重铜PCB电气设计大电流与散热优化核心技术

重铜 PCB 的核心价值是 “承载大电流、高效散热”，其电气设计需围绕这两大需求，解决 “电流分配、电压压降、散热均衡、阻抗控制” 四大问题 —— 若设计不当，200A 大电流会导致 PCB 铜箔烧毁，高功率元件温度超 150℃，甚至引发设备火灾。电气设计需结合重铜特性，从布线、散热、电源分配、接地四个维度优化，确保大电流下的稳定性与安全性。今天，我们解析核心设计技术，结合参数与案例，帮你实现最优设计。

​一、大电流布线设计：低损耗与均匀分配

重铜 PCB 的布线需根据电流大小，精准匹配铜箔厚度与线宽，避免局部电流集中导致的过热与压降。

1. 铜厚与电流的匹配关系

参考 IPC-2221 标准，重铜 PCB 铜厚与电流承载能力（长期工作）对应如下：

• 2oz 铜箔（70μm）：1mm 线宽→2A，2mm→4A，5mm→10A，10mm→20A；

• 4oz 铜箔（140μm）：1mm 线宽→4A，2mm→8A，5mm→20A，10mm→40A；

• 6oz 铜箔（210μm）：1mm 线宽→6A，2mm→12A，5mm→30A，10mm→60A；

• 超厚铜（10oz）：10mm 线宽→100A，适合新能源汽车、光伏逆变器等超大电流场景。

2. 布线优化技巧

• 宽铜箔优先：大电流回路（≥20A）采用 “铜皮填充”（如 200A 回路用 20mm×10mm 铜皮，4oz 铜），比窄线宽（如 10mm 线宽）电阻低 30%，压降减少 40%；

• 多路径分流：高电流芯片（如 IGBT）采用 “多组引脚并联”（如 4 组引脚，每组承载 50A），避免单路径电流过大（＞100A）导致的局部过热；

• 避免线宽突变：电流路径线宽变化时，采用 “渐变过渡”（长度≥5 倍线宽差），如从 10mm 渐变至 5mm，渐变长度≥25mm，减少电流集中。

案例：某新能源汽车 BMS 的 200A 充电回路，初期用 10mm 宽 4oz 铜箔，压降 5%；优化为 20mm×10mm 铜皮填充，压降降至 1.8%，满足设计要求。

二、散热设计：高效传导与均衡散热

重铜 PCB 的散热设计需最大化利用厚铜箔的导热优势，避免高功率元件（如 IGBT、CPU）局部温度超 85℃。

1. 散热铜箔与过孔设计

• 散热铜箔面积：高功率元件（功耗≥50W）的散热铜箔面积≥元件面积的 5 倍，如 50W IGBT 的散热铜箔（4oz）面积≥50mm×50mm，导热效率提升 60%；

• 散热过孔阵列：在散热铜箔区域布置 “密集过孔”（孔径 0.5mm，间距 2mm，数量≥20 个 /cm²），将热量传导至内层接地层，温度降低 20-30℃；

• 铜箔连接：散热铜箔与 PCB 接地层、电源层可靠连接，形成 “立体散热网络”，避免孤立铜箔导致的散热失效。

2. 辅助散热方案

• 散热片贴合：高功率元件（≥100W）顶部通过导热硅胶垫（导热系数 3W/(m・K)）贴合金属散热片，散热能力提升 3 倍；

• 液体冷却：超厚铜 PCB（≥10oz）承载超大功率（≥500W）时，采用 “水冷板贴合”（流量 1L/min），温度可控制在 60℃以下。

三、阻抗与接地设计：兼顾信号完整性与安全性

重铜 PCB 虽以大电流为主，但仍需控制阻抗（如电源回路阻抗≤10mΩ）与接地噪声（≤10mV），避免干扰敏感信号。

1. 阻抗控制

• 电源回路阻抗：采用 “电源平面设计”（内层 4oz 铜电源平面，面积≥0.05㎡），阻抗≤5mΩ，比布线阻抗（≥100mΩ）低 20 倍；

• 信号阻抗：高速信号（如 100MHz 时钟）布线采用 “微带线”，根据铜厚计算线宽（如 50Ω 阻抗，4oz 铜箔，FR-4 基材 0.5mm 厚，线宽 0.7mm），阻抗偏差≤±5%。

2. 接地设计

• 低阻抗接地平面：内层设计完整接地平面（4oz 铜），接地阻抗≤3mΩ，地噪声≤8mV；

• 分区接地：数字地、模拟地、功率地通过 “单点接地” 连接，避免地环流，模拟信号噪声从 30μV 降至 5μV。