pistes. Si un angle aigu apparaît dans une piste, un transfert non fluide peut se produire, ce qui peut n’avoir que peu d’influence pour un faible courant ou une piste de grande largeur. Mais lorsqu’il s’agit d’une faible capacité de transport de courant, des problèmes peuvent survenir.
La capacité de transport de courant d’un circuit imprimé est un élément à prendre en compte lors de la conception de cartes de circuits efficaces et fiables. Cependant, les calculs théoriques à eux seuls peuvent ne pas suffire pour prendre des décisions efficaces lorsqu’ils sont appliqués à des scénarios pratiques. C’est pourquoi il est nécessaire d’utiliser des normes industrielles comme l’IPC-2221 afin que votre circuit imprimé fonctionne comme prévu dans ses conditions réelles de fonctionnement.
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