A largura do traço do PCB é uma das decisões críticas no design do layout do PCB. Ela pode afetar o desempenho e a confiabilidade ideais dos dispositivos eletrônicos. O cálculo da largura do traço deve considerar muitos fatores, incluindo capacidade de transporte de corrente, aumento de temperatura, restrições de fabricação, etc. Este guia o levará pelos fatores essenciais que afetam a escolha da largura do traço do PCB e discutirá como calcular a largura ideal.
O que é largura de traço de PCB e por que ela é importante?
Um canal condutor gravado no substrato é chamado de trilha de PCB . Sua função é conectar qualquer tipo de sinal elétrico (digital, analógico ou de energia) entre dois nós. O ponto de conexão de uma trilha pode ser um pino de componente, uma ramificação da trilha, um pad vazio ou um ponto de teste. A largura da trilha de PCB é a dimensão da largura do caminho condutor e geralmente é expressa em milésimos de polegada (mils).
A largura do traço do PCB influencia diretamente a corrente permitida no traço. A largura ideal do traço não causa acúmulo de calor. Pode ajudar efetivamente no fluxo de corrente, gerenciamento térmico, integridade do sinal, etc.
Quais fatores influenciam a escolha da largura do traço?
Aprenda sobre a importância da largura do traço. Exploraremos profundamente os 7 principais fatores a serem considerados ao escolher a largura de traço apropriada.
Capacidade de carga atual
O principal objetivo do rastreamento é lidar com sinais elétricos. A largura do traço do PCB afeta diretamente a capacidade do traço de conduzir corrente. A largura do traço deve ser capaz de lidar com a corrente prevista do circuito sem superaquecimento. Para os circuitos que precisam de correntes mais altas, as larguras dos traços devem ser aumentadas para que a resistência seja mantida em níveis razoavelmente baixos para garantir que eles não superaqueçam.
Término de Rastreamento
O design da largura do traço geralmente precisa considerar o tamanho do pad de sua conexão terminal. Em pacotes SOIC, a largura do traço geralmente é menor do que a largura do pad. Este design pode garantir espaçamento suficiente entre traços adjacentes e evitar violar as regras de restrição de espaçamento mínimo.
Impedância Controlar
Em placas de circuito de baixa frequência, o efeito de impedância é pequeno. Em placas de circuito de alta frequência, a impedância é um fator importante que afeta a largura do traço. Sinais de alta frequência se propagam ao longo dos traços. Os campos magnéticos e elétricos gerados influenciarão diretamente a impedância. Problemas de integridade do sinal podem ser resolvidos controlando a largura dos traços.
Gerenciamento termal
O fluxo de corrente gera calor. Os traços de PCB podem ser usados como caminhos de dissipação de calor para o calor gerado por componentes ou fluxo de corrente. Esses traços mais largos têm mais área de superfície através da qual eles espalham o calor melhor. Eles não superaquecem ao lidar com correntes mais altas, reduzindo o aumento de temperatura na placa de circuito.
Peso e espessura do cobre
A espessura, bem como o peso do traço de cobre, também define a capacidade de transporte de corrente dos traços. Traços mais grossos podem permitir que correntes mais altas passem, permitindo uma largura de traço mais fina.
Restrições de espaço do quadro
O tamanho do PCB limita o espaço para rastreamento e também a largura máxima que pode ser rastreada. Para rastreamentos de baixa potência, é recomendado escolher uma largura de rastreamento menor para aumentar o espaço de roteamento disponível. Um equilíbrio deve ser feito entre uma largura de rastreamento suficiente para transportar a corrente e a área disponível na placa.
Restrições de fabricação
A largura mínima do traço dependerá do fabricante. As capacidades do fabricante do PCB devem ser totalmente consideradas para garantir que a largura do traço selecionada atenda aos requisitos elétricos e possa ser fabricada. Claro, a fabricação de traços mais estreitos também será custosa e precisará de melhor tecnologia e ferramentas.
Como calcular a largura do traço do PCB?
As escolhas de largura de traço de PCB podem ser influenciadas por inúmeras coisas. A seguir, veremos como calculá-la e escolher a melhor.
Por que usar a calculadora de largura de traço de PCB?
A calculadora de largura de traço de PCB é uma ferramenta de design profissional. Ela é capaz de calcular a largura de traço de PCB mais adequada com base nos parâmetros de design de entrada. Esses parâmetros incluem corrente máxima, temperatura ambiente, espessura de cobre, etc. Ao inseri-los na calculadora, os designers podem obter valores de largura de traço recomendados.
A calculadora de largura de traço de PCB pode ser útil para designers descobrirem a melhor largura. Os designers podem efetivamente evitar falhas elétricas ou riscos de incêndio usando a calculadora. A calculadora pode simplificar processos de cálculo complexos e melhorar a eficiência do design. Ela pode ajudar os designers a considerar muitas variáveis durante o processo de cálculo. Isso pode fazer com que a placa de circuito funcione normalmente sob várias condições operacionais.
Calculadora usando os padrões IPC-2221 ou IPC-2152
Há muitas calculadoras de largura de traço baseadas em padrões da indústria. IPC 2221 e IPC 2152 são os dois padrões mais comumente utilizados.
Calculadora IPC-2221:
A calculadora IPC 2221 utiliza gráficos e fórmulas para auxiliar os projetistas a determinar a capacidade de condução de corrente das trilhas em uma placa de circuito impresso. A norma IPC-2221 contém a fórmula ( I = kΔT b A c ) para determinar a corrente permitida em uma trilha.
Essa fórmula pode então ser usada para calcular a largura do traço, que indica a área da seção transversal pela qual nossa corrente pretendida pode fluir com segurança.
Primeiro, calcule a área:
Área da seção transversal = (Corrente / (k × Elevação de temperatura^ b ))^(1/c)
Onde:
A área da seção transversal é expressa em mils quadrados (mils²).
A corrente está em amperes (A).
O aumento da temperatura é em graus Celsius (°C).
Valor K: 0.024 para camadas internas, 0.048 para camadas externas.
1/c é na verdade 1/0.725, onde c=0.725.
Onde as constantes k, b e c são determinadas pelo ajuste da curva IPC-2221.
Em seguida, calcule a Largura:
Largura da trilha = Área da seção transversal / (Peso do cobre × 1.378)
Onde:
A largura do traço está em mils
A área da seção transversal é em mils quadrados (mils²)
O peso do cobre está em onças (oz)
1.378 é o fator de conversão (mils/oz)
IPC-2152 Calculadora:
A calculadora IPC-2152 emprega uma maneira técnica melhor de calcular a largura do traço do PCB. Usando esta calculadora, temos que usar os gráficos genéricos integrados ao computador para encontrar a área transversal não ajustada. A calculadora leva em conta vários parâmetros para calcular a largura correta do traço. Alguns desses parâmetros são condutividade térmica, espessura do traço, material, espessura da placa e vias, etc.
Perguntas comuns sobre a calculadora de largura de traço
PERGUNTA 1: Pode haver um limite máximo de corrente para o qual uma largura pode ser calculada?
RESPOSTA 1: Sim. A Calculadora IPC-2221 tem intervalos específicos de valores para usar ao calcular a largura do traço.
Faixa de corrente: 0 a 35 amperes
Largura do traço: 0 a 10.16 mm
Espessura do cobre: 0.5 oz a 3 oz
Aumento de temperatura: 10 °C a 100 °C
PERGUNTA 2: O que significa aumento de temperatura?
RESPOSTA 2: A diferença entre a temperatura operacional segura mais alta de um PCB e sua temperatura operacional normal é chamada de aumento de temperatura. Quando a corrente aumenta, ela cria mais calor. A regra geral para segurança diz que esconder o aumento de temperatura do traço dentro de 10 °C garantirá a vida útil e a confiabilidade da maioria dos dispositivos eletrônicos.
PERGUNTA 3: Por que os traços internos exigem traços mais largos que os externos?
RESPOSTA 3: As trilhas externas apresentam melhor capacidade de condução de calor, pois dissipam o calor por convecção do ar. O material dielétrico que envolve as trilhas internas possui características de dissipação de calor deficientes e acumula calor. Trilhas internas mais largas são necessárias para dispersar o calor e evitar o aumento excessivo da temperatura. Em ambientes especiais, como vácuo e componentes encapsulados, o roteamento da camada externa não pode depender da convecção do ar para dissipar o calor. Nesses casos, todo o roteamento deve utilizar a mesma largura do roteamento da camada interna.
Notas Finais
No design de PCB, há uma consideração cuidadosa da largura do traço de PCB. É essencial para a confiabilidade e operação de equipamentos eletrônicos. A quantidade de traço de PCB atual que pode transportar é altamente dependente da largura do traço. Ao calcular a largura do traço, uma série de elementos de influência devem ser cuidadosamente considerados. Uma boa ferramenta para calcular a largura é a calculadora de largura de traço de PCB. Ela pode ajudar muito os designers a aumentar a eficiência do design. Uma largura de traço de PCB ideal pode ser adquirida pela calculadora considerando vários fatores. Com um cálculo, a precisão do design pode ser alcançada, bem como a confiabilidade do PCB.
