數十年來，IPC 一直在與業內專業人士合作，制定有關 PCB 設計和制造的綜合標準。在大多數情況下，這些努力都取得了成效，而且在這些標準小組的參與者中形成了一種持續改進的文化。制定標準的一個重要領域是定義 PCB 線路中的電流限制，但標準的準確性卻不盡如人意。

涵蓋這一設計領域的兩個標準是 IPC-2152 和 IPC-2221。這兩項標準都涉及設計實踐，旨在使電路板在一定的安全溫度范圍內工作。有兩種標準涉及兼顧熱影響的設計實踐，那么具體應該遵循哪一種標準呢？

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為什么會有兩種與熱”相關的標準

熟悉行業標準的電路板設計人員很可能知道，有兩套標準涉及電路板的可制造性和設計：分別是 222x 系列標準和 601x 系列標準。每套標準都規定了某些設計實踐，旨在確保可制造性、可靠性、安全性和質量。在 222x 系列中，一般設計標準是 IPC-2221 標準，該標準規定了與大多數商業應用電路板密切相關的一系列要求。

在 IPC-2221 標準中，有一部分是關于熱管理的，概述了器件擺放、散熱器的適當使用和冷卻系統的使用等最佳實踐。該熱設計標準甚至還規定了散熱器的適當組裝方法，如使用可補償 CTE（熱膨脹系數）的熱界面材料、粘合劑的使用和焊點標準，以確保熱循環下的可靠性。

在該標準的熱/電氣部分，大部分數據是銅導軌橫截面積與溫度變化和電流的關系。可以將電流或溫度定義為設計目標，并計算出承載該電流的走線所需的橫截面積。

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與“熱”相關的 IPC-2221 標準

在制定 IPC-2221 中的熱標準時，采用了測試電路板的熱數據，向測試電路板上的走線施加已知大小的電流，并測量走線的溫度變化。收集到的結果是針對標準厚度的電路板，然后歸納為一個公式，包括銅面積（以平方毫米為單位）、溫升（以攝氏度為單位）和電流（以安培為單位）：

外部銅的常數 k = 0.048，內部銅的常數 k = 0.024，均假設銅重為 1 盎司。

此時需要使用 IPC-2152 標準。上述公式僅針對具有單一銅重的單一類型電路板。而制定 IPC-2152 標準是為了將上述數據擴展到涉及多種不同設計選擇的多種設計方案。

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與“熱”相關的 IPC-2152 標準

IPC-2152 中的數據試圖總結測試載具（與在 IPC-2221 中使用的測試載具相同）的結果，但考慮了其他電路板參數。這些不同的參數包括：

銅重

內部走線與外部走線

外部環境（空氣或真空）

結果包括大量數據，這些數據以圖表的形式呈現，顯示了溫升、供電電流和銅重/導軌寬度之間的關系。這些結果并沒有像 IPC-2221 中那樣匯總成一個簡單的公式。

遺憾的是，因為實際電路板可能包括覆銅、內部平面和層數多等各種情況，所以不可能捕獲每種可能的設計類型的熱數據。事實上，在 IPC-2152 和 IPC-2221 中，制定標準的工作組承認，結果會導致高估實際 PCBA 的數值。

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結論是什么？

IPC 自己也承認，這些熱標準很可能會導致設計人員高估每個走線區域/電流配對的預期溫升，因此該標準自然會高估保持電路板散熱效果所需的銅量。如果設計人員遵循現代最佳實踐，使用大面積的接地區域（平面），那么電路板就會產生一種自然機制，將熱量從發熱器件和大電流導軌上散發出去。

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為什么很難預測溫度？

顯然，對于實際系統，IPC 工作組并沒有充分定義溫度與走線電流之間的關系，尤其是考慮到這些系統會隨著時間的推移而不斷升級換代。電子設備中使用的冷卻方法和冷卻系統變得更加復雜。因此，實際的 PCBA 與 IPC-2221 和 IPC-2152 中使用的測試載具大不相同。如今的設計中包含了更多的器件和銅，從而在整個電路板上產生了更多的源和負載，最終導致難以預測溫度。

由于這些原因，測試工程師需要依靠原型散熱測試來了解溫度，并確定在實際設計中可能需要的冷卻策略。通過熱像儀、直接探測測量和片上/板上溫度測量，都能直接了解實際系統的工作溫度。當結果顯示過熱可能導致可靠性問題時，工程師就需要制定策略來控制系統中的熱流。

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圖 ：Celsius Thermal Solver 圖形界面