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 Traço de PCB. Sua função é ligar qualquer tipo de sinal elétrico (digital, analógico ou de energia) entre dois nós. O ponto de conexão de um traço pode ser um pino de componente, uma ramificação de traço, um pad vazio ou um ponto de teste. A largura do traço do PCB é a dimensão da largura do caminho condutor e é geralmente expressa em milésimos de polegada.
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 usa gráficos e fórmulas para ajudar os projetistas a determinar a capacidade de condução de corrente de traços em uma placa de circuito. O padrão IPC-2221 contém a fórmula (Eu=kΔTbAc) para determinar a corrente permitida em um traço.
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 × Aumento da 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 do traço = 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: Os traços externos apresentam melhores capacidades de condução de calor, pois têm dissipação de calor por convecção de ar. Material dielétrico envolve os traços internos, com características de dissipação de calor ruins e acúmulo de calor. Traços internos mais largos são necessários para dispersar o calor e evitar aumento excessivo de temperatura. Em ambientes especiais, como vácuo e componentes embalados, o roteamento da camada externa não pode depender da convecção do ar para dissipar o calor. Todo o roteamento neste momento deve usar o design de 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.
