PCB 线宽载流量计算
按 IPC-2221 的经验公式算导线要画多宽才不会被电流烧热,也能反过来看一条线最多能过多少安。
公式是 A(mil²) = (I ÷ (k × ΔT0.44))1 ÷ 0.725,外层 k 取 0.048、内层取 0.024,再用线宽 = 截面积 ÷ 铜厚算出结果。当前选的是外层,裸露在空气里散热好,同样电流线宽最窄。
结果
11.83 mil(0.300 mm)
结果是「最小」线宽,实际画板建议在此基础上再留 20% 到 50% 余量,大电流可以加宽或者开窗补锡。
常用电流的推荐线宽
按当前温升(10℃)和铜厚(1 oz)算出来的参考值,内层一列按 k = 0.024 折算,可以看出内层要比外层宽多少。
| 电流 | 外层 mil | 外层 mm | 内层 mil | 内层 mm |
|---|---|---|---|---|
| 0.5 A | 4.55 | 0.115 | 11.83 | 0.300 |
| 1 A | 11.83 | 0.300 | 30.76 | 0.781 |
| 2 A | 30.76 | 0.781 | 80.03 | 2.033 |
| 3 A | 53.82 | 1.367 | 140.01 | 3.556 |
| 5 A | 108.88 | 2.765 | 283.23 | 7.194 |
1oz 铜厚 = 35µm = 1.378mil。截面积 = 线宽 × 铜厚,所以线宽减半、铜厚翻倍时截面积不变,但散热面积变小,实际温度会略高一点。
算完线宽还要注意的事
ΔT 选的不是环境温度,是「允许升多少」。公式里的 ΔT 是导线自身因为发热而比环境高出的温度,不是环境温度。环境 40℃ 加上 ΔT 20℃,导线实际温度就是 60℃。FR-4 的玻璃化温度在 130 到 140℃,长期工作在 100℃ 以上会加速板材老化,所以常规设计把导线温度控制在 105℃ 以内,也就是环境 40℃ 时 ΔT 不超过 65℃,工程上更常在 10 到 20℃ 之间取值。
内层和外层差一倍多。内层被上下两片铜和介质夹住,热量只能靠过孔和边缘导出,k 值是外层的一半,同样电流需要的截面积接近外层的 2.6 倍。所以大电流走线尽量放外层,非要走内层就铺铜或者打散热过孔阵列。这也是电源板常把电源层做在顶层和内层并双层铺铜的原因。
认准「截面积」,别只盯线宽。载流量取决于截面积(线宽 × 铜厚),不是线宽本身。同样 20mil 宽,2oz 铜的截面积是 1oz 的两倍,能过的电流自然也接近两倍;反过来,把线宽减半同时把铜厚加倍,截面积不变但散热面积变小,实际温度会略高。计算器里铜厚和线宽是两个独立输入,就是这个原因。
公式之外,还要留余量并看工艺下限。IPC-2221 的经验公式假设走线是孤立的、周围空气静止、端到端温升均匀。实际上相邻走线互相加热、被阻焊层覆盖会略微降低散热、并联的铺铜会显著提高载流,IPC-2152 给出了更细的修正曲线。工程做法是在公式结果上留 20% 到 50% 余量,或者直接铺铜、开窗加锡。另外别忘常规 PCB 厂的最小线宽是 6mil(0.15mm),免费打样基本卡在这个值,算出来 2mil 的线也做不出来,小电流走线取 6 到 10mil 就够。
过孔和细颈才是最容易烧的地方。大电流走线的瓶颈往往不在直线段,而在过孔和焊盘颈缩处。一个 0.3mm 孔径、0.6mm 焊盘的普通过孔,载流能力大约只有 0.5 到 1A(外层情况),大电流要多打几个并联。另外保险丝、MOS 的漏极颈缩、连接器焊盘这些位置宽度会突然收窄,算完线宽要顺手检查一遍全路径最窄处。