El ancho de las pistas de la PCB es una de las decisiones críticas en el diseño de la PCB. Puede afectar el rendimiento óptimo y la confiabilidad de los dispositivos electrónicos. El cálculo del ancho de las pistas debe tener en cuenta muchos factores, incluida la capacidad de transporte de corriente, el aumento de temperatura, las limitaciones de fabricación, etc. Esta guía le explicará los factores esenciales que afectan la elección del ancho de las pistas de la PCB y le explicará cómo calcular el ancho ideal.
¿Qué es el ancho de la pista de PCB y por qué es importante?
Un canal conductor grabado en el sustrato se denomina Traza de PCBSu función es unir cualquier tipo de señal eléctrica (digital, analógica o de potencia) entre dos nodos. El punto de conexión de una pista puede ser un pin de un componente, una rama de la pista, un terminal vacío o un punto de prueba. El ancho de la pista de PCB es la dimensión del ancho de la ruta conductora y generalmente se expresa en milésimas de pulgada.
El ancho de la pista de la PCB influye directamente en la corriente que se permite en la pista. El ancho de pista ideal no provoca acumulación de calor. Puede ayudar de manera eficaz en el flujo de corriente, la gestión térmica, la integridad de la señal, etc.
¿Qué factores influyen en la elección del ancho de traza?
Aprenda sobre la importancia del ancho de trazado, exploraremos profundamente los 7 factores clave a considerar al elegir el ancho de trazado apropiado.
Capacidad de carga actual
El objetivo principal del trazado es manejar señales eléctricas. El ancho de la pista de la PCB afecta directamente la capacidad de la pista para conducir corriente. El ancho de la pista debe ser capaz de manejar la corriente prevista del circuito sin sobrecalentarse. Para aquellos circuitos que necesitan corrientes más altas, se debe aumentar el ancho de las pistas para que la resistencia se mantenga a niveles bastante bajos para garantizar que no se sobrecalienten.
Terminación de seguimiento
El diseño del ancho de la pista generalmente debe tener en cuenta el tamaño de la almohadilla de conexión de su terminal. En los encapsulados SOIC, el ancho de la pista suele ser menor que el ancho de la almohadilla. Este diseño puede garantizar un espaciado suficiente entre pistas adyacentes y evitar violar las reglas de restricción de espaciado mínimo.
Impedancia Control
En las placas de circuitos de baja frecuencia, el efecto de la impedancia es pequeño. En las placas de circuitos de alta frecuencia, la impedancia es un factor importante que afecta el ancho de las pistas. Las señales de alta frecuencia se propagan a lo largo de las pistas. Los campos magnéticos y eléctricos generados influirán directamente en la impedancia. Los problemas de integridad de la señal se pueden solucionar controlando el ancho de las pistas.
Transferencia térmica
El flujo de corriente genera calor. Las pistas de PCB se pueden utilizar como rutas de disipación de calor para el calor generado por los componentes o el flujo de corriente. Estas pistas más anchas tienen una mayor superficie a través de la cual distribuyen mejor el calor. No se sobrecalentarán al manejar corrientes más altas, lo que reduce el aumento de temperatura en la placa de circuito.
Peso y espesor del cobre
El grosor y el peso de las pistas de cobre también definen la capacidad de conducción de corriente de las pistas. Las pistas más gruesas permiten el paso de corrientes más altas, lo que permite que el ancho de las pistas sea más estrecho.
Restricciones de espacio en la placa
El tamaño de la placa de circuito impreso limita el espacio para el trazado y también el ancho máximo que se puede trazar. Para trazas de bajo consumo, se recomienda elegir un ancho de traza menor para aumentar el espacio de trazado disponible. Se debe lograr un equilibrio entre un ancho de traza suficiente para transportar la corriente y el área disponible en la placa.
Restricciones de fabricación
El ancho mínimo de pista dependerá del fabricante. Se deben tener en cuenta las capacidades del fabricante de PCB para garantizar que el ancho de pista seleccionado cumpla con los requisitos eléctricos y se pueda fabricar. Por supuesto, la fabricación de pistas más estrechas también será costosa y necesitará mejor tecnología y herramientas.
¿Cómo calcular el ancho de la pista de PCB?
La elección del ancho de pista de la placa de circuito impreso puede verse influida por numerosos factores. A continuación, veremos cómo calcularlo y elegir el mejor.
¿Por qué utilizar la calculadora de ancho de traza de PCB?
La calculadora de ancho de pista de PCB es una herramienta de diseño profesional. Puede calcular el ancho de pista de PCB más adecuado en función de los parámetros de diseño de entrada. Estos parámetros incluyen la corriente máxima, la temperatura ambiente, el espesor del cobre, etc. Al ingresarlos en la calculadora, los diseñadores pueden obtener los valores de ancho de pista recomendados.
La calculadora de ancho de trazado de PCB puede ser útil para que los diseñadores encuentren el mejor ancho. Los diseñadores pueden evitar de manera efectiva fallas eléctricas o riesgos de incendio al usar la calculadora. La calculadora puede simplificar procesos de cálculo complejos y mejorar la eficiencia del diseño. Puede ayudar a los diseñadores a considerar muchas variables durante el proceso de cálculo. Esto puede hacer que la placa de circuito funcione normalmente en varias condiciones de funcionamiento.
Calculadora que utiliza los estándares IPC-2221 o IPC-2152
Existen muchas calculadoras de ancho de traza basadas en estándares de la industria. IPC 2221 e IPC 2152 son los dos estándares más utilizados.
Calculadora IPC-2221:
La calculadora IPC 2221 utiliza gráficos y fórmulas para ayudar a los diseñadores a determinar la capacidad de conducción de corriente de las pistas en una placa de circuito. La norma IPC-2221 contiene la fórmula (yo = kΔTbAc) para determinar la corriente permitida a través de una traza.
Esta fórmula se puede utilizar luego para calcular el ancho de la traza, que indica el área de la sección transversal por la que la corriente deseada puede fluir de manera segura.
Primero, calcula el área:
Área de la sección transversal = (corriente / (k × aumento de temperatura^b))^(1/c)
Lugar:
El área de la sección transversal se expresa en milésimas de pulgada cuadradas (mils²).
La corriente se expresa en amperios (A).
El aumento de temperatura se expresa en grados Celsius (°C).
Valor K: 0.024 para capas internas, 0.048 para capas externas.
1/c es en realidad 1/0.725, donde c=0.725.
Donde las constantes k, b y c se determinan ajustando la curva IPC-2221.
Luego, calcula el ancho:
Ancho de traza = Área de la sección transversal / (Peso de cobre × 1.378)
Lugar:
El ancho de la traza está en milésimas de pulgada
El área de la sección transversal se expresa en milésimas cuadradas (mils²)
El peso del cobre está en onzas (oz)
1.378 es el factor de conversión (milésimas/oz)
CIP-2152 Calculadora:
La calculadora IPC-2152 emplea una forma técnica mejor de calcular el ancho de la pista de PCB. Con esta calculadora, tenemos que usar los gráficos genéricos integrados en la computadora para encontrar el área de la sección transversal sin ajustar. La calculadora tiene en cuenta varios parámetros para calcular el ancho de pista correcto. Algunos de estos parámetros son la conductividad térmica, el espesor de la pista, el material, el espesor de la placa y las vías, etc.
Preguntas frecuentes sobre la calculadora de ancho de traza
1 PREGUNTA: ¿Puede haber un límite de corriente máximo para el cual se pueda calcular un ancho?
RESPUESTA 1: Sí. La calculadora IPC-2221 tiene rangos específicos de valores para usar al calcular el ancho de la traza.
Rango de corriente: 0 a 35 amperios
Ancho de traza: 0 a 10.16 mm
Espesor del cobre: 0.5 oz a 3 oz
Aumento de temperatura: 10 °C a 100 °C
PREGUNTA 2: ¿Qué significa el aumento de temperatura?
RESPUESTA 2: La diferencia entre la temperatura de funcionamiento segura más alta de una PCB y su temperatura de funcionamiento normal se denomina aumento de temperatura. Cuando la corriente aumenta, se genera más calor. La regla general de seguridad dice que ocultar el aumento de temperatura de trazas dentro de los 10 °C garantizará la vida útil y la confiabilidad de la mayoría de los dispositivos electrónicos.
PREGUNTA 3: ¿Por qué las trazas internas requieren mayor ancho que las externas?
RESPUESTA 3: Las trazas externas presentan mejores capacidades de conducción de calor ya que tienen disipación de calor a través de convección de aire. Material dieléctrico rodea las pistas internas, con características deficientes de disipación de calor y acumulación de calor. Se necesitan pistas internas más anchas para dispersar el calor y evitar un aumento excesivo de la temperatura. En entornos especiales, como el vacío y los componentes empaquetados, el enrutamiento de la capa externa no puede depender de la convección del aire para disipar el calor. Todo el enrutamiento en este momento debe utilizar el diseño de ancho del enrutamiento de la capa interna.
Notas finales
En el diseño de PCB, se debe tener muy en cuenta el ancho de la pista de PCB. Es esencial para la confiabilidad y el funcionamiento de los equipos electrónicos. La cantidad de corriente que puede transportar la pista de PCB depende en gran medida del ancho de la pista. Al calcular el ancho de la pista, se deben considerar cuidadosamente varios elementos que afectan. Una buena herramienta para calcular el ancho es la calculadora de ancho de pista de PCB. Puede ayudar mucho a los diseñadores a aumentar la eficiencia del diseño. La calculadora puede obtener un ancho de pista de PCB ideal considerando múltiples factores. Con un cálculo, se puede lograr precisión de diseño, así como confiabilidad de PCB.
