PCB过孔载流计算器

过孔载流计算器介绍

PCB过孔载流计算器是一种用于评估PCB设计中过孔电流承载能力的工具。通过输入过孔孔径、长度等参数，可快速评估其对高速电路性能的影响，辅助优化设计。

基于 IPC-2221 标准的过孔载流计算器是用于评估PCB设计中过孔电流承载能力的关键工具。该标准通过公式和图表关联了过孔几何参数、材料属性与温升、电流的关系，帮助工程师在设计阶段预测过孔的安全性和可靠性。这类工具通常集成在PCB设计软件（如KiCad）或独立计算器中，支持以下功能：

孔径（Drill Diameter）
过孔钻孔的直径，直接影响横截面积。孔径越大，载流能力越强，但需平衡空间占用和加工成本。
孔壁铜厚（Plating Thickness）
过孔内壁电镀铜的厚度，通常以盎司（oz）或微米（μm）表示。铜厚越大，电阻越低，载流能力提升。例如，1oz铜厚约35μm，2oz则为70μm。
温升（Temperature Rise）
过孔通电后相对于环境温度的升高值。IPC-2221建议温升不超过10℃~50℃，具体取决于应用场景（如消费类或工业设备）。
电流（Current）
过孔需承载的持续电流值，需结合温升和材料特性计算，避免因电阻发热导致熔断或性能衰减。

IPC-2221定义的载流能力公式为：

I = K \cdot (Δ T)^{0.44} \cdot A^{0.75}

参数说明：

$I$ ：最大允许电流（单位：A）
$K$ ：修正系数（外层取0.048，内层取0.024，因散热条件不同）
$Δ T$ ：允许温升（单位：℃）
$A$ ：过孔横截面积（单位：密耳²，1密耳=0.0254mm），计算公式： $A = π \cdot (D_{o u t e r}^{2} - D_{i n n e r}^{2})$ 其中， $D_{o u t e r}$ 为过孔外径， $D_{i n n e r}$ 为钻孔内径（需考虑铜厚）。

示例计算：
若内层过孔孔径10mil（0.254mm），铜厚1oz（35μm），温升10℃，则截面积约为55.12密耳²，最大载流约1.18A。

过孔数量不足导致烧毁
问题：电流分配不均，部分过孔超负荷。
解决：按计算结果增加30%~50%冗余量，并优化过孔布局（如阵列分布）。
温升超标
问题：高电流下散热不足，导致局部过热。
解决：采用填充导电材料（如铜浆）或增加散热孔。
生产误差影响载流能力
问题：实际孔壁铜厚可能低于设计值（如IPC二级标准允许±20%偏差）。
解决：设计时按最低铜厚（如0.7mil）计算，或选择更高工艺等级。
高频场景的趋肤效应
问题：高频电流集中于导体表面，需额外考虑有效截面积。
解决：使用镀银或镀金工艺降低表面电阻，或增加过孔数量。