CN101539610B - 印刷电路板讯号线温升估算系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种印刷电路板讯号线温升估算方法，该方法包括步骤：接收用户选择及输入的参数；根据用户选择及输入的参数进行计算；根据上述计算结果，计算得出讯号线温升时该讯号线上的电阻值及电压下降量；接收用户输入的一个或多个温升；及根据上述接收的温升，绘制线宽和电流的关系图。本发明还提供一种印刷电路板讯号线温升估算系统。利用该印刷电路板讯号线温升估算系统及方法，能够快速准确地对印刷电路板讯号线的温升进行估算。

Description

印刷电路板讯号线温升估算系统及方法

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板讯号线温升估算系统及方法。

背景技术

印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)是电子产品中电路元件的支撑件，它提供了电路元件之间的电气连接。其将元件与元件之间复杂的电路导线，经过细致整齐的规划后，蚀刻在一块板子上，提供电子元件在安装与互连时的主要支撑体，是所有电子产品不可或缺的基础零件。

印刷电路板是以不导电材料所制成的平板，在板面上印制有讯号线以连接电子元件。对于印刷电路板讯号线而言，过高的温度会造成整个印刷电路板性能的不稳定，所以必须将此因素纳入考量。

造成讯号线温升的最主要因素是该讯号线中的电流流量，多大的电流流量不会造成讯号线温升过高一直是设计者所关心的问题，因此如何对讯号线温升进行估算就非常重要。

传统方法一般采用人工对讯号线温升进行估算，相当费时费力，且难以保持估算结果的准确性。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种印刷电路板讯号线温升估算系统，其可快速准确地对印刷电路板讯号线的温升进行估算。

鉴于以上内容，还有必要提供一种印刷电路板讯号线温升估算方法，其可快速准确对印刷电路板讯号线的温升进行估算。

一种印刷电路板讯号线温升估算系统，该系统包括主机、显示装置及输入装置，所述的主机包括：接收模块，用于接收用户选择及输入的参数，所述的参数包括位置、线宽、线厚、电流及电流密度，所述位置指讯号线位于印刷电路板的内层或者外层；计算模块，用于根据用户选择及输入的参数计算温升：若所述参数为线宽、线厚、电流，则：当讯号线的位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$ 当讯号线的位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}},$ 若所述参数为线宽、线厚、电流密度，则：当讯号线的位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$ 当讯号线的位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}},$ 其中，ΔT为温升，I为电流，J为电流密度，W为线宽，Th为线厚。

一种印刷电路板讯号线温升估算方法，该方法包括以下步骤：(a)接收用户选择及输入的参数，所述的参数包括位置、线宽、线厚、电流及电流密度，所述位置指讯号线位于印刷电路板的内层或者外层；(b)根据用户选择及输入的参数计算温升：若所述参数为线宽、线厚、电流，则：当讯号线的位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$ 当讯号线的位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}},$ 若所述参数为线宽、线厚、电流密度，则：当讯号线的位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$ 当讯号线的位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}},$ 其中，ΔT为温升，I为电流，J为电流密度，W为线宽，Th为线厚。

所述印刷电路板讯号线温升估算系统及方法，能够快速准确地对印刷电路板讯号线的温升进行估算，有效地降低设计者的工作量。

附图说明

图1是本发明印刷电路板讯号线温升估算系统较佳实施例的硬件架构图。

图2是本发明印刷电路板讯号线温升估算方法较佳实施例的作业流程图。

图3是讯号线不同温升时线宽和电流的关系图。

具体实施方式

参阅图1所示，是本发明印刷电路板讯号线温升估算系统较佳实施例的硬件架构图。

该印刷电路板讯号线温升估算系统的硬件架构主要包括：输入装置12(包括键盘及鼠标)、显示装置16以及主机10。所述输入装置12可以供用户选择及输入讯号线的各种参数。所述显示装置16用于提供图形化用户界面(Graphic User Interface，GUI)配合输入装置12的输入操作。

所述主机10可以是IBM架构的计算机(IBM Personal Computer，IBM PC)、Apple公司的Mac PC、个人计算机、网络服务器，还可以是任意其它适用的计算机。

该主机10包括接收模块300、计算模块302及绘制模块303。

其中，所述接收模块300用于接收用户选择及输入的参数。用户选择的参数包括位置(Location)及参考公式：其中，位置指讯号线位于印刷电路板的内层或者外层，参考公式包括IPC和DN。用户输入的参数包括：温升(ΔT)、线宽(W)、线厚(Th)、电流(I)、电流密度(J)及讯号线长度(TL)，其中，温升即为讯号线升高的温度，线宽指讯号线的宽度，线厚指讯号线的厚度。

其中，参考公式DN为：I＝0.0333×e^0.000125W×ΔT^0.475×W^0.722×Th^0.541；参考公式IPC为：

I＝0.0647×ΔT^0.4281×(W×Th)^0.6732(讯号线位于印刷电路板的外层)，

I＝0.015×ΔT^0.5453×(W×Th)^0.7349(讯号线位于印刷电路板的内层)。

已知I根据IPC公式就可直接计算出J： $J=\frac{I}{A}=0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.3268}$ (讯号线位于印刷电路板的外层)， $J=\frac{I}{A}=0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.2651}$ (讯号线位于印刷电路板的内层)。

I/J(I、J已知其中之一即可)、ΔT、W、Th已知其中三个就可利用上述公式计算出另外一个。

所述计算模块302用于根据用户选择及输入的参数进行计算。具体计算过程如下(仅以参考公式IPC为例进行说明)：

如果用户输入了I、W及Th，当用户选择位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$ 当用户选择位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}}.$

如果用户输入了J、W及Th，当用户选择位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$ 当用户选择位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}}.$

如果用户输入了I、ΔT及Th，当用户选择位置为外层时， $W={\left(\frac{I}{0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}\×{\mathrm{Th}}^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.6732}},$ 当用户选择位置为内层时， $W={\left(\frac{I}{0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}\×{\mathrm{Th}}^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.7349}}.$

如果用户输入了J、ΔT及Th，当用户选择位置为外层时， $W={\left(\frac{0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}}{J\×{\mathrm{Th}}^{0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.3268}},$ 当用户选择位置为内层时， $W={\left(\frac{0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}}{J\×{\mathrm{Th}}^{0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.2651}}.$

如果用户输入了I、ΔT及W，当用户选择位置为外层时， $\mathrm{Th}={\left(\frac{I}{0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}\×W^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.6732}},$ 当用户选择位置为内层时， $\mathrm{Th}={\left(\frac{I}{0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}\×W^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.7349}}.$

如果用户输入了J、ΔT及W，当用户选择位置为外层时， $\mathrm{Th}={\left(\frac{0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}}{J\×W^{0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.3268}},$ 当用户选择位置为内层时， $\mathrm{Th}={\left(\frac{0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}}{J\×W^{0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.2651}}.$

如果用户输入了Th、ΔT及W，当用户选择位置为外层时，I＝0.0647×ΔT^0.4281×(W×Th)^0.6732，当用户选择位置为内层时，I＝0.015×ΔT^0.5453×(W×Th)^0.7349

如果用户输入了Th、ΔT及W，当用户选择位置为外层时，J＝0.0647×ΔT^0.4281×(W×Th)^-0.3268，当用户选择位置为内层时，J＝0.015×ΔT^0.5453×(W×Th)^-0.2651

所述计算模块302还用于根据上述计算结果，计算得出讯号线的温升为△T(即温度升高ΔT)时，该讯号线上的电阻值(R)及电压下降量(V)。

具体计算方法为：

$R=\frac{\mathrm{TL}\×(0.6255+0.00267\×(T+\mathrm{\ΔT}))}{A},$ A＝W×Th；

V＝l×R。

所述接收模块300还用于接收用户输入的一个或多个温升(ΔT)。

所述绘制模块303用于根据上述接收的温升(ΔT)及线厚(Th)，绘制线宽和电流的关系图，以便于用户了解线宽(W)和电流(I)的变化趋势(请参考图3)。具体而言，首先根据上述温升及线厚计算得到讯号线在不同电流下的线宽，或者根据上述温升及线厚计算得到讯号线在不同线宽下的电流，而后根据得到的电流和线宽绘制关系图。

参阅图2所示，是本发明印刷电路板讯号线温升估算方法较佳实施例的作业流程图。

步骤S400，接收模块300接收用户选择及输入的参数。用户选择的参数包括位置(Location)及参考公式。其中，位置指讯号线位于印刷电路板的内层或者外层，参考公式包括IPC和DN。用户输入的参数包括：温升(ΔT)、线宽(W)、线厚(Th)、电流(I)、电流密度(J)及讯号线长度(TL)，其中，温升即为讯号线升高的温度，线宽指讯号线的宽度，线厚指讯号线的厚度。

其中，参考公式DN为：I＝0.0333×e^0.000125W×ΔT^0.475×W^0.722×Th^0.541；参考公式IPC为：

I＝0.0647×ΔT^0.4281×(W×Th)^0.6732(讯号线位于印刷电路板的外层)，

I＝0.015×ΔT^0.5453×(W×Th)^0.7349(讯号线位于印刷电路板的内层)。

已知I根据IPC公式就可直接计算出J： $J=\frac{I}{A}=0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.3268}$ (讯号线位于印刷电路板的外层)， $J=\frac{I}{A}=0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.2651}$ (讯号线位于印刷电路板的内层)。

I/J(I、J已知其中之一即可)、ΔT、W、Th已知其中三个就可利用上述公式计算出另外一个。

步骤S401，计算模块302根据用户选择及输入的参数进行计算。具体计算过程如下(仅以参考公式IPC为例进行说明)：

如果用户在步骤S400中输入了I、W及Th，当用户选择位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$ 当用户选择位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}}.$

如果用户在步骤S400中输入了J、W及Th，当用户选择位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$ 当用户选择位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}}.$

如果用户在步骤S400中输入了I、ΔT及Th，当用户选择位置为外层时， $W={\left(\frac{I}{0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}\×{\mathrm{Th}}^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.6732}},$ 当用户选择位置为内层时， $W={\left(\frac{I}{0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}\×{\mathrm{Th}}^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.7349}}.$

如果用户在步骤S400中输入了J、ΔT及Th，当用户选择位置为外层时， $W={\left(\frac{0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}}{J\×{\mathrm{Th}}^{0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.3268}},$ 当用户选择位置为内层时， $W={\left(\frac{0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}}{J\×{\mathrm{Th}}^{0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.2651}}.$

如果用户在步骤S400中输入了I、ΔT及W，当用户选择位置为外层时， $\mathrm{Th}={\left(\frac{I}{0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}\×W^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.6732}},$ 当用户选择位置为内层时， $\mathrm{Th}={\left(\frac{I}{0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}\×W^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.7349}}.$

如果用户在步骤S400中输入了J、ΔT及W，当用户选择位置为外层时， $\mathrm{Th}={\left(\frac{0.0647\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.4281}}{J\×W^{0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.3268}},$ 当用户选择位置为内层时， $\mathrm{Th}={\left(\frac{0.015\×{\mathrm{\ΔT}}^{0.5453}}{J\×W^{0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.2651}}.$

如果用户在步骤S400中输入了Th、ΔT及W，当用户选择位置为外层时，I＝0.0647×ΔT^0.4281×(W×Th)^0.6732，当用户选择位置为内层时，I＝0.015×ΔT^0.5453×(W×Th)^0.7349。

如果用户在步骤S400中输入了Th、ΔT及W，当用户选择位置为外层时，J＝0.0647×ΔT^0.4281×(W×Th)^-0.3268，当用户选择位置为内层时，J＝0.015×ΔT^0.5453×(W×Th )^-0.2651。

步骤S402，计算模块302根据步骤S401的计算结果，计算出讯号线的温升为ΔT(即温度升高ΔT)时，该讯号线上的电阻值(R)及电压下降量(V)。

具体计算方法为：

$R=\frac{\mathrm{TL}\×(0.6255+0.00267\×(T+\mathrm{\ΔT}))}{A},$ A＝W×Th；

V＝l×R。

步骤S403，接收模块300接收用户输入的一个或多个温升(ΔT)。

步骤S404，绘制模块303根据上述接收的温升(ΔT)及线厚(Th)，绘制线宽和电流的关系图，以便于用户了解线宽(W)和电流(I)的变化趋势(请参考图3)。具体而言，首先根据上述温升及线厚计算得到讯号线在不同电流下的线宽，或者根据上述温升及线厚计算得到讯号线在不同线宽下的电流(具体计算方法请参考步骤S401)，而后根据得到的电流和线宽绘制关系图。

应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种印刷电路板讯号线温升估算系统，该系统包括主机、显示装置及输入装置，其特征在于，所述的主机包括：

接收模块，用于接收用户选择及输入的参数，所述的参数包括位置、线宽、线厚、电流及电流密度，所述位置指讯号线位于印刷电路板的内层或者外层；

计算模块，用于根据用户选择及输入的参数计算温升：

若用户选择及输入的参数为线宽、线厚及电流，则：

当讯号线的位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$

当讯号线的位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}},$

若用户选择及输入的参数为线宽、线厚及电流密度，则：

当讯号线的位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$

当讯号线的位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}},$

其中，ΔT为温升，I为电流，J为电流密度，W为线宽，Th为线厚。

2.如权利要求1所述的印刷电路板讯号线温升估算系统，其特征在于，所述的计算模块还用于根据上述对温升ΔT进行计算得到的结果，计算得出讯号线温升为该ΔT时该讯号线上的电阻值及电压下降量。

3.如权利要求1所述的印刷电路板讯号线温升估算系统，所述的主机还包括有绘制模块，其特征在于：

所述的接收模块还用于接收用户输入的一个或多个温升；及

所述的绘制模块用于根据上述接收的温升，绘制线宽和电流的关系图。

4.一种印刷电路板讯号线温升估算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

接收用户选择及输入的参数，所述的参数包括位置、线宽、线厚、电流及电流密度，所述位置指讯号线位于印刷电路板的内层或者外层；

根据用户选择及输入的参数计算温升：

若用户选择及输入的参数为线宽、线厚及电流，则：

当讯号线的位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.6732}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$

当讯号线的位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{I}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{0.7349}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}},$

若用户选择及输入的参数为线宽、线厚及电流密度，则：

当讯号线的位置为外层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.0647\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.3268}}\right)}^{\frac{1}{0.4281}},$

当讯号线的位置为内层时， $\mathrm{\ΔT}={\left(\frac{J}{0.015\×{(W\×\mathrm{Th})}^{-0.2651}}\right)}^{\frac{1}{0.5453}},$

其中，ΔT为温升，I为电流，J为电流密度，W为线宽，Th为线厚。

5.如权利要求4所述的印刷电路板讯号线温升估算方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

根据上述对温升ΔT进行计算得到的结果，计算得出讯号线温升为该ΔT时该讯号线上的电阻值及电压下降量。

6.如权利要求4所述的印刷电路板讯号线温升估算方法，其特征在于，该方法包括：

接收用户输入的一个或多个温升；及

根据上述接收的温升，绘制线宽和电流的关系图。

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