なぜエンジニアはPCBに銅トレースを選択するのか

なぜエンジニアはPCBに銅トレースを選択するのか

銅のトレース プリント回路基板(PCB)の全体的な機能において、重要な役割を担っています。銅トレースは、PCB上のすべてのコンポーネントをつなぐ導電路です。銅トレースがなければ、PCBは使い物になりません。銅トレースにはさまざまな種類がありますが、共通しているのは、非常に薄い銅のシートから作られていることです。銅トレースの厚さは、わずか数ミクロン(0.001mm)から数ミリまでさまざまです。

銅のトレースには、片面または両面のものがあります。片面トレースは、基本的な電子機器プロジェクトで使用されるような、あまり複雑でないPCBに見られます。両面トレースは、コンピュータのマザーボードやその他のハイエンド電子機器に使用されるような、より複雑なPCBに見られます。どのようなタイプの PCB を扱う場合でも、銅トレースの仕組みについてよく理解しておくことが重要です。これにより、PCB を適切に設計し、正しく機能させることができます。

目次
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    プリント基板に含まれる銅トレースとは

    プリント基板では、銅のトレースは導電性でよく知られた細い溝です。銅トレースは電気を通すので、プリント基板のさまざまなパーツを接続するのに重要です。銅箔を基板に貼り付けて、銅トレースを作成します。銅箔は、エッチングやドリル加工により、希望するトレースパターンを形成することができます。

    トレースには、表面実装型とスルーホール型があります。表面実装型は、スルーホール型に比べて薄く、低背です。このため、小型の電子機器への使用に適しています。スルーホールトレースは、厚みがあり、高さがあるため、より耐久性と信頼性が高くなります。

    ほとんどのPCBは銅のトレースが1層だけですが、中には複数の層があるものもあります。これは 多層PCB (MLPB).MLPBは配線の柔軟性が高く、より複雑な設計にも対応できる。

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    コアトレース厚の計算方法

    プロフェッショナルは、PCB設計のプロセスを通じて、銅トレースの厚みを検証することを好みます。トレースの幅は電流の量を決定し、トレースの厚さはトレースが放散する熱量に影響します。

    コアトレースの厚みを計算する方法にはいくつかの種類があり、それぞれにメリットとデメリットがあります。最も一般的な方法はIPC-2221の計算式で、トレースの幅、許容電流密度、希望する熱抵抗を考慮したものである。

    銅の厚さ、PCBサイズ、トレース幅など、さまざまなパラメータを入力できるT-Spiceというツールを使う方法もよく使われています。T-Spiceは、トレースに流せる最大電流を表す数値を出力します。どの方法を選択するにしても、設計中の問題を回避するために、計算が正確であることを確認することが重要です。  プリント基板はんだ付け工程.

    銅トレースの抵抗値の計算方法

    銅のトレースがあるプリント基板を扱う場合、トレースの抵抗値を計算する方法を知っておく必要があります。これは2つの理由で重要です。

    1.トレースの消費電力を求めるには、抵抗値を知る必要があります。

    2.トレースの抵抗値は、トレースが流すことのできる最大電流を決定します。

    銅トレースの抵抗に影響を与える主な要因は、厚みと幅の2つです。トレースが太いほど抵抗は小さくなります。トレースの幅が広いほど、抵抗値は低くなります。

    銅トレースの抵抗値を計算するには、以下のパラメータを知る必要があります。
    トレース幅(W)。トレースの導電部分の幅です(ソルダーマスクや他の誘電体を除く)。

    トレース厚

    トレースの厚さ(t)。トレースの導電部分の厚みです(ソルダーマスクやその他の誘電体材料を除く)。

    銅の抵抗率(ρ)。銅の特性で、電流を流す能力に影響する。ここでは、1.68×10-6Ω・mの値を使用します。
    これでパラメータがすべて揃ったので、あとは方程式に突っ込めばいい。
    R = ρ - l/A
    のところです。
    R = 抵抗値(Ω)
    ρ = 抵抗率(Ω・m)

    銅の重量、銅のトレース幅と通電容量の関係

    銅線の幅も抵抗に影響する。幅の広い銅線は狭い銅線より抵抗が小さいので、より多くの電流を流すことができる。

    銅トレースは、その幅に反比例して、流せる電流の量が多くなります。つまり、銅トレースの幅が大きくなると、流せる電流は減少します。これは、銅トレースの抵抗値が、銅トレースの幅に直接影響されるためです。

    銅トレースの幅は、電流を流すことができる最大量に影響を与える重要な役割を担っています。銅の重量が増加すると、トレースの断面積が増加します。銅の重量が増加すると、トレースの断面積も増加します。トレースの断面積が増加すると、抵抗値が上昇することなく、より大きな電流を流すことができます。

    銅のトレースの幅を選ぶときは、銅の重さとトレースを流れる電流の量の両方を考慮してください。十分な電流を流すことのできる回路基板を作るには、これらのことをすべて考慮する必要がある。

    一般的に、銅線の幅が大きいほど、伝送できる電気量も多くなります。例えば、18AWG(0.8mm2)の銅線は最大24アンペア、16AWG(1.3mm2)の銅線は最大40アンペアを伝達することができます。

    銅トレースの要因を詳細に検討

    銅トレースの要因を詳細に検討

    銅のトレースに関しては、いくつか考慮しなければならない点があります。トレースの幅、トレースの厚み、トレース間の間隔、これらすべてが重要です。 

    銅トレースでは、電流の経路を決定するため、インピーダンスの制御が不可欠である。全体のインピーダンスは、トレースの幅や、トレースと基板側面の間の導電層など、さまざまな要因で決まります。

    インピーダンスの調整にはさまざまな方法がある。

    トレースとグランドプレーンとの間隔を大きくすることも含まれます。その結果、トレースのインピーダンスが上昇します。
    誘電体材料を変更する。トレースの抵抗を上げるには,より高い誘電率を持つ材料を使用する方法があります。

    製造最低基準値

    銅トレースの製造上の最低条件に関しては、検討しなければならない点がいくつかあります。
    最初に考えるべきは、銅の深さです。この深さによって、使用できる最大の幅と、ライン間の間隔が決まります。
    2つ目は、理想的な電流密度です。このため、使用できる最小限の幅と間隔を決定する。
    エッチングは3番目の工程で、最後の工程です。このため、利用できる最小限の幅と間隔が決まります。
    最終的に、トレース幅は使用可能な最小の幅より大きくする必要があります。

    温度制御

    銅トレースの温度を適切に保つためには、いくつかの重要な要素に注意する必要があります。厚みのある銅トレースは、より多くの熱を放散させることができます。もうひとつは、トレースの太さです。トレースが太ければ表面積が大きくなり、その結果、システムからより多くの熱を取り除くことができるようになります。

    次のような要素を考慮して、トレースの総走行距離を決定します。

    トレースが長いと抵抗が大きくなり、その結果発熱が大きくなります。

    トレースの長さは、どれだけの電流を流す必要があるかを考慮する必要があります。

    トレースが使用される環境について考えなければなりません。高温の環境であれば、銅が変形したり溶けたりすることなく、その温度に耐えられるかどうかを確認する必要があります。特に、気温が非常に高い場合は、この点が重要です。

    プリント基板の熱対策に役立つ銅トレースの仕組みとは?

    電子機器の小型化、高性能化が進むにつれ、効果的な熱管理ソリューションの必要性が高まっています。電子機器から発生する熱を管理する方法のひとつに、PCBに銅のトレースを使用する方法があります。

    銅は熱伝導に優れている

    銅は熱伝導性に優れているため、トレースに使用することで、繊細な部品の熱を周囲の空気に放出することができます。

    銅線の幅が広いと、部品に接する面積が大きくなり、部品からより多くの熱を伝えられるようになります。部品からいかに効率よく熱を逃がすかという点では、銅トレースの太さも重要な要素です。銅線が太いと、熱の流れに対する抵抗が強くなり、部品からより効率的に熱を伝えられるようになります。

    グランドプレーンがよく使われるのは プリント基板メーカー を使用して、ボードの熱処理をより良くします。グランドプレーンの表面積が大きいと、システムの部品からの熱が周囲の空気に逃げやすくなります。電子部品の温度を低く保つことで、電子機器の動作をより良くすることができるのです。

    熱対策に銅トレースを使用する場合、いくつかの注意点があります。

    1.まず、トレースの幅は、流す電流の量に見合ったものでなければなりません。

    2.第二に、銅の厚さは、発生する熱量に十分対応できるものでなければなりません。

    3.3つ目は、熱対策を考慮したトレースのレイアウトです。例えば、発熱の多い場所には幅の広いトレースを配置したり、ホットスポットの近くにビア(プリント基板の異なる層をつなぐ穴)を配置して熱を伝導しやすくしたりすることが考えられます。

    銅トレースの使用は、電子機器から発生する熱を管理するのに有効な方法です。使用する際には、いくつかのポイントに留意し、デバイスの寿命を延ばし、オーバーヒートの問題を防ぐことができます。

    結論

    電子機器の性能にとって重要であるにもかかわらず、よく考えられていない、あるいは正しく行われていない銅のトレースは、必ず行わなければなりません。電気部品には必ずトレースが必要であり、最適なトレースは銅で構成されています。

    銅トレースは、歪みを最小限に抑えつつ、インピーダンスを低下させます。この結果、抵抗が減少し、この目標が達成されます。何か疑問や悩みがあるときは、迷わず専門家に相談することです。

    よくあるご質問

    プリント基板では、銅トレースは導電性でよく知られた細い溝です。銅トレースは電気を通すので、プリント基板の異なる部品を接続するために重要です。銅箔は、銅トレースを作成するために基板上に結合される。銅箔は、エッチングやドリル加工により、希望するトレースパターンを形成することができます。
    プロフェッショナルは、PCB設計のプロセスを通じて、銅トレースの厚みを検証することを好みます。トレースの幅は流れる電流の量を決定し、トレースの厚さはトレースが放散する熱量に影響します。 最も一般的な方法は、IPC-2221の計算式で、トレースの幅、許容電流密度、望ましい熱抵抗を考慮することである。 また、T-Spiceというツールを使って、銅の厚さ、PCBサイズ、トレース幅などさまざまなパラメータを入力する方法もよく使われている。T-Spiceは、トレースを流れることができる最大電流を表す数値を出力します。
    銅のトレースがあるプリント基板を扱う場合、トレースの抵抗値を計算する方法を知っておく必要があります。これは2つの理由で重要です。 1.トレースの電力損失を決定するために、抵抗値を知る必要があります。 2.トレースの抵抗は、トレースによって運ばれることができる最大電流を決定する。

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