Largura do traço de PCB e capacidade de corrente: IPC-2221 vs IPC-2152
Como calcular a largura do traço de PCB para uma determinada corrente. Compara os padrões IPC-2221 e IPC-2152, explica o aumento da temperatura e cobre as diferenças entre camadas externas e internas.
IPC-2221 vs IPC-2152: qual você deve usar?
IPC-2221 (1998) é o padrão legado. É conservador, baseado em medições de 1954, e usa uma fórmula empírica simples:“BLOCO MATEMÁTICO_0"
Onde *k* = 0,048 para traços externos, 0,024 para internos; *ΔT* é aumento de temperatura (°C); *A* é área da seção transversal em mil².
IPC-2152 (2009) é o padrão atual. É baseado em medições modernas e é menos conservador — ele permite traços mais estreitos ou correntes mais altas do que o IPC-2221 para o mesmo aumento de temperatura. Para um traço externo de 10 A com aumento de 10° C, o IPC-2152 permite um traço aproximadamente 30— 40% mais estreito do que o IPC-2221. Use IPC-2152 para novos designs. Use IPC-2221 somente se o cliente exigir o nome.Orçamento de aumento de temperatura
A temperatura de traço é a soma da temperatura ambiente mais o aumento:
“BLOCO MATEMÁTICO_1"
Para o FR4, a temperatura de transição vítrea (Tg) é normalmente de 130 a 170° C. Fique abaixo de Tg em pelo menos 20° C. Em um ambiente de 70° C (dentro de um compartimento quente), sua temperatura máxima de traço é de ~ 110° C, deixando apenas 40° C de orçamento de aumento.
Objetivos típicos de design:
- Eletrônica de consumo: aumento de 10° C
- Industrial: aumento de 20—30°C
- Eletrônica de potência: aumento de 30—40°C
Camadas externas versus internas
Os traços internos ficam mais quentes porque não conseguem dissipar o calor para o ar — somente através do laminado de PCB (condutor térmico ruim, ~ 0,3 W/m · K versus ~ 150 W/m · K para cobre). O fator *k* IPC-2221 de 0,024 para interno versus 0,048 para externo reflete isso diretamente. Os traços internos precisam de aproximadamente 2 vezes a área da seção transversal para o mesmo aumento de corrente e temperatura.
Peso e seção transversal de cobre
| Peso do cobre | Espessura | Área para traço de 1 mm de largura |
|---|---|---|
| ½ oz | 17,5 µm (0,7 mil) | 0,7 mil² por mil de largura |
| 1 oz | 35 µm (1,4 mil) | 1,4 mil² por mil de largura |
| 2 oz | 70 µm (2,8 mil) | 2,8 mil² por mil de largura |
| 3 oz | 105 µm (4,2 mil) | 4,2 mil² por mil de largura |
Resistência e queda de tensão
Mesmo que os limites térmicos sejam atendidos, verifique a queda de tensão:
“BLOCO MATEMÁTICO_2”
Resistividade de cobre*ρ* = 1,72×10mund ω·m a 20°C, coeficiente de temperatura*α* = 0,00393/°C.
Para um traço de 100 mm, 1 mm de largura e 1 onça carregando 3A:
- R = 0,049Ω
- V_drop = 0,15 V
- P_loss = 0,44W
Dicas práticas
- Coloque cobre em trilhos de alimentação em vez de traçados de roteamento. Um cobre de 10 mm derramado a 1 onça carrega 20A+ com aumento de <5° C.
- Vias térmicas sob traços quentes melhoram a propagação do calor. Organize-os em um espaçamento de 0,5—1 mm.
- Verifique com a câmera infravermelha em seu primeiro protótipo. Os valores calculados pressupõem condições ideais — as placas reais geralmente funcionam mais frias ou mais quentes devido aos componentes adjacentes e ao fluxo de ar.