La larghezza della traccia del PCB è una delle decisioni critiche nella progettazione del layout del PCB. Può influenzare le prestazioni ottimali e l'affidabilità dei dispositivi elettronici. Il calcolo della larghezza della traccia deve considerare molti fattori, tra cui la capacità di trasporto della corrente, l'aumento della temperatura, i vincoli di produzione, ecc. Questa guida ti illustrerà i fattori essenziali che influenzano la scelta della larghezza della traccia del PCB e discuterà come calcolare la larghezza ideale.
Cos'è la larghezza delle tracce del PCB e perché è importante?
Un canale conduttivo inciso nel substrato è chiamato traccia PCB. La sua funzione è quella di collegare qualsiasi tipo di segnale elettrico (digitale, analogico o di potenza) tra due nodi. Il punto di connessione di una traccia può essere un pin componente, una diramazione di traccia, un pad vuoto o un punto di prova. La larghezza della traccia PCB è la dimensione della larghezza del percorso conduttivo e di solito è espressa in mil o millesimi di pollice.
La larghezza della traccia del PCB influenza direttamente la corrente consentita nella traccia. La larghezza ideale della traccia non causa accumulo di calore. Può aiutare efficacemente nel flusso di corrente, nella gestione termica, nell'integrità del segnale, ecc.
Quali fattori influenzano la scelta della larghezza della traccia?
Scopri l'importanza della larghezza della traccia, esploreremo approfonditamente i 7 fattori chiave da considerare quando si sceglie la larghezza della traccia appropriata.
Capacità di trasporto corrente
Lo scopo principale del tracciamento è gestire i segnali elettrici. La larghezza della traccia del PCB influisce direttamente sulla capacità della traccia di condurre corrente. La larghezza della traccia dovrebbe essere in grado di gestire la corrente prevista del circuito senza surriscaldarsi. Per quei circuiti che necessitano di correnti più elevate, le larghezze delle tracce dovrebbero essere aumentate in modo che la resistenza sia mantenuta a livelli piuttosto bassi per garantire che non si surriscaldino.
Terminazione della traccia
La progettazione della larghezza della traccia solitamente deve considerare la dimensione del pad della sua connessione terminale. Nei package SOIC, la larghezza della traccia è solitamente inferiore alla larghezza del pad. Questa progettazione può garantire una spaziatura sufficiente tra tracce adiacenti ed evitare di violare le regole del vincolo di spaziatura minima.
Impedenza Controllate
Nelle schede a circuito stampato a bassa frequenza, l'effetto dell'impedenza è piccolo. Nelle schede a circuito stampato ad alta frequenza, l'impedenza è un fattore importante che influenza la larghezza della traccia. I segnali ad alta frequenza si propagano lungo le tracce. I campi magnetici ed elettrici generati influenzeranno direttamente l'impedenza. I problemi di integrità del segnale possono essere affrontati controllando la larghezza delle tracce.
Gestione termica
Il flusso di corrente genera calore. Le tracce del PCB possono essere utilizzate come percorsi di dissipazione del calore per il calore generato dai componenti o dal flusso di corrente. Queste tracce più larghe hanno una maggiore area superficiale attraverso la quale diffondono meglio il calore. Non si surriscaldano quando gestiscono correnti più elevate, riducendo l'aumento di temperatura sul circuito stampato.
Peso e spessore del rame
Lo spessore e il peso della traccia di rame definiscono anche la capacità di trasporto di corrente delle tracce. Le tracce più spesse possono consentire il passaggio di correnti più elevate, consentendo una larghezza di traccia ridotta.
Vincoli di spazio sulla scheda
Le dimensioni del PCB limitano lo spazio per il tracciamento e anche la larghezza massima che può essere tracciata. Per tracce a bassa potenza, si consiglia di scegliere una larghezza di traccia più piccola per aumentare lo spazio di routing disponibile. Si dovrebbe trovare un equilibrio tra una larghezza di traccia sufficiente a trasportare la corrente e l'area disponibile sulla scheda.
Restrizioni di produzione
La larghezza minima della traccia dipenderà dal produttore. Le capacità del produttore di PCB devono essere pienamente considerate per garantire che la larghezza della traccia selezionata soddisfi sia i requisiti elettrici che possa essere prodotta. Naturalmente, la fabbricazione di tracce più strette sarà anche costosa e richiederà tecnologie e strumenti migliori.
Come calcolare la larghezza delle tracce del PCB?
Le scelte di larghezza della traccia PCB possono essere influenzate da numerose cose. Ora, vedremo come calcolarla e scegliere la migliore.
Perché utilizzare il calcolatore della larghezza delle tracce PCB?
Il calcolatore della larghezza della traccia del PCB è uno strumento di progettazione professionale. È in grado di calcolare la larghezza della traccia del PCB più adatta in base ai parametri di progettazione immessi. Questi parametri includono corrente massima, temperatura ambiente, spessore del rame, ecc. Inserendoli nel calcolatore, i progettisti possono ottenere i valori di larghezza della traccia consigliati.
Il calcolatore della larghezza delle tracce PCB può essere utile ai progettisti per scoprire la larghezza migliore. I progettisti possono evitare efficacemente guasti elettrici o rischi di incendio utilizzando il calcolatore. Il calcolatore può semplificare i complessi processi di calcolo e migliorare l'efficienza della progettazione. Può aiutare i progettisti a considerare molte variabili durante il processo di calcolo. Ciò può far funzionare normalmente il circuito stampato in varie condizioni operative.
Calcolatrice che utilizza gli standard IPC-2221 o IPC-2152
Esistono molti calcolatori di larghezza di traccia basati su standard industriali. IPC 2221 e IPC 2152 sono i due standard più comunemente utilizzati.
Calcolatrice IPC-2221:
La calcolatrice IPC 2221 utilizza grafici e formule per aiutare i progettisti a determinare la capacità di trasporto di corrente delle tracce in una scheda di circuito. Lo standard IPC-2221 contiene la formula (Io = kΔTbAc) per determinare la corrente consentita su una traccia.
Questa formula può quindi essere utilizzata per calcolare la larghezza della traccia, che indica l'area della sezione trasversale attraverso la quale la corrente da noi prevista può fluire in sicurezza.
Per prima cosa, calcola l'area:
Area della sezione trasversale = (Corrente / (k × Aumento di temperatura^b))^(1/c)
Dove:
L'area della sezione trasversale è espressa in mils quadrati (mils²).
La corrente è in ampere (A).
L'aumento della temperatura è espresso in gradi Celsius (°C).
Valore K: 0.024 per gli strati interni, 0.048 per gli strati esterni.
1/c è in realtà 1/0.725, dove c=0.725.
Dove le costanti k, b e c sono determinate adattando la curva IPC-2221.
Quindi, calcola la larghezza:
Larghezza della traccia = Area della sezione trasversale / (Peso del rame×1.378)
Dove:
La larghezza della traccia è in mils
L'area della sezione trasversale è in mils quadrati (mils²)
Il peso del rame è in once (oz)
1.378 è il fattore di conversione (mils/oz)
IPC-2152 Calcolatrice:
La calcolatrice IPC-2152 impiega un modo tecnico migliore per calcolare la larghezza della traccia del PCB. Utilizzando questa calcolatrice dobbiamo usare i grafici generici integrati al computer per trovare l'area trasversale non regolata. La calcolatrice tiene conto di vari parametri per calcolare la larghezza corretta della traccia. Alcuni di questi parametri sono conduttività termica, spessore della traccia, materiale, spessore della scheda e via, ecc.
Domande frequenti sul calcolatore della larghezza della traccia
QUESTIONE 1: È possibile stabilire un limite massimo di corrente per il quale calcolare la larghezza?
RISPOSTA 1: Sì. La calcolatrice IPC-2221 ha intervalli specifici di valori da utilizzare quando si calcola la larghezza della traccia.
Gamma di corrente: da 0 a 35 Ampere
Larghezza traccia: da 0 a 10.16 mm
Spessore del rame: da 0.5 oz a 3 oz
Aumento della temperatura: da 10 °C a 100 °C
DOMANDA 2: Cosa significa aumento della temperatura?
RISPOSTA 2: La differenza tra la temperatura operativa di sicurezza più elevata di un PCB e la sua temperatura operativa normale è chiamata aumento di temperatura. Quando la corrente aumenta, creerà più calore. La regola empirica per la sicurezza afferma che nascondersi dall'aumento di temperatura della traccia entro 10 °C garantirà la durata di servizio e l'affidabilità della maggior parte dei dispositivi elettronici.
DOMANDA 3: Perché le tracce interne richiedono dimensioni più larghe rispetto a quelle esterne?
RISPOSTA 3: Le tracce esterne presentano una migliore capacità di conduzione del calore poiché la dissipazione avviene tramite convezione dell'aria. Materiale dielettrico circonda le tracce interne, con scarse caratteristiche di dissipazione del calore e accumulo di calore. Sono necessarie tracce interne più larghe per disperdere il calore ed evitare un aumento eccessivo della temperatura. In ambienti speciali come il vuoto e i componenti confezionati, il routing dello strato esterno non può basarsi sulla convezione dell'aria per dissipare il calore. Tutto il routing in questo momento dovrebbe utilizzare il design della larghezza del routing dello strato interno.
Note finali
Nella progettazione di PCB, si considera attentamente la larghezza della traccia PCB. È essenziale per l'affidabilità e il funzionamento delle apparecchiature elettroniche. La quantità di corrente che la traccia PCB può trasportare dipende fortemente dalla larghezza della traccia. Quando si calcola la larghezza della traccia, è necessario considerare attentamente una serie di elementi che influiscono. Un buon strumento per calcolare la larghezza è il calcolatore della larghezza della traccia PCB. Può aiutare notevolmente i progettisti ad aumentare l'efficienza della progettazione. Una larghezza ideale della traccia PCB può essere acquisita dal calcolatore considerando più fattori. Con un calcolo, è possibile ottenere la precisione della progettazione e l'affidabilità del PCB.
