PCB铜箔厚度、线宽与最大负载电流间的关系

PCB的电流负载能力原则上取决于布线(trace)的铜泊断面的截面积与温升，但截面积又与线路的宽度及厚度正相关，只是电流负载能力是否跟铜线截面积成正比可能就不一定了？

假设在同样10°C温升的条件下，一条10mils线宽的1oz走线(trace)可以承受1Amp的电流，我们应该可以很肯定50mils线宽的走线可以承受比1Amp更大的电流，但会是倍数关系的5Amps吗？答案似乎是否定的。这裡先参考MIL-STD-275表格，其可承受的最大电流其实只有2.6Amps而已喔。

(数据来源：MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment，线宽单位：Inch)

不过上述的表格已经是好几年以前的过时资料了，现在比较新的资料应该已经由【IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design】的图表所取代，不过在瞭解铜箔的电流负载能力以前，这裡还有一个关键因子【铜箔的厚度(盎司，oz)】需要先来探讨一下，到底铜箔的厚度是怎么计算的？
 

铜箔的厚度 – 盎司(ounce, oz)

一般业界惯用的铜箔厚度为《盎司(oz)》，可是《盎司》明明就是重量，怎么又变成厚度了？这是因为在铜皮的术语中，《盎司》被转换成了厚度的单位了，越听越糊涂了？这是因为铜皮的规格是以每平方英迟(ft2)有几盎司(oz)来定义的，所以我们经常说的 1oz(盎司)就是在每平方英迟(ft2)上有1oz的重量，铜皮越厚就会越重，因为铜皮的重量跟厚度成正比，所以铜皮的盎司可以等同于厚度，并可以被转化为毫米(mm)或是毫英吋(mils)。这个其实跟我们在算纸张的时候用磅来计算有点类似，有兴趣的自己去查看看吧！

这裡列出几个大家比较常用到的尺寸，并换算成mils(毫吋)与mm(毫米)供大家参考：

0.5 盎司(oz) = 0.0007 英吋(inch) = 0.7 mils = 0.018 毫米(mm)

1.0 盎司(oz) = 0.0014 英吋(inch) = 1.4 mils = 0.035 毫米(mm)

2.0 盎司(oz) = 0.0034 英吋(inch) = 2.8 mils = 0.070 毫米(mm)

下面也试著为各位计算为何1oz的 铜箔约等于1.4mils：

铜的比重为8.9(gm/cm3)，

单位换算：1(ft2)=93055 (mm2)，1(mil)=2.54(um)，1(oz)=28.34(gm)

1oz体积 = 28.34(gm) / 8.9(gm/cm3) = 3.1842(cm3) = 3184.2(mm3)

1oz厚度 = 3184.2(mm3) / 93055(mm2) = 0.03422(mm) = 1.35 (mils)

注：铜箔的密度会因为使用不同的铜而有不同的密度，所以计算上可能会有些小误差。
 

PCB铜箔截面积与最大负载电流及温升间的关系

依照 IPC-2221 第6.2节(Conductive Material Requirements)的说明，电路板上的最大电流载流能力(Current Carrying Capacity)又可以被分成内层线路与外层线路两种，而且内层线路的最大电流载流能力被设定为只有外层线路的一半。这里节录 IPC-2221 的图表6-4以说明外层线路(External conductors)与内层线路(Internal Conductors)的铜箔截面积、温升、与最大电流载流能力的关系。

另外，有人很聪明的将上述图表PCB线路对电流的承载能力的关系归纳出了一个公式，这个公式可以大致上用来取代查表所得：

I = K△T0.44A0.75

K：为修正系数，一般覆铜线在内层时取0.024，在外层时取0.048。

△T：为最大温差，表示铜箔通电后发热高出周遭环境的温度，单位为摄氏度(°C) 

（有网友质疑这个△T温差解释可能有问题，目前正在研究澄清中，如果有经验的朋友也请不吝释教。现在已经有作过修改，如果还是有不妥的地方还请指正。）

A：为覆铜线路的截面积，单位为平方毫英吋(mil2)

I：为最大电流载流能力(Current Carrying Capacity)，单位为安培(Amp)

1(mil) = 25.4(um)

▲IPC-2111图表6.4, External Conductors铜箔截面积、温度与最大载流能力的关系。

▲IPC-2111图表6.4, Internal Conductors铜箔截面积、温度与最大载流能力的关系。

虽然说现在已经有公式可以直接计算铜箔的最大电流负载能力，但在实际设计线路时可不会只有这么单纯。因为Trace的电流负载能力不只与铜箔截面积及温度有关，其他如线路上元器件的多寡、焊盘以及通孔(vias)都有直接的关系。
 

在焊垫(盘)较多的线段，在过炉后有吃锡的那段线路，其电流承载能力就会大大的增加，相信很多人应该都有看过一些大电流板中焊垫与焊垫之间某段线路被烧燬的情形，道理很简单，这是因为焊盘上多了焊锡的原故，也就是增加了线路上可以承受电流的面积，而焊垫与焊垫之间的线路并没有任何的改变，因此在电源刚启动，或是电路上执行指令变换时，就很有机会造成电流瞬间波浪(Surge)过大，这时候就很容易烧断焊垫与焊垫之间电流承载能力较弱的线路。

解决的方法，可以增加导线的宽度，如果板子不能允许增加导线的宽度，也可以考虑在容易烧毁的线路上打开防焊绿油(solder mask)，并利用SMT的制程加印锡膏(solder paste)，经过reflow以后就可以增加导线的厚度，也就增加了电流承载的能力。
 

这样罗里吧嗦的说了一堆，最主要强调PCB的线路对电流的承载能力虽然已经由查表或是公式计算而得，可是这些资料计算的都只是一些直线的线路，可是在PCB实际生产制造时还必须要考虑到线路可能会受到灰尘或是杂物的污染，致造成可能的局部线路破损，所以不论我们使用何种方式来求得可承载的最大电流与线路线宽，应该都还要在加上个安全系数来预防可能的过载问题。 要在加上个安全系数来预防可能的过载问题。 要在加上个安全系数来预防可能的过载问题。
 

要在加上个安全系数来预防可能的过载问题。 要在加上个安全系数来预防可能的过载问题。 另外，有些线路在转弯的地方也要特别注意，如果线路上有锐角出现就有机会造成电流传递不顺畅的问题，这对于小电流或大线宽的线路可能没有什么问题，但如果的线路的电流负载容许值不足时就容易出问题。这就像大车过弯时需要比较大的回转半径一般，太过直角的弯道可是会让车子冲出跑道的。