انتخاب صحیح عرض و ضخامت ترک های PCB

انتخاب عرض و ضخامت ترک‌های PCB برای طراحی مدار چاپی بسیار مهم است، زیرا تأثیر مستقیمی بر جریان عبوری، افزایش دما و قابلیت اطمینان مدار دارد. انتخاب نادرست می‌تواند باعث افزایش دما، افت ولتاژ یا حتی سوختن ترک‌ها شود.

فاکتورهای مهم در انتخاب عرض و ضخامت ترک:

۱. جریان عبوری:

• هرچه جریان عبوری از ترک بیشتر باشد، عرض ترک باید بزرگ‌تر باشد تا از گرم شدن بیش از حد و افزایش مقاومت جلوگیری شود.

۲. ضخامت لایه مسی (Copper Thickness):

• ضخامت معمول لایه مسی در PCB به صورت زیر است:
  • ۱ اونس بر فوت مربع (۱ oz/ft²): ضخامت تقریبی ۳۵ میکرومتر (۳۵ µm یا ۱.۴ mil).
  • ۲ اونس بر فوت مربع (۲ oz/ft²): ضخامت تقریبی ۷۰ میکرومتر (۷۰ µm یا ۲.۸ mil).
• در مدارهایی با جریان بالا، از ضخامت مس بیشتر (مثلاً ۲ oz یا ۳ oz) استفاده می‌شود.

۳. طول ترک:

• ترک‌های طولانی‌تر مقاومت بیشتری دارند و افت ولتاژ بیشتری ایجاد می‌کنند. در نتیجه، ممکن است نیاز به عرض بزرگ‌تری داشته باشند.

۴. دمای قابل تحمل:

• افزایش دما در ترک نباید از حد مجاز مشخص شده برای طراحی (معمولاً ۱۰ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد) فراتر رود.

۵. لایه ترک:

• ترک‌های داخلی (بین لایه‌های PCB) حرارت کمتری دفع می‌کنند و معمولاً باید عرض بیشتری نسبت به ترک‌های خارجی داشته باشند.

۶. نوع جریان (AC یا DC):

• برای جریان AC با فرکانس بالا، اثر پوستی (Skin Effect) باعث توزیع جریان در سطح ترک می‌شود، بنابراین عرض بیشتری مورد نیاز است.

۷. کاربرد:

• مدارهای پرقدرت یا صنعتی معمولاً به ترک‌های پهن‌تر نیاز دارند، در حالی که مدارهای سیگنال کم‌جریان (مانند مدارات دیجیتال) می‌توانند ترک‌های باریک‌تر داشته باشند.

محاسبه عرض ترک PCB:

روش دستی:

می‌توانید از فرمول زیر استفاده کنید که جریان عبوری از ترک و ضخامت مس را مد نظر قرار می‌دهد:I=K⋅(W⋅T)0.44⋅ΔT0.725I = K \cdot (W \cdot T)^{0.44} \cdot \Delta T^{0.725}I=K⋅(W⋅T)0.44⋅ΔT0.725

• III: جریان عبوری (آمپر).
• WWW: عرض ترک (میلی‌متر یا میل).
• TTT: ضخامت مس (میلی‌متر).
• ΔT\Delta TΔT: افزایش دما (سانتی‌گراد).
• KKK: ثابت (برای ترک‌های خارجی ۰.۰۴۸۰.۰۴۸۰.۰۴۸ و برای ترک‌های داخلی ۰.۰۲۴۰.۰۲۴۰.۰۲۴).

استفاده از ماشین‌حساب‌های آنلاین:

برای راحتی، می‌توانید از ماشین‌حساب‌های آنلاین ترک PCB مانند موارد زیر استفاده کنید:

• Advanced Circuits PCB Trace Calculator
• Saturn PCB Toolkit

راهنمای عمومی:

نکات طراحی:

1. فاصله ترک‌ها:
   • فاصله بین ترک‌ها باید مطابق استاندارد ولتاژ مدار باشد. مثلاً برای ولتاژهای بالا، فاصله ترک‌ها باید بیشتر باشد.
2. تقویت ترک‌ها:
   • در مدارهای جریان بالا، ترک‌ها را می‌توان با لحیم‌کاری روی مسیر یا استفاده از نوار مسی تقویت کرد.
3. استفاده از لایه‌های متعدد:
   • در طراحی چندلایه، می‌توان جریان را بین چند لایه تقسیم کرد تا عرض ترک کاهش یابد.
4. مسیر مستقیم:
   • مسیر ترک‌ها را تا حد ممکن کوتاه و مستقیم طراحی کنید تا افت ولتاژ و مقاومت کاهش یابد.
5. استاندارد IPC-2221:
   • این استاندارد به عنوان مرجع اصلی برای انتخاب عرض ترک و فاصله‌ها در PCB استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری:

انتخاب عرض و ضخامت ترک‌های PCB به جریان عبوری، ضخامت مس، و شرایط دمایی وابسته است. استفاده از استانداردهای معتبر و ابزارهای محاسباتی می‌تواند طراحی دقیق‌تر و مطمئن‌تری ارائه دهد.