Por que a largura dos traços de PCB é importante? Calcular o tamanho dos traços de PCB é uma das considerações mais fundamentais no roteamento de PCB. A largura de traços complexos impacta diretamente o desempenho , a confiabilidade e a segurança do circuito. É por isso que os projetistas de PCB recorrem a padrões profissionais da indústria para orientar o cálculo da largura dos traços. Entre eles, os padrões IPC são os mais utilizados. Neste blog, mostraremos como calcular a largura dos traço de PCB com base em dois padrões IPC principais (IPC-2221 e IPC-2152) e daremos uma ideia de como escolher entre eles.
O que é o padrão IPC?
Os padrões IPC são uma série de diretrizes reconhecidas pela indústria, desenvolvidas pelo IPC (Instituto de Circuitos Impressos), uma associação comercial global para a indústria eletrônica. Esses padrões são usados para projetar e fabricar equipamentos eletrônicos e placas de circuito, garantindo a qualidade, a confiabilidade e a consistência dos produtos. A adesão a esses padrões pode reduzir a lacuna de comunicação entre projetistas e fabricantes.
No projeto de placas de circuito impresso, IPC-2221 e IPC-2152 são dois tipos principais de normas que fornecem uma estrutura para o projeto de PCBs confiáveis e seguros. São amplamente reconhecidas na indústria eletrônica e utilizadas como referência por projetistas e engenheiros de PCBs.
Como calcular a largura dos traço de PCB com base no uso do IPC 2221?
A norma IPC 2221 é uma diretriz da indústria para projetos genéricos de PCB e auxilia projetistas de PCB a determinar rapidamente a largura da trilha necessária para conduzir a corrente com segurança. A norma IPC-2221 define a relação entre corrente e temperatura por meio de uma fórmula, que pode gerar a área da seção transversal e a largura da trilha.
Fórmula empírica IPC 2221:
Reorganize a fórmula para obter a fórmula da área da seção transversal (A):
Cubra A para traçar a largura com base em:
A = Largura do traço (L) × Espessura do cobre (T)
Portanto, a fórmula básica da largura do traço (W) deve ser:
I = Corrente em Amperes
ΔT = Aumento de temperatura permitido em °C
A = Área da secção transversal do traço (mil²)
k, b, c = constantes que diferem para camadas internas e externas
| Tipo de rastreamento | k | b | c |
| Externo | 0,048 | 0,44 | 0,725 |
| Interno | 0,024 | 0,44 | 0,725 |
O que precisa ser observado é manter as unidades consistentes. Se a seção transversal for medida em milésimos de polegada (mils), use milésimos de polegada (mils) para largura e espessura do traço. A espessura do caminho é normalmente medida pelo seu peso, com a unidade oz/ft².
1 oz/ft² de cobre ≈ 1,37 mil ≈ 35 µm
1 mil = 0,0254 mm
Coletar Parâmetros
Meça a corrente máxima (I) que o traço pode transportar. Correntes mais altas requerem traços mais largos para evitar superaquecimento. A corrente máxima nominal depende do material do condutor (o cobre tem uma resistividade menor que o alumínio, o que significa maior capacidade de corrente), da seção transversal (condutor mais espesso significa menor resistência e maior capacidade de corrente), das condições de resfriamento (redução do aumento de temperatura) e de outros fatores importantes.
ΔT é a temperatura permitida que pode se elevar acima do ambiente circundante, o que ajuda a definir um limite seguro. O aumento da temperatura do concreto é afetado por diversos fatores, incluindo requisitos específicos da aplicação, traços de materiais, ambiente aberto ou fechado e espessura do cobre. A escolha típica de ΔT varia de 10 ℃ a 40 ℃, dependendo dos requisitos específicos. 10 ℃ é o valor mais comum para PCBs de uso geral.
A espessura do cobre impacta diretamente a resistência do traço e a capacidade de corrente. De acordo com a fórmula R = ρL/A (ρ (resistividade do cobre = 1,68 × 10−8 Ω⋅m), L = comprimento do condutor, A (área da seção transversal = largura × espessura), cobre mais espesso significa menor resistência e maior capacidade de corrente. As espessuras comuns de cobre para PCBs são 0,5 oz, 1 oz, 2 oz, 3 oz e mais.
Exemplo realista
Se escolher os próximos parâmetros para a calculadora IPC-2221:
Corrente(I): 2A
Aumento de temperatura (ΔT): 10℃
Espessura do cobre (T): 1 onça (1,37 mil)
Camada de rastreamento: externa
Área da seção transversal :
Largura do traço:
W = 150mil²/1,37mils≈110 mils(≈2,8mm)
Aqui, a fórmula da largura do traço baseada na norma IPC 2221 considera apenas os parâmetros de área da seção transversal (espessura do cobre), corrente e elevação de temperatura. O cálculo da largura do traço pode ser definido de acordo com diferentes fatores consideráveis, como resistividade, furos de passagem, pares diferenciais ou projetos de alta densidade. A fórmula da largura do traço varia de acordo com diferentes considerações.
Como calcular a largura dos traço de PCB com base no uso do IPC 2152?
A IPC 2152, também chamada de “Norma para Determinação da Capacidade de Condução de Corrente em Projetos de Placas Impressas”, é uma norma abrangente do setor. Ela fornece diretrizes para determinar a largura adequada do traço interno e externo com base na corrente e no aumento de temperatura permitido. Também indica como fatores-chave como espessura do cobre, ambiente da placa de circuito impresso, condições de fluxo de ar e material afetam o cálculo da largura do traço.
Selecione a tabela IPC 2152 correta para encontrar a seção transversal ou a largura do traço com base nos parâmetros confirmados. A tabela IPC2152 contém famílias de curvas: Eixo X: Largura da seção transversal/traço (mils ou mm); Eixo Y: Corrente (A); Curvas: Diferentes elevações de temperatura. Localize os parâmetros na tabela e leia a seção transversal do traço. Em seguida, calcule a largura do traço com base na fórmula W = A/T. Certifique-se de que A e T estejam nas mesmas unidades (mil² e mils, ou mm² e mm) ao converter.
Os gráficos principais são a Figura 4-1, a Figura 4-2 e outros gráficos para diferentes pesos de cobre. A Figura 4-1 é usada para camadas externas com melhor dissipação de calor, e a Figura 4-2 é para camadas internas com pior dissipação de calor.
Como acessar os gráficos oficiais do IPC2152? A fonte mais confiável é adquirir o documento oficial da norma IPC-2152, protegido por direitos autorais, no site do IPC . O documento fornece gráficos e diretrizes detalhados para confirmar a seção transversal e a largura do traço.
IPC 2221 VS IPC 2152: Usar Qual?
A IPC 2221, publicada em 2003, é uma norma mais antiga que a IPC 2152, de 2009. Baseia-se em curvas empíricas de laboratórios em placas simples, portanto, sempre lida com projetos de PCB simples, mas não é adequada para resolver placas de alta densidade ou situações térmicas complexas. Por outro lado, a IPC 2152 é uma norma mais avançada, baseada em extensos testes empíricos, sendo prática para atender às necessidades de PCBs modernas e mais precisas com dados experimentais e simulações, como PCBs de alta corrente (drivers de motor).
Em termos de precisão, o IPC 2221 fornece apenas uma fórmula básica para a largura do traço com base na corrente e no aumento da temperatura, resultando em um resultado mais conservador. O IPC 2152 é mais detalhado, considerando mais fatores reais, como o layout do traço e a temperatura ambiente, proporcionando cálculos mais precisos.
Em relação ao aumento de temperatura, a norma IPC 2221 trata linearmente o aumento de calor, considerando um único parâmetro no aumento de temperatura admissível. No entanto, a norma IPC 2152 considera múltiplos fatores que podem afetar o aumento de temperatura, como traços de materiais, contagem de camadas, espessura do cobre, temperatura ambiente realista, entre outros. Isso resulta em um resultado mais preciso e, geralmente, com menor largura de traço.
| Recurso | IPC-2221 | IPC-2152 |
| Fórmula | Eu = k * (ΔT)^b * A^c | Gráficos detalhados e calculadoras baseadas em dados e simulação |
| Propósito | Projeto geral de PCB, cálculo simples de largura de traço | Design de PCB moderno e detalhado, largura de traço e ampacidade precisas |
| Base | Fórmula empírica de testes de laboratório | Dados experimentais + simulação térmica |
| Aumento da temperatura | ΔT único para subida permitida | Considera condução térmica, ambiente e efeitos multicamadas |
| Localização do rastreamento | Interno vs Externo (fator simples) | Interno, externo, mais profundidade da camada, distribuição de cobre, efeitos de proximidade |
| Precisão | Conservador, pode superdimensionar traços | Preciso, otimizado para condições do mundo real |
| Caso de uso | Placas simples, projeto inicial | Placas profissionais, multicamadas, densas e de alta corrente |
| Condições ambientais | Consideração limitada | Várias condições ambientais |
Conclusão
Agora, você precisa entender completamente como calcular a largura de traço de PCB com base nos padrões IPC-2221 e IPC-2152. A calculadora IPC-2221 oferece uma maneira simplificada, baseada em fórmulas, para obter resultados conservadores de largura de traço, prática para placas impressas simples, e a IPC-2152 oferece um método mais detalhado e avançado, baseado em testes realistas para resultados mais precisos e modernos. A compreensão dos dois padrões oferece flexibilidade para projetar PCBs com confiança.
A MOKOPCB destaca essas considerações sobre o projeto de traços de PCB e fabrica PCBs de alta precisão com recursos avançados de fabricação. Entre em contato conosco gratuitamente e nossa equipe garantirá que cada placa ofereça o melhor desempenho para seus projetos.
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