La largeur des pistes de circuits imprimés est l'une des décisions critiques dans la conception de circuits imprimés. Elle peut affecter les performances optimales et la fiabilité des appareils électroniques. Le calcul de la largeur des pistes doit prendre en compte de nombreux facteurs, notamment la capacité de transport de courant, l'augmentation de la température, les contraintes de fabrication, etc. Ce guide vous présentera les facteurs essentiels qui affectent le choix de la largeur des pistes de circuits imprimés et vous expliquera comment calculer la largeur idéale.
Qu'est-ce que la largeur des traces de PCB et pourquoi est-elle importante ?
Un canal conducteur gravé dans le substrat est appelé Trace PCBSa fonction est de relier tout type de signal électrique (numérique, analogique ou de puissance) entre deux nœuds. Le point de connexion d'une trace peut être une broche de composant, une branche de trace, un plot vide ou un point de test. La largeur de la trace PCB est la dimension de la largeur du chemin conducteur et elle est généralement exprimée en millièmes de pouce.
La largeur de la piste PCB influence directement le courant autorisé dans la piste. La largeur de piste idéale ne provoque pas d'accumulation de chaleur. Elle peut aider efficacement au flux de courant, à la gestion thermique, à l'intégrité du signal, etc.
Quels facteurs influencent le choix de la largeur de trace ?
Découvrez l’importance de la largeur de trace, nous explorerons en profondeur les 7 facteurs clés à prendre en compte lors du choix de la largeur de trace appropriée.
Capacité de charge actuelle
Le traçage a pour objectif principal de traiter les signaux électriques. La largeur des traces de circuits imprimés affecte directement la capacité de la trace à conduire le courant. La largeur de la trace doit être capable de gérer le courant prévu du circuit sans surchauffer. Pour les circuits nécessitant des courants plus élevés, la largeur des traces doit être augmentée afin que la résistance soit maintenue à des niveaux assez bas pour garantir qu'elles ne surchauffent pas.
Fin de la trace
La conception de la largeur de la piste doit généralement tenir compte de la taille du plot de connexion de sa borne. Dans les boîtiers SOIC, la largeur de la piste est généralement inférieure à la largeur du plot. Cette conception peut garantir un espacement suffisant entre les pistes adjacentes et éviter de violer les règles de contrainte d'espacement minimum.
Impédance Contrôle
Dans les circuits imprimés basse fréquence, l'effet d'impédance est faible. Dans les circuits imprimés haute fréquence, l'impédance est un facteur important qui affecte la largeur des traces. Les signaux haute fréquence se propagent le long des traces. Les champs magnétiques et électriques générés influencent directement l'impédance. Les problèmes d'intégrité du signal peuvent être résolus en contrôlant la largeur des traces.
Gestion thermique
Le flux de courant génère de la chaleur. Les pistes PCB peuvent être utilisées comme voies de dissipation de la chaleur générée par les composants ou le flux de courant. Ces pistes plus larges ont une plus grande surface à travers laquelle elles répartissent mieux la chaleur. Elles ne surchauffent pas lors de la manipulation de courants plus élevés, réduisant ainsi l'augmentation de température sur le circuit imprimé.
Poids et épaisseur du cuivre
L'épaisseur ainsi que le poids de la piste en cuivre définissent également la capacité de transport de courant des pistes. Des pistes plus épaisses peuvent laisser passer des courants plus élevés, ce qui permet d'obtenir une largeur de piste plus fine.
Contraintes d'espace du conseil d'administration
La taille du PCB limite l'espace de traçage ainsi que la largeur maximale pouvant être tracée. Pour les pistes à faible puissance, il est recommandé de choisir une largeur de piste plus petite pour augmenter l'espace de routage disponible. Il convient de trouver un équilibre entre une largeur de piste suffisante pour transporter le courant et la surface disponible sur la carte.
Restrictions de fabrication
La largeur minimale des pistes dépend du fabricant. Les capacités du fabricant de PCB doivent être pleinement prises en compte pour garantir que la largeur de piste sélectionnée répond aux exigences électriques et peut être fabriquée. Bien entendu, la fabrication de pistes plus étroites sera également coûteuse et nécessitera une meilleure technologie et de meilleurs outils.
Comment calculer la largeur des traces de PCB ?
Le choix de la largeur des pistes PCB peut être influencé par de nombreux facteurs. Nous verrons ensuite comment la calculer et choisir la meilleure.
Pourquoi utiliser le calculateur de largeur de piste PCB ?
Le calculateur de largeur de piste PCB est un outil de conception professionnel. Il est capable de calculer la largeur de piste PCB la plus adaptée en fonction des paramètres de conception saisis. Ces paramètres incluent le courant maximal, la température ambiante, l'épaisseur du cuivre, etc. En les saisissant dans le calculateur, les concepteurs peuvent obtenir les valeurs de largeur de piste recommandées.
Le calculateur de largeur de piste PCB peut être utile aux concepteurs pour déterminer la largeur optimale. Les concepteurs peuvent éviter efficacement les pannes électriques ou les risques d'incendie en utilisant le calculateur. Le calculateur peut simplifier les processus de calcul complexes et améliorer l'efficacité de la conception. Il peut aider les concepteurs à prendre en compte de nombreuses variables lors du processus de calcul. Cela peut permettre au circuit imprimé de fonctionner normalement dans diverses conditions de fonctionnement.
Calculatrice utilisant les normes IPC-2221 ou IPC-2152
Il existe de nombreux calculateurs de largeur de trace basés sur des normes industrielles. IPC 2221 et IPC 2152 sont les deux normes les plus couramment utilisées.
Calculatrice IPC-2221 :
Le calculateur IPC 2221 utilise des graphiques et des formules pour aider les concepteurs à déterminer la capacité de transport de courant des pistes d'un circuit imprimé. La norme IPC-2221 contient la formule (I=kΔTbAc) pour déterminer le courant autorisé à travers une trace.
Cette formule peut ensuite être utilisée pour calculer la largeur de la trace, qui indique la section transversale à travers laquelle notre courant prévu peut circuler en toute sécurité.
Tout d’abord, calculez l’aire :
Section transversale = (Courant / (k × Élévation de température^b))^(1/c)
Où? :
La section transversale est en millièmes de pouce carrés (mils²).
Le courant est en ampères (A).
L'augmentation de la température est en degrés Celsius (°C).
Valeur K : 0.024 pour les couches internes, 0.048 pour les couches externes.
1/c est en fait 1/0.725, où c=0.725.
Où les constantes k, b et c sont déterminées en ajustant la courbe IPC-2221.
Ensuite, calculez la largeur :
Largeur de trace = surface de la section transversale / (Poids du cuivre × 1.378)
Où? :
La largeur de la trace est en millièmes de pouce
La section transversale est en millièmes de pouce carrés (mils²)
Le poids du cuivre est en onces (oz)
1.378 est le facteur de conversion (mils/oz)
CIB-2152 Calculatrice:
Le calculateur IPC-2152 utilise une méthode technique plus efficace pour calculer la largeur de la piste PCB. À l'aide de ce calculateur, nous devons utiliser les graphiques génériques intégrés à l'ordinateur pour trouver la section transversale non ajustée. Le calculateur prend en compte divers paramètres pour calculer la largeur de piste correcte. Certains de ces paramètres sont la conductivité thermique, l'épaisseur de la piste, le matériau, l'épaisseur de la carte et les vias, etc.
Questions fréquentes sur le calculateur de largeur de trace
QUESTION 1: Peut-il y avoir une limite de courant maximale pour laquelle une largeur peut être calculée ?
RÉPONSE 1 : Oui. La calculatrice IPC-2221 dispose de plages de valeurs spécifiques à utiliser lors du calcul de la largeur de trace.
Plage de courant : 0 à 35 ampères
Largeur de trace : 0 à 10.16 mm
Épaisseur du cuivre : 0.5 oz à 3 oz
Augmentation de la température : 10 °C à 100 °C
QUESTION 2 : Que signifie l’augmentation de la température ?
RÉPONSE 2 : La différence entre la température de fonctionnement sûre la plus élevée d'un PCB et sa température de fonctionnement normale est appelée élévation de température. Lorsque le courant augmente, il crée plus de chaleur. La règle empirique en matière de sécurité stipule que le fait de cacher l'élévation de température de la trace dans les 10 °C garantit la durée de vie et la fiabilité de la plupart des appareils électroniques.
QUESTION 3 : Pourquoi les traces internes nécessitent-elles des dimensions plus larges que les traces externes ?
RÉPONSE 3 : Les traces extérieures présentent de meilleures capacités de conduction thermique puisqu'elles dissipent la chaleur par convection d'air. Matériau diélectrique Entoure les pistes internes, avec de mauvaises caractéristiques de dissipation de chaleur et d'accumulation de chaleur. Des pistes internes plus larges sont nécessaires afin de disperser la chaleur et d'éviter une augmentation excessive de la température. Dans des environnements spéciaux tels que le vide et les composants emballés, le routage de la couche externe ne peut pas compter sur la convection d'air pour dissiper la chaleur. Tous les routages à ce stade doivent utiliser la conception de largeur du routage de la couche interne.
Notes de fin
Lors de la conception de circuits imprimés, la largeur des pistes de circuits imprimés doit être soigneusement prise en compte. Elle est essentielle à la fiabilité et au fonctionnement des équipements électroniques. La quantité de courant que les pistes de circuits imprimés peuvent transporter dépend fortement de la largeur des pistes. Lors du calcul de la largeur des pistes, un certain nombre d'éléments doivent être soigneusement pris en compte. Un bon outil pour calculer la largeur est le calculateur de largeur de piste de circuits imprimés. Il peut grandement aider les concepteurs à augmenter l'efficacité de la conception. Une largeur de piste de circuit imprimé idéale peut être obtenue par le calculateur en tenant compte de plusieurs facteurs. Grâce à un calcul, la précision de la conception peut être obtenue ainsi que la fiabilité du circuit imprimé.
