Come calcolare la larghezza della traccia del PCB?

Perché la larghezza delle tracce del PCB è importante? Calcolare la dimensione delle tracce del PCB è uno degli aspetti più importanti nel routing dei PCB. La larghezza di tracce complesse influisce direttamente sulle prestazioni , l’affidabilità e la sicurezza del circuito. Ecco perché i progettisti di PCB si rivolgono a standard professionali di settore per guidare il calcolo della larghezza delle tracce. Tra questi, gli standard IPC sono i più utilizzati. In questo blog, vi guideremo alla scoperta di come calcolare la larghezza della traccia del PCB in base a due importanti standard IPC (IPC-2221 e IPC-2152) e vi daremo indicazioni su come scegliere tra questi.

Che cosa è lo standard IPC?

Gli standard IPC sono una serie di linee guida riconosciute dal settore, sviluppate dall’IPC (Institute of Printed Circuits), un’associazione di categoria globale per l’industria elettronica. Questi standard vengono utilizzati per progettare e produrre apparecchiature elettroniche e circuiti stampati, garantendo qualità, affidabilità e coerenza dei prodotti. L’adesione a questi standard può ridurre il divario di comunicazione tra progettisti e produttori.

Nella progettazione di circuiti stampati, IPC-2221 e IPC-2152 sono due importanti standard che forniscono un quadro di riferimento per la progettazione di PCB affidabili e sicuri. Sono ampiamente riconosciuti nell’industria elettronica e utilizzati come riferimento da progettisti e ingegneri di PCB.

Come calcolare la larghezza della traccia del PCB in base all’uso di IPC 2221?

Lo standard IPC 2221 è una linea guida di settore per la progettazione generica di PCB e aiuta i progettisti di PCB a determinare rapidamente la larghezza della traccia necessaria per trasportare corrente in modo sicuro. Lo standard IPC-2221 definisce la relazione corrente-temperatura con una formula, che può restituire l’area della sezione trasversale e la larghezza della traccia.

Formula empirica IPC 2221:

Riorganizza la formula per ottenere la formula dell’area della sezione trasversale (A):

Coprire A per tracciare la larghezza in base a:

A=Larghezza traccia (W)×Spessore rame (T)

Quindi, la formula fondamentale della larghezza della traccia (W) dovrebbe essere:

I = Corrente in Ampere

ΔT = Aumento di temperatura consentito in °C

A = Area della sezione trasversale della traccia (mil²)

k, b, c = costanti che differiscono per gli strati interni ed esterni

Ciò che è importante è mantenere le unità di misura coerenti. Se la sezione trasversale è misurata in mil, utilizzare i mil per la larghezza e lo spessore della traccia. Lo spessore del percorso è in genere misurato in peso, con l’unità di misura oz/ft².

1 oz/ft² di rame ≈ 1,37 mil ≈ 35 µm

1 mil = 0,0254 mm

Raccogli parametri

Misurare la corrente massima (I) che la traccia può trasportare. Una corrente più elevata richiede tracce più larghe per evitare il surriscaldamento. La corrente massima nominale dipende dal materiale del conduttore (il rame ha una resistività inferiore rispetto all’alluminio, il che significa una maggiore capacità di corrente), dalla sezione trasversale (un conduttore più spesso significa una minore resistenza e una maggiore capacità di corrente), dalle condizioni di raffreddamento (riduzione dell’aumento di temperatura) e da altri fattori chiave.

ΔT è la temperatura che può superare quella dell’ambiente circostante, il che aiuta a stabilire un limite di sicurezza. L’aumento di temperatura del calcestruzzo è influenzato da molteplici fattori, tra cui requisiti applicativi specifici, tracce di materiali, ambiente aperto o chiuso e spessore del rame. La scelta tipica del ΔT varia da 10 °C a 40 °C, a seconda dei requisiti specifici. 10 °C è il valore più comune per i PCB per uso generico.

Lo spessore del rame influisce direttamente sulla resistenza di traccia e sulla capacità di corrente. Secondo la formula R=ρL/A (ρ (resistività del rame = 1,68×10−8 Ω⋅m1,68×10−8Ω⋅m.), L = lunghezza del conduttore, A (area della sezione trasversale = larghezza × spessore), un rame più spesso significa una resistenza inferiore e una maggiore capacità di corrente. I pesi comuni dello spessore del rame per PCB sono 0,5 oz, 1 oz, 2 oz, 3 oz e oltre.

Esempio realistico

Se si scelgono i seguenti parametri per la calcolatrice IPC-2221:

Corrente (I): 2A

Aumento della temperatura (ΔT): 10℃

Spessore del rame (T): 1 oz (1,37 mil)

Strato di traccia: Esterno

Area della sezione trasversale :

Larghezza traccia:

W= 150mil²/1,37mils≈110 mils(≈2,8mm)

In questo caso, la formula per la larghezza della traccia basata sullo standard IPC 2221 considera solo i parametri di sezione trasversale (spessore del rame), corrente e aumento di temperatura. Il calcolo della larghezza della traccia può essere ulteriormente definito in base a diversi fattori rilevanti, come resistività, fori di via, coppie differenziali o design ad alta densità. In base a diverse considerazioni, la formula per la larghezza della traccia varia.

Come calcolare la larghezza della traccia del PCB in base all’uso di IPC 2152?

Lo standard IPC 2152, noto anche come “Standard per la determinazione della capacità di trasporto di corrente nella progettazione di circuiti stampati”, è uno standard industriale completo. Fornisce linee guida per determinare la larghezza di traccia interna ed esterna adeguata in base alla corrente e all’aumento di temperatura consentito. Indica inoltre come fattori chiave come lo spessore del rame, l’ambiente del PCB, le condizioni del flusso d’aria e il materiale influenzino il calcolo della larghezza di traccia.

Selezionare il grafico IPC 2152 corretto per trovare la sezione trasversale o la larghezza precisa della traccia in base ai parametri confermati. IPC2152 contiene famiglie di curve: Asse X: Larghezza della sezione trasversale/traccia (mils o mm); Asse Y: Corrente (A); Curve: Diversi aumenti di temperatura. Individuare i parametri sul grafico e leggere la sezione trasversale della traccia, quindi calcolare la larghezza della traccia in base alla formula W = A/T e assicurarsi che A e T siano nella stessa unità di misura (mil² e mils, o mm² e mm) durante la conversione.

I grafici chiave sono la Figura 4-1, la Figura 4-2 e altri grafici per diversi pesi del rame. La Figura 4-1 è utilizzata per gli strati esterni con una migliore dissipazione del calore, mentre la Figura 4-2 è utilizzata per gli strati interni con una peggiore dissipazione del calore.

Come accedere ai grafici IPC2152 autorevoli? La fonte più autorevole è l’acquisto del documento standard ufficiale IPC-2152, protetto da copyright, dal sito web dell’IPC . Il documento fornisce grafici dettagliati e linee guida per confermare la sezione trasversale e la larghezza della traccia.

IPC 2221 VS IPC 2152: quale usare?

L’IPC 2221, pubblicato nel 2003, è uno standard precedente all’IPC 2152 del 2009. Si basa su curve empiriche di laboratorio su schede semplici, quindi si occupa sempre di progetti PCB semplici, ma non è adatto a risolvere problemi di schede ad alta densità o situazioni termiche complesse. D’altra parte, l’IPC 2152 è uno standard più avanzato, basato su approfonditi test empirici, quindi è pratico soddisfare le esigenze dei PCB moderni e più accurati con dati sperimentali e simulazioni, come i PCB ad alta corrente (driver per motori).

Per quanto riguarda la precisione, lo standard IPC 2221 fornisce solo una formula di base per la larghezza della traccia basata sulla corrente e sull’aumento di temperatura, il che porta a un risultato più conservativo per la larghezza della traccia. Lo standard IPC 2152 è più dettagliato e prende in considerazione più fattori reali, come il layout della traccia e la temperatura ambiente, fornendo calcoli più accurati.

Per quanto riguarda l’aumento di temperatura, lo standard IPC 2221 lo tratta in modo lineare, considerando un singolo parametro nell’aumento di temperatura consentito. Tuttavia, lo standard IPC 2152 tiene conto di molteplici fattori che possono influenzare l’aumento di temperatura, come i materiali delle tracce, il numero di strati, lo spessore del rame, la temperatura ambiente realistica e altro ancora. Questo produce un risultato di larghezza della traccia più preciso e generalmente più piccolo.

Conclusione

Ora, è necessario avere una conoscenza completa su come calcolare la larghezza delle tracce di un PCB in base agli standard IPC-2221 e IPC-2152. Il calcolatore IPC-2221 offre un metodo semplificato basato su formule per risultati conservativi sulla larghezza delle tracce, pratico per circuiti stampati semplici, mentre IPC-2152 offre un metodo più dettagliato e avanzato basato su test realistici per risultati più precisi e moderni. La comprensione di due standard offre la flessibilità necessaria per progettare PCB con sicurezza. MOKOPCB evidenzia queste considerazioni sulla progettazione delle tracce dei PCB e realizza PCB ad alta precisione con capacità di produzione avanzate. Contattateci liberamente e il nostro team si assicurerà che ogni scheda offra le migliori prestazioni per i vostri progetti.

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