摘要：汽车电器盒的作用是为整车负载配电并为线路提供保护。因通过的分配电流较大，对于PCB式的汽车电器盒，研究PCB的导电能力就显得尤为重要。本文主要从影响PCB导电能力的几个方面来阐述。
    印制电路板（PCB， Printed Circuit Board）是电子零配件的载体，在包括汽车、航空、家电、通信等领域的电子产品当中有很广泛的用途。
    众所周知，电流通过导体会发热，称之为电流的热效应。热效应产生的原因是因为导体本身有电阻，即便是最好的导电材料，本身也会有电阻，只不过很小而已。除此之外，导体的电阻还与其长度、横截面积和温度有关。
    在汽车电器盒中，PCB的发热还和其它一些变量有关，除宽度外，还与铜箔的长度、铜箔回路关联的元器件（熔断丝、继电器和端子）、过孔的数量以及散热环境等有关系。
    设计PCB式电器盒（图1）时，我们往往需要弄清楚某一路已知实际工作电流的具体负载，在电路板上需要为其设计多宽的覆铜。研究这两个变量之间的关系，就需要搞清楚与它们相关联的变量之间的关系。综合以上多个变量，我们把要求的变量—线宽，当做Y值，用一个函数表示为：y（线宽）f（覆铜长度L，电流I，发热元件，过孔，散热环境）。

由于这几个影响温升的变量之间的关系很复杂，很难用一个公式把他们对温升的影响表达出来，只能设定一些典型的情况，试验出这些情况下电流和线宽的关系。实际布线时，可参考典型进行类比。

    1 进行导电能力试验要用到的设备
    试验需要用到以下设备：直流稳压电源、高低温试验箱、多通道温度记录仪、同一种试验电路板2块、钳形表1只、1.1Ω电阻棒2个、密封盒2个、测温热电偶若干根、笔记本电脑1台、导线若干，见图2。

    采用两组相同的试样在相同条件下同时进行，以增加对比，保证试验的准确性。

    2 导电能力测试的依据标准
    测试PCB的导电能力，看多宽的覆铜（厚度一定时）能够通过多大的电流，需要有标准作为依据。对于国内的大多数主机厂来说，看PCB回路的承载能力是否满足要求，一般都用温升来衡量。例如国内某品牌主机厂的企业标准规定：电器盒在正常工作状态下，负载回路的最大温升不超过60℃，在熔断丝和继电器用桥接片桥接的情况下，温升不超过30℃。
    依据这个标准测试时，在设定的条件下，让某一固定宽度的PCB覆铜通过一定大小的电流，然后电流逐渐增加，当回路的温升达到30℃且保持平衡时，此时电流的大小即为该宽度覆铜的最大导电能力。本试验即以此标准作为测试的依据，探索PCB的覆铜与导电能力的关系。

    3 PCB的材料与耐热能力
    印制PCB的主要材料是覆铜板，而覆铜板是由基板、铜箔和粘合剂构成的。基板是由高分子合成树脂和增强材料等组成的绝缘板；铜箔是由导电率较高、焊接性良好的纯铜制作，附着在基板上；铜箔能否牢固地覆在基板上，则由粘合剂来完成。
    铜的耐热能力很高，纯铜的熔点超过了1000℃，而PCB的基材通常采用FR-4材料，其飞值为150℃，Tg值是指印制电路板的温度升高到某一阀值时基板由“玻璃态”转变为“橡胶态”的温度点。这个值关系到PCB板尺寸的耐久性，所以实际使用时PCB的最高温度不超过150℃。不仅如此，如果超过此温度，就很接近焊锡的熔点（183℃）了。同时还要考虑到PCB上元器件的耐温等级，例如IC器件，通常军品级IC最高也只能承受125℃。
    综合以上，鉴于PCB基板和元器件的耐热能力，故试验环境温度选取在20～105℃。在此环境温度下，PCB覆铜的最大温升不超过30 ℃。

    4   PCB导电能力与其相关变量之间的关系
    经过大量的试验测试，并对试验数据进行分析整理，总结出PCB的导电能力和其相关变量之间的关系如下。
    4.1 PCB导电能力与长度的关系
    由于汽车电器盒通过的电流较大，因此对于大电流回路来说，布线的原则是通过电器盒的长度越短越好，这样有利于电器盒PCB板体积的缩小和电压降的减小，所以电器盒上的大电流回路长度不会很长。从我公司现有的产品实际情况出发，试验时选取了两种长度来试验，即60 mm和120 mm（除长度不同外，回路其它情况均一致），如图3所示。

      从试验的数据分析，两种情况下导电能力几乎相同，似乎没有差别，考虑到试验设备的精度和误差，可以认为没有差别。
      参照权威资料的结论：以典型的0.035 mm厚度的铜箔为例，如果将铜箔的宽定为W （mm），长度定为L （mm）的条状导线，则其电阻为0.000 5×W/LΩ。电器盒产品的铜箔厚度经常选用0.14 mm，那么电阻的参数应该为0.000125×W/LΩ。在长度不会很大的情况下，且前面参数的值又非常小，故电器盒仁长度对过流能力的影响几乎可以忽略不计。

    4.2 PCB导电能力和散热环境的关系
    我们把散热环境当成一个变量，那么这个变量非常复杂，无法用一个具体数值去表示，且一条具体的负载回路，在电路板上往往要经过不同的散热环境。那么只能设定几种最典型的情况，试验出这些情况下电流和线宽的关系。实际布线时，可参考典型进行类比。本文试举两例典型散热环境如下。
    4.2.1理想散热环境
    理想散热环境是指被测回路的周边回路与环境温度相一致，无任何发热的线路存在，也无发热的功率器件存在。例如一块电路板中，只有一条固定宽度的铜箔存在，其周边的所有铜箔均不通电流，或者周边无铜箔。
    此种情况下，被测回路通以一定值的稳态电流，且电流由小到大逐步增加。当回路上温升达到30℃且非常稳定时，记录电流值。依据此方法测试，得到覆铜宽度和负载电流的关系。

    4.2.2恶劣散热环境
    可以设定数种不同的散热环境，分别为其命名。此处我们定义一种特殊的散热环境，命名为恶劣的散热环境。定义如下：恶劣的散热环境是指被测回路的周边被其它发热的线路所包围（仅在电路板的一个平面上包围），且该发热回路的电流密度和线宽均与被测回路相同，即二者单位面积上发热量相同。

   例如：在一条线宽为2.3 mm的被测回路周围（被测回路上有一路熔断丝和继电器的负载端，均用桥接片桥接），环绕着宽度同样为2.3 mm的回路，他们通过相同的电流。如图4所示。

    此种情况下，被测回路通以一定值的稳态电流，且电流由小到大逐步增加。当被测回路（图4中间的回路）上温升达到30℃且非常稳定时（此时周边的回路温升应该在30℃以下），记录电流值。依据此方法测试，可得到此种散热环境下覆铜宽度和负载电流的关系。

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