柔性电缆PCB内电层载流量研究与实验验证

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2023.02.002

摘要/Abstract

摘要：

对某微小型飞行器内部柔性电缆PCB的稳态载流能力和冲击电流载流能力进行了理论计算和设计。通过MIL-STD-275标准和经验公式，对柔性电缆PCB的稳态载流能力进行了复核复算；通过对照GJB 4057—2000，估算出柔性电缆PCB的冲击电流载流能力。对于理论计算和估算值，设计了2倍理论值状态下的稳态载流测试和10倍理论值状态下的脉冲电流测试实验，实验结果与预期一致，验证了设计理论计算的正确性。在载流实验中，获取柔性PCB板在各个电流值载流状态下的温度情况，并通过Flotherm 软件进行热仿真验证，模拟了PCB在各个电流值状态下的稳定温度，热仿真结果与实际测试结果相吻合，验证了实验数据的真实性与合理性。该载流量实验与仿真数据结果可为后续短时工作微小型飞行器内部PCB设计提供实验数据支撑。

关键词: 微小型飞行器, 印制电路板, 载流量, 冲击电流, 载流测试, 实验数据, 热仿真

Abstract:

In this paper， the steady-state current-carrying capacity and impact current-carrying capacity of the flexible PCB cable inside a micro aircraft are calculated and designed theoretically. By the MIL-STD-275 standard and empirical formula， the steady-state current-carrying capacity of the flexible PCB cable is reviewed and calculated. With reference to GJB 4057-2000， the impact current-carrying capacity of the flexible PCB cable is estimated. For the theoretical calculation and estimation， the steady-state current-carrying test under the condition of twice the theoretical value and the pulse current test under the condition of 10 times the theoretical value are designed. The test results are consistent with the expected ones， which verifies the correctness of the theoretical calculation. In the current-carrying capacity test， the temperature of the flexible PCB under the current-carrying state of each current value is obtained， and the thermal simulation is carried out by Flotherm software for verification. The stable temperature of the flexible PCB under each current value state is simulated. The thermal simulation results conform to the actual test results， which verifies the authenticity and rationality of the experimental data. The results of the current-carrying capacity experiment and simulation data in this paper can provide experimental data support for the design of PCB in micro aircraft for subsequent short-time operation.

Key words: micro aircraft, printed circuit board（PCB）, current carrying capacity, impact current, current-carrying test, experiment and simulation data, thermal simulation

中图分类号:

TJ760

陈雨田, 陈彧欣, 张海礁, 董淑英, 徐璐, 王宇晶, 邱越. 柔性电缆PCB内电层载流量研究与实验验证[J]. 现代防御技术, 2023, 51(2): 14-22.

Yutian CHEN, Yuxin CHEN, Haijiao ZHANG, Shuying DONG, Lu XU, Yujing WANG, Yue QIU. Research and Experimental Verification of Current-Carrying Capacity of Electrical Layer in Flexible PCB Cable[J]. Modern Defense Technology, 2023, 51(2): 14-22.

图/表 17

参考文献 15

1	陈世适，姜臻，董晓飞，等.微小型飞行器发展现状及关键技术浅析［J］.无人系统技术，2018，1（1）：38-53.
	CHEN Shishi， JIANG Zhen， DONG Xiaofei， et al. Analysis of the Development Status and Key Technologies of Microsmall Aircraft ［J］. Unmanned System Technology， 2018，1（1）： 38-53.
2	汪顺尧.印制电路板制造技术探究［J］.电子制作，2021（10）：78-79，43.
	WANG Shunyao. Research on the Manufacturing Technology of Printed Circuit Board ［J］. Electronic Production， 2021（10）： 78-79，43.
3	MIL-STD-275E. Printed Wiring for Electronic Equipment ［S］.1984.
4	高峰鸽，宜健.PCB电源布线设计-印制导线温升与导线宽度和负载电流的关系［J］.无线通信技术，2011，20（4）：52-56.
	GAO Fengge， YI Jian.PCB Power Wiring Design-the Relationship Between Printed Wire Temperature Rise and Wire Width and Load Current ［J］.Wireless Communication Technology， 2011，20 （4）： 52-56.
5	. 军用电子设备印制电路板设计要求［S］.2000.
	. Design Requirements for Printed Boards of Military Electronic Equipments ［S］.2000.
6	党旭辉，李清莲，廖双.30 A载流能力PCB设计与实验验证［J］.现代信息科技，2021，5（15）：60-62，66.
	DANG Xuhui， LI Qinglian， LIAO Shuang.30A Flow Capacity PCB Design and Experimental Validation ［J］.Modern Information Technology， 2021，5（15）：60-62，66.
7	赵艳雯，陆坚.敷铜PCB走线与过孔的电流承载能力［J］.电子与封装，2011，11（9）：11-14，22.
	ZHAO Yanwen， LU Jian. The Current Carrying Capacity of Copper PCB Wire Application and Overhole ［J］. Electronics and Packaging， 2011，11（9）： 11-14，22.
8	钮冬科，金晓怡，张向伟，等.基于Flotherm的电子电路热仿真分析与研究［J］.现代电子技术，2015，38（6）：16-19，24.
	NIU Dongke， JIN Xiaoyi， ZHANG Xiangwei， et al. Analysis and Study of Electronic Simulation Based on Flotherm［J］. Modern Electronic Technology， 2015，38 （6）： 16-19，24.
9	曲行柱.Flotherm软件在电子元器件系统热设计中的应用［J］.电子元件与材料，2014，33（10）：101-102.
	QU Xingzhu. Application of Flotherm Software in the Thermal Design of Electronic Component Systems ［J］. Electronic Components and Materials， 2014，33（10）： 101-102.
10	王水发.基于Flotherm的热仿真分析［J］.电子质量，2015（8）：77-80.
	WANG Shuifa. Thermal Simulation Analysis Based on Flotherm ［J］. Electronic Quality， 2015 （8）： 77-80.
11	马岩.印制电路板详细模型的热仿真分析［J］.机械设计与制造工程，2016，45（1）：52-55.
	MA Yan. Thermal Simulation Analysis of the Detailed Model of the PCB ［J］. Mechanical Design and Manufacturing Engineering， 2016，45（1）： 52-55.
12	庄春跃，刘宽耀，刘伟平，等.星载印制电路板的热仿真［J］.制导与引信，2018，39（3）：60-64.
	ZHUANG Chunyue， LIU Kuanyao， LIU Weiping， et al. Thermal Simulation of STPCB ［J］. Guidance and Fexes， 2018，39 （3）： 60-64.
13	陈洁茹，朱敏波，齐颖.Icepak在电子设备热设计中的应用［J］.电子机械工程，2005（1）：14-16.
	CHEN Jieru， ZHU Minbo， QI Ying. Application of Icepak in the Thermal Design of Electronic Devices ［J］. Electronic and Mechanical Engineering， 2005（1）：14-16.
14	王婷，邹颖，李哲，等.基于Icepak的板级电路的热设计及热仿真分析［J］.现代计算机，2021（17）：55-59.
	WANG Ting， ZOU Ying， LI Zhe， et al. Thermal Design and Thermal Simulation Analysis of Plate-Level Circuits Based on Icepak ［J］. Modern Computer， 2021 （17）： 55-59.
15	李长民，任立立，邵明亮.PCB布线中电流生热的仿真与实践［J］.电子质量，2020（5）：132-134，139.
	LI Changmin， REN Lili， SHAO Mingliang. Simulation and Practice of Current Thermogenic in PCB Wiring ［J］. Electronic Quality， 2020 （5）： 132-134，139.

温升/℃		10			20			30
覆铜厚度/Oz		1/2	1	2	1/2	1	2	1/2	1	2
线宽/inch	线宽/mm	最大电流/A
0.010	0.25	0.5	1.0	1.4	0.6	1.2	1.6	0.7	1.5	2.2
0.015	0.38	0.7	1.2	1.6	0.8	1.3	2.4	1.0	1.6	3.0
0.020	0.51	0.7	1.3	2.1	1.0	1.7	3.0	1.2	2.4	3.6
0.025	0.64	0.9	1.7	2.5	1.2	2.2	3.3	1.5	2.8	4.0
0.030	0.76	1.1	1.9	3.0	1.4	2.5	4.0	1.7	3.2	5.0
0.050	1.27	1.5	2.6	4.0	2.0	3.6	6.0	2.6	4.4	7.3
0.075	1.91	2.0	3.5	5.7	2.8	4.5	7.8	3.5	6.0	10.0
0.100	2.54	2.6	4.2	6.9	3.5	6.0	9.9	4.3	7.5	12.5
0.200	5.08	4.2	7.0	11.5	6.0	10.0	11.0	7.5	13.0	20.5
0.250	6.35	5.0	8.3	12.3	7.2	12.3	20.0	9.0	15.0	24.5

温升/℃		10			20			30
覆铜厚度/Oz		1/2	1	2	1/2	1	2	1/2	1	2
线宽/inch	线宽/mm	最大电流/A
0.010	0.25	0.5	1.0	1.4	0.6	1.2	1.6	0.7	1.5	2.2
0.015	0.38	0.7	1.2	1.6	0.8	1.3	2.4	1.0	1.6	3.0
0.020	0.51	0.7	1.3	2.1	1.0	1.7	3.0	1.2	2.4	3.6
0.025	0.64	0.9	1.7	2.5	1.2	2.2	3.3	1.5	2.8	4.0
0.030	0.76	1.1	1.9	3.0	1.4	2.5	4.0	1.7	3.2	5.0
0.050	1.27	1.5	2.6	4.0	2.0	3.6	6.0	2.6	4.4	7.3
0.075	1.91	2.0	3.5	5.7	2.8	4.5	7.8	3.5	6.0	10.0
0.100	2.54	2.6	4.2	6.9	3.5	6.0	9.9	4.3	7.5	12.5
0.200	5.08	4.2	7.0	11.5	6.0	10.0	11.0	7.5	13.0	20.5
0.250	6.35	5.0	8.3	12.3	7.2	12.3	20.0	9.0	15.0	24.5

序号	测试前阻值/Ω	测试后阻值/Ω	测试后外观	测试结果
1	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过
2	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过
3	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过
4	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过
5	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过

序号	测试前阻值/Ω	测试后阻值/Ω	测试后外观	测试结果
1	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过
2	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过
3	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过
4	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过
5	0.03	0.03	无曲翘、烧蚀	通过

序号	测试前阻值/Ω	测试后阻值/Ω	测试后外观	测试结果
1	0.06	0.06	无曲翘、烧蚀	通过
2	0.06	0.06	无曲翘、烧蚀	通过
3	0.06	0.06	无曲翘、烧蚀	通过
4	0.06	0.06	无曲翘、烧蚀	通过
5	0.06	0.06	无曲翘、烧蚀	通过