Largeur de trace du PCB et capacité de courant : IPC-2221 contre IPC-2152
Comment calculer la largeur de trace d'un PCB pour un courant donné. Compare les normes IPC-2221 et IPC-2152, explique l'élévation de température et couvre les différences entre les couches externes et internes.
IPC-2221 contre IPC-2152 : lequel devez-vous utiliser ?
IPC-2221 (1998) est l'ancienne norme. Il est conservateur, basé sur des mesures datant de 1954, et utilise une formule empirique simple :« MATHBLOCK_0 »
Où *k* = 0,048 pour les traces externes, 0,024 pour les traces internes ; *ΔT* est l'élévation de température (°C) ; *A* est la section transversale en mil².
IPC-2152 (2009) est la norme actuelle. Il est basé sur des mesures modernes et est moins conservateur : il permet des traces plus étroites ou des courants plus élevés que la norme IPC-2221 pour la même augmentation de température. Pour une trace externe de 10 A avec une augmentation de 10 °C, la norme IPC-2152 permet une trace environ 30 à 40 % plus étroite que la norme IPC-2221. Utilisez la norme IPC-2152 pour les nouvelles conceptions. N'utilisez la norme IPC-2221 que si votre client l'exige nommément.Budget d'augmentation de la température
La température de trace est la somme de la température ambiante et de la hausse :
« MATHBLOCK_1 »
Pour le FR4, la température de transition vitreuse (Tg) est généralement de 130 à 170 °C. Restez en dessous de Tg d'au moins 20 °C. Dans une température ambiante de 70 °C (à l'intérieur d'une enceinte chaude), votre température de trace maximale est d'environ 110 °C, ne laissant que 40 °C de budget de hausse.
Objectifs de conception types :
- Electronique grand public : hausse de 10 °C
- Industriel : hausse de 20 à 30 °C
- Electronique de puissance : hausse de 30 à 40 °C
Couches externes et couches internes
Les traces internes deviennent plus chaudes car elles ne peuvent pas dissiper la chaleur dans l'air, uniquement à travers le stratifié du PCB (mauvais conducteur thermique, ~0,3 W/m·K contre ~150 W/m·K pour le cuivre). Le facteur IPC-2221 *k* de 0,024 pour l'interne contre 0,048 pour l'externe reflète directement cela. Les traces internes ont besoin d'environ 2 fois la surface transversale pour une même augmentation de courant et de température.
Poids et section transversale du cuivre
| Poids du cuivre | Épaisseur | Surface pour une trace de 1 mm de large |
|---|---|---|
| ½ oz | 17,5 µm (0,7 mil) | 0,7 mil² par mil de largeur |
| 1 oz | 35 µm (1,4 mil) | 1,4 mil² par mil de largeur |
| 2 oz | 70 µm (2,8 mil) | 2,8 mil² par mil de largeur |
| 3 oz | 105 µm (4,2 mil) | 4,2 mil² par mil de largeur |
Résistance et chute de tension
Même si les limites thermiques sont respectées, vérifiez la chute de tension :
« MATHBLOCK_2 »
Résistivité du cuivre *ρ * = 1,72 × 10 Ω · m à 20 °C, coefficient de température *α* = 0,00393/°C.
Pour une trace de 100 mm, 1 mm de large et 1 oz portant 3A :
- R = 0,049 Ω
- V_drop = 0,15 V
- P_perte = 0,44 W
Conseils pratiques
- Versez du cuivre sur les rails électriques plutôt que de tracer des traces. Une coulée de cuivre de 10 mm à 1 oz produit 20A+ avec une augmentation de <5°C.
- Les trous thermiques placés sous des traces chaudes améliorent la répartition de la chaleur. Disposez-les à un pas de 0,5 à 1 mm.
- Vérifiez avec une caméra IR sur votre premier prototype. Les valeurs calculées supposent des conditions idéales : les vraies cartes fonctionnent souvent plus ou moins fraîches en raison des composants adjacents et du flux d'air.