¿Es seguro usar trazas de PCB angostas pero cortas para un flujo de corriente alto?

Estoy tratando de diseñar una PCB que tenga rastros de alta corriente.

El PCB tiene un espesor de traza de 1 oz (35 um). El flujo de corriente máximo será de 12 amperios RMS.

Encontré esta calculadora de grosor de PCB en línea: https://www.eeweb.com/toolbox/external-pcb-trace-max-current

Según esta calculadora, un ancho de 5 mm es suficiente para mantener un flujo de corriente de 15 amperios a 70 °C. Sin embargo, debido a algunas limitaciones de diseño, necesito reducir el trazo de la PCB a 2 mm.

Para trazas de 2 mm de ancho, la calculadora indica que puede contener un flujo de corriente de 11,2 amperios a 125 °C, lo cual es demasiado alto. Para demostrar la situación, mire el diseño de PCB a continuación:

diseño de placa de circuito impreso

Mi pregunta es, que pasa si pongo a funcionar esta PCB? Traté de mantener las líneas estrechas de alta corriente lo más cortas posible, pero son inevitables. Quiero pensar que el aumento térmico en las líneas estrechas se distribuirá en las líneas anchas, ya que se llevan a cabo, sin embargo, no estoy seguro de lo que sucederá. ¿Se quemarán esas líneas estrechas de alguna manera? Si es así, ¿cuáles son sus consejos prácticos?

¿Qué resistencia de extremo a extremo tiene la pista delgada?
70°C sobre el ambiente oa 70°C entonces ¿con qué ambiente? ¿Qué pasa cuando aumenta el ambiente? Y no, el calor no fluirá simplemente, especialmente no a través de los rastros ya calientes a su alrededor. Puede obtener un poco más de capacidad haciendo que las pistas sean más gruesas, ya sea usando más cobre o estañándolas.
@Andyaka 4.3 micro ohmios. Qué estás pensando?
@PlasmaHH ese cálculo fue para 25 ambiente y 45 aumento.
4,3 uOhm y 12 amperios es una disipación de potencia de 0,6 mW, pero tengo dudas de que la pista de 2 mm que parece tener aproximadamente una pulgada de largo y no parece ser una conexión continua, por lo que es una incógnita.
@ Alper91: probablemente debería calcular la temperatura ambiente máxima que espera. 40 °C no es poco común, lo que haría que 45 °C aumentara la friolera de 85 °C, nada que desee cerca del límite electrolítico promedio. ¿Qué hay del otro lado? Cuantas capas tienes? Tal vez puedas agregar algunos trazos en las capas internas o en el otro lado.
@PlasmaHH gracias por la sugerencia, es una PCB de 4 capas. El otro lado del controlador es un motor de inducción, irá directamente a las bobinas de excitación. Intentaré agregar una capa interna en paralelo también. Sin embargo, sería bueno saber la temperatura máxima que pueden soportar esas líneas de PCB. Supongo que la temperatura ambiente máxima que debería esperar es de 45 ° C, tal vez más. Este es un controlador de motor para coche de batería pequeña. Estará dentro del chasis mecánico del coche. Pareces experimentado. ¿Crees que debería hacer cálculos para un máximo de 125 °C?
@ Alper91: las cosas dentro de un automóvil están algunos niveles fuera de mi nivel de experiencia. En general, todas las piezas parecen ser de "grado automotriz", lo que puede significar clasificación para temperaturas más altas, encapsuladas (disminución de la capacidad de transporte de corriente) o recubiertas de forma conformada, más estables mecánicamente, márgenes de seguridad más altos y mucho más. Para piezas de calidad de todos modos.
@ Alper91 del diseño, veo que, en teoría, tiene mucho espacio para aumentar las pistas de 2 mm. Si esto no es posible, podría colocar una abertura de máscara de soldadura y estañar esa pista, para que su resistencia efectiva se reduzca. Sugiero también realizar simulaciones térmicas. La calculadora de trazas de PCB "en línea" supone una aproximación de traza de "longitud infinita", por lo que sus resultados son muy conservadores. Supongo que en su caso, parte del calor (generado donde las huellas son delgadas) puede disiparse parcialmente donde las huellas se ensanchan.
¿Estamos hablando de un coche de grado automático, con gente dentro o de un juguete a control remoto?
@Christian No sé qué clase de automóvil es, pero será un mini automóvil para que se sienten una o dos personas. El tamaño de la placa de circuito impreso es de 60 x 25 cm. Como BMW Isetta.

Respuestas (2)

Le recomendaría exponer la máscara de soldadura en ese rastro y usar soldadura para espesar el rastro. Esta es la forma habitual de aumentar la capacidad actual de dicha traza.

Sin embargo, realmente no responde la pregunta subyacente. ¿Por qué crees que no es seguro hacer lo que está haciendo?
@pipe OP pidió consejos prácticos. No es muy bueno estresar ninguna parte de la placa/circuito. OP declaró que 12A sobre el rastro de 2 mm es un problema debido a la alta temperatura. Es obvio que mi respuesta da solución a eso.
Sin embargo , no es del todo obvio que esté siendo estresado.
@pipe Bueno, es obvio. Hay muchas calculadoras de ancho de trazo. OP usó uno de esos. Da un aumento de temperatura de 125 °C. Esto es estrés en mi humilde opinión.
el cobre es un conductor mucho mejor que la soldadura, espesar la traza con soldadura tiene solo un aumento muy pequeño de la capacidad actual. Simplemente compare la conductividad del cobre, el estaño y el plomo.
@Uwe El área de la sección transversal de la mancha/traza de soldadura es mucho mayor que la traza de cobre. Entonces, a pesar de que la conductividad de la soldadura es mucho más alta, todavía ayuda a reducir la resistencia de ese rastro.
Resistividad del cobre 1,68E−8, estaño 10,9E−8, plomo 22,0E−8. Entonces el cobre es 13 veces mejor que el plomo y 6,5 veces mejor que el estaño. Para mantenerse al día con 35 µm de cobre, necesita 455 µm de plomo y 227,5 µm de estaño.
@Uwe Calcule ahora el área de la sección transversal de la pista de 5 mm de ancho y el área de la sección transversal de la gota/pista de soldadura.

La lámina de cobre moverá el calor verticalmente hacia el aire o hacia las trazas o planos subyacentes a través del FR-4.

Y la lámina de cobre moverá el calor lateralmente a través del rastro. La resistencia térmica lateral de una lámina de 1 onza/pie^2 es de 70 grados Cent por vatio por cuadrado.

Una traza de 20 mil por 200 mil tiene 10 cuadrados y la resistencia térmica de extremo a extremo es 10 * 70 = 700 grados centígrados por vatio.

Desde la mitad de las 200 milésimas de pulgada hasta cualquier extremo, habrá 350 grados centígrados por vatio.

Suponiendo que el calor se genera de manera uniforme (una suposición incorrecta, porque el cobre tiene un coeficiente de temperatura de 0,4% por grado Cent) y que el calor solo fluye a lo largo de la traza, obtendrá un aumento parabólico de la temperatura desde cualquier extremo hasta la mitad de esa traza de 0,2". Para simplificar, suponga que tiene 2 miliWatts de calor generados en todo el trazado de 0,2" de largo (20 mil de ancho). Suponga que 1 mW necesita fluir a través de 0,1" de traza, desde el medio hasta el final. El R_thermal es de 350 grados centígrados por vatio, por lo tanto, solo aumenta 3,5 grados centígrados.

Resumen: para una traza de 20 milésimas de pulgada de ancho, 200 milésimas de pulgada de largo (0,2"), con 2 milivatios disipados en esa traza, el aumento en el peor de los casos será de 350°C * 1mW o solo 3,5 grados centígrados.

¿Es seguro usar trazas de PCB angostas pero cortas para un flujo de corriente alto?
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