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在汽车电子领域，印制电路板上的印制线并非理想状态，其存在一定电阻以及其他寄生参数，这引发了印制线电压降和载流能力两个关键问题，而这两个问题又与印制线的发热情况紧密相连。

印制线的等效电阻和电压降

要理解印制线的等效电阻和电压降，需先了解美国导线规格（AWG）体系。该体系中，导线直径的增长遵循特定规则，导线直径的对数与导线规格曲线近乎呈直线关系，其规格公式为：S = -9.6954 - 19.8578×L(D)，其中 D 代表导线直径。不过，印制线与普通导线不同，其横截面呈长方形而非圆形。在实际计算中，以横截面面积为参量来估算等效导线规格，公式为：S₁ = 1.08 + 0.10×L(1/A)，这里 A 为横截面面积。

依据导线规格表中的相关参数值，能够进一步估计某段长度印制线的电阻。电阻的大小与电阻系数、导线长度以及横截面面积密切相关，它们之间的关系可通过公式 R = ρ×L/A 来表示。其中，L 是导线长度，A 是横截面面积，纯铜在 20℃时的电阻系数 ρ = 1.724μΩ/cm。需要注意的是，电阻系数并非一成不变，它会随温度变化而改变。通常所给的电阻系数是在 20℃时的值，所以在不同温度条件下，需要对等效电阻进行折算，以确保计算结果的准确性。

当电流通过印制线时，由于印制线存在电阻，根据焦耳定律，电流通过导体产生热量，这就会导致印制线发热，进而产生电压降。电压降的大小直接影响着汽车电子系统中各个元件的工作性能和稳定性。如果电压降过大，可能会导致元件无法正常工作，甚至损坏。

印制线的载流能力

印制线的电流负载能力是有限的，它受到多种因素的综合影响，包括外部环境条件、引线宽度、印制电路板的厚度以及引线处于内层还是外层等。在一定环境条件下，需要明确规定一定宽度和厚度的印制线，在特定的导线温升范围内，所能承受的最大负载电流，以此作为参考设计标准。

当印制线上流过的电流超过其承载能力时，印制线会因发热而持续升温。一旦温升过高，就会破坏印制线与基板绝缘材料之间的结合力。这种破坏会引发一系列严重问题，如铜箔与基材分离、起翘、鼓泡，极端情况下甚至会使印制电路板发生变形。这不仅会影响汽车电子系统的正常运行，还可能带来安全隐患。

美国军标 STD.275 给出了印制线最大负载电流的相关数据，这些数据是基于大量实验结果得出的。在实际设计过程中，为了更精准地确定印制线的载流能力，可根据一定的计算公式进行优化。同时，IPC2221A 标准中提供了温升曲线，并给出了导线宽度的计算公式，为设计人员提供了重要的参考依据。通过合理运用这些标准和公式，能够在保证汽车电子系统稳定性的前提下，优化印制线的设计，有效控制印制线的发热情况，确保汽车电子设备在各种工况下都能可靠运行。

美国军标STD.275印制线最大负载电流如图所示,这是根据实验结果得来的,根据对各个因素的拟合和逼近,在实际的设计过程中,可根据一定的计算公式来进行优化。IPC2221A标准中提供了温升的曲线,给出了导线宽度的计算公式，

计算的第一步是计算印制线的截面积大小:

其中T是上升温度,k、b和c都是内层参数。通过前面的式子得到截面积以后,对于一定厚度的印制线来说,其宽度的限制为:

在IPC-2221A中,可根据拟合曲线取得这些关系式的最新参数。内层参数:k=0.024，6=0.44,c=0.725:外层参数:k=0.048,6=0.44,c=0.725。用这个数据拟合出来的图形与IPC-2221A中的数据图形比较,在10℃时略微有差距。根据IPC-2221A的数据图形在10℃进行优化拟合,可以得到对应图形中的内层参数;k=0.0150,6=0.545 3,c=0.7349,外层参数k=0.0647,6=0.4281,c=0.6732。在实际设计中,可根据情况进行选取,结果如图所示。

负载电流往往是冲击电流,在分析中也需要引人持续电流和瞬间冲击电流两种电流方式持续电流是指在电路工作时印制线上连续流过的电流;冲击电流是指在电路工作时,在印制线上瞬间流过超过正常持续电流的过载电流。前者采用稳态的电流方法计算,后者则根据脉冲时间的长短进行折算。

其他因素除了以上的因素以外,还有几个因素影响着印制电路板导线实际的载流能力。

在印制电路板加工中由于对孔进行金属化和图形电镀时,会使导线铜层的厚度增加提高了负载电流的能力。

蚀刻时导线的侧蚀使宽度减少,会影响负载电流。

印制电路板上的阻焊膜和敷形涂层会影响导线的散热,同样温升下导线的负载电流能

力会有所下降。

导线散热条件不好也会引起估算模型与实际情况的偏差,其中导线的间距过小、印制电路板的热设计不良,也会影响导线的有效电流负载能力。这在客观上增加了分析的复杂程度,为此可通过软件仿真得到一定的参考结果,并通过计算得到一些先期参数,在实验中予以验证。

本章主要介绍了汽车电子的一些设计和验证的方法,介绍了可靠性预测、故障树分析、失效模式影响分析、最坏情况分析、潜在路径分析和模块热分析等方法。在设计时,一定要避免“搭积木式"地借鉴国外产品设计和接受芯片供应商的参考设计方案,而是通过流程化的文档得出全面的定量指标,来验证整个设计的可靠性和合理性。

总结：

在汽车电子领域，PCB印制线的电阻、载流能力与发热问题直接影响系统可靠性。

电阻与电压降

印制线等效电阻通过修正AWG公式计算，横截面面积（A）是关键参数，电阻公式为 R=ρL/A（ρ为铜的电阻率，受温度影响需校正）。

电流通过时产生的焦耳热会导致电压降，可能引发元件性能劣化，需控制在允许范围内。

载流能力与热设计

载流能力取决于线宽、铜厚、环境温度及布线层（内层/外层），美国军标STD.275和IPC-2221A提供了温升曲线与计算公式。例如，外层线宽公式参数为 k=0.048, b=0.44, c=0.725。

过流会导致铜箔与基材分离，需区分稳态电流与瞬态冲击电流，后者需按脉冲时间折算。

工艺与散热影响

电镀增厚铜层可提升载流能力，但蚀刻侧蚀会减少线宽，阻焊膜则影响散热。

高密度布线需通过仿真优化散热设计，避免局部过热。