在常规的 PCB 设计中,电流通常不会超过 10A,在家用和消费级电子领域,PCB 上持续的工作电流甚至一般不会超过 2A。然而,近期需要为公司产品设计动力走线,其持续电流可达 80A 左右。考虑到瞬时电流以及为整个系统预留余量,动力走线的持续电流需能够承受 100A 以上。那么,究竟什么样的 PCB 才能承受住 100A 的电流呢?接下来,我们将详细探讨几种可行的方法。
要了解 PCB 的过流能力,我们需从 PCB 的结构入手。以双层 PCB 为例,它通常是三层式结构,即铜皮、板材、铜皮。铜皮是 PCB 中电流和信号的传导路径。根据中学物理知识,物体的电阻与材料、横截面积和长度有关。由于电流在铜皮上传导,所以铜的电阻率是固定的。这里的横截面积可看作铜皮的厚度,也就是 PCB 加工选项中的铜厚。通常,铜厚以 OZ 来表示,1OZ 的铜厚换算后为 35μm,2OZ 则是 70μm,以此类推。由此可以得出结论:当需要在 PCB 上通过大电流时,布线应尽量短而粗,同时 PCB 的铜厚越厚越好。
在实际工程中,对于布线长度并没有严格的标准。工程上通常使用 “铜厚 / 温升 / 线径” 这三个指标来衡量 PCB 板的载流能力。以下两个表格可供参考:

从表格中我们可以大致了解到,1OZ 铜厚的电路板,在 10° 温升时,100mil(2.5mm)宽度的
导线能够通过 4.5A 的电流。并且随着导线宽度的增加,PCB 的载流能力并非严格按照线性增加,而是增加幅度逐渐减小,这与实际工程情况相符。如果提高温升,导线的载流能力也会相应提高。通过这两个表格,我们可以总结出 PCB 布线的经验:增加铜厚、加宽线径、提高 PCB 的散热能力能够增强 PCB 的载流能力。因此,如果要通过 100A 的电流,我们可以选择 4OZ 的铜厚,将走线宽度设置为 15mm,采用双面走线,并增加散热装置,以降低 PCB 的温升,提高其稳定性。
除了在 PCB 上走线,还可以采用接线柱的方式来传导电流。在 PCB 上或产品外壳上固定几个能够耐受 100A 电流的接线柱,如表面贴装螺母、PCB 接线端子、铜柱等。然后使用铜鼻子等接线端子将能够承受 100A 电流的导线连接到接线柱上。这样,大电流就可以通过导线传导。这种方式可以避免在 PCB 上直接走大电流,减少了对 PCB 的要求。
在工业应用中,使用铜排来传导大电流是一种常见的做法。例如,变压器、服务器机柜等应用中都采用铜排来传输大电流。我们可以根据实际需求定做铜排。以下是铜排载流能力的参考表格:

定做铜排可以根据具体的电流需求和空间布局进行设计,能够更好地满足大电流传导的要求。
此外,还有一些比较特殊的 PCB 工艺,但在国内可能较难找到加工厂家。例如,英飞凌有一种采用 3 层铜层设计的 PCB,其顶层和底层是信号布线层,中间层是厚度为 1.5mm 的铜层,专门用于布置电源。这种 PCB 可以在小体积的情况下实现过流 100A 以上。这种特殊工艺的 PCB 在设计和制造上具有较高的技术要求,但能够有效地解决大电流传导的问题。