PCB Design1 de febrero de 20266 min de lectura

Ancho de traza de PCB y capacidad de corriente: IPC-2221 frente a IPC-2152

Cómo calcular el ancho de traza de PCB para una corriente determinada. Compara los estándares IPC-2221 e IPC-2152, explica el aumento de temperatura y cubre las diferencias entre las capas externas e internas.

IPC-2221 frente a IPC-2152: ¿Cuál debería usar?

IPC-2221 (1998) es el estándar heredado. Es conservador, se basa en mediciones de 1954 y utiliza una fórmula empírica sencilla:

I = k \cdot \Delta T^{0.44} \cdot A^{0.725}

Donde *k* = 0,048 para las trazas externas, 0,024 para las internas; *ΔT* es el aumento de temperatura (°C); *A* es el área de la sección transversal en mil². IPC-2152 (2009) es el estándar actual. Se basa en mediciones modernas y es menos conservador: permite trazas más estrechas o corrientes más altas que el IPC-2221 para el mismo aumento de temperatura. Para una traza externa de 10 A con un aumento de 10 °C, la IPC-2152 permite una traza aproximadamente entre un 30 y un 40% más estrecha que la del IPC-2221. Utilice el IPC-2152 para diseños nuevos. Utilice el IPC-2221 únicamente si su cliente lo solicita por su nombre.

Presupuesto de aumento de temperatura

La temperatura traza es la suma de la temperatura ambiente más el aumento:

T_{trace} = T_{ambient} + \Delta T

En el caso del FR4, la temperatura de transición vítrea (Tg) suele ser de 130 a 170 °C. Manténgase por debajo de la Tg al menos 20 °C. En una temperatura ambiente de 70 °C (dentro de una carcasa caliente), la temperatura de rastreo máxima es de unos 110 °C, lo que deja un margen de aumento de solo 40 °C.

Objetivos de diseño típicos:

Electrónica de consumo: aumento de 10 °C
Industrial: aumento de 20 a 30 °C
Electrónica de potencia: aumento de 30 a 40 °C

Capas externas frente a capas internas

Las trazas internas se calientan más porque no pueden disipar el calor en el aire, solo a través del laminado de PCB (mal conductor térmico, ~0,3 W/m·K frente a los ~150 W/m·K del cobre). El factor *k* del IPC-2221, de 0,024 en el caso interno frente a 0,048 en el externo, refleja esto directamente. Las trazas internas necesitan aproximadamente 2 veces el área de la sección transversal para lograr el mismo aumento de corriente y temperatura.

Peso y sección transversal del cobre

Peso del cobre	Grosor	Área para trazo de 1 mm de ancho
½ oz	17,5 µm (0,7 mil)	0,7 mil² por mil de ancho
1 oz	35 µm (1,4 mil)	1,4 mil² por mil de ancho
2 oz	70 µm (2.8 mil)	2.8 mil² por mil de ancho
3 oz	105 µm (4,2 mil)	4,2 mil² por mil de ancho

Duplicar el peso del cobre reduce a la mitad el ancho de traza requerido para la misma capacidad de corriente.

Resistencia y caída de voltaje

Incluso si se cumplen los límites térmicos, compruebe la caída de tensión:

R = \frac{\rho \cdot L}{A} \cdot [1 + \alpha(T - 20°C)]

Resistividad del cobre *τ* = 1,72 × 10～Ω ·m a 20 °C, coeficiente de temperatura *α* = 0,00393/°C.

Para una traza de 100 mm, 1 mm de ancho y 1 onza que contenga 3 A:

R = 0,049 Ω
V_drop = 0,15 V
Pérdida P = 0,44 W

Esa caída de 0,15 V es significativa para un raíl de 3,3 V. Considera usar trazos más anchos o cobre de 2 onzas para recorridos largos de alta corriente.

Consejos prácticos

Vierte cobre en los rieles de alimentación en lugar de enrutar las vías. Un vertido de cobre de 10 mm a 1 onza produce más de 20 A con un aumento de menos de 5 °C.
Las vías térmicas bajo trazas calientes mejoran la propagación del calor. Colóquelos a una distancia de 0,5 a 1 mm.
Verifica tu primer prototipo con una cámara IR. Los valores calculados presuponen condiciones ideales: las placas reales suelen funcionar más frías o más calientes debido a los componentes adyacentes y al flujo de aire.

Calcule las dimensiones de sus trazas con nuestra [Calculadora de ancho de trazas de PCB] (/calculators/pcb/trace-width-current), que muestra los resultados del IPC-2221 y del IPC-2152 uno al lado del otro.

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