Проектирование и производство печатных плат, Схемы и производство

Калькулятор ширины дорожки печатной платы

Добро пожаловать в калькулятор ширины дорожек печатной платы! Этот инструмент поможет вам определить оптимальную ширину медной дорожки для вашего проекта печатной платы, обеспечив безопасную передачу заданного тока без превышения желаемого повышения температуры. Введя длину дорожки, мы также можем оценить ключевые электрические параметры, такие как сопротивление, падение напряжения и потери мощности, которые имеют решающее значение для эффективной работы схемы.

Обратите внимание, что эти результаты основаны на стандартных формулах IPC-2221 и являются приблизительными; реальная производительность может варьироваться в зависимости от вашего конкретного применения. Для внутренних слоев, вероятно, потребуются более широкие дорожки по сравнению с поверхностными дорожками, поэтому убедитесь, что вы выбрали подходящий расчет в соответствии с требованиями вашего проекта.

Internal Layer Results:

Required Trace Width (W):

Resistance:

Voltage Drop:

Power Loss:

External Layer Results:

Required Trace Width (W):

Resistance:

Voltage Drop:

Power Loss:

Понимание стандарта IPC-2221

IPC — 2221 (и его обновленная версия, IPC — 2221A) является признанным в отрасли стандартом для проектирования печатных плат. Он предоставляет эмпирические формулы для расчета ширины дорожки на основе следующих факторов:

Токонесущая способность: максимальный ток, который может проходить по дорожке без перегрева.
Повышение температуры: повышение температуры из-за тока, протекающего по дорожке.
Толщина меди: более толстые слои меди могут проводить больше тока.
Тип слоя: внешние слои рассеивают тепло более эффективно, чем внутренние.

Токопроводность относится к максимальному току, который проводник (например, дорожка печатной платы) может безопасно проводить без образования избыточного тепла или повреждений. Она в основном зависит от следующих факторов:

Материал проводника: разные материалы проводников имеют разное удельное сопротивление. Например, медь является широко используемым материалом проводников в печатных платах, поскольку она имеет относительно низкое удельное сопротивление, что позволяет ей проводить большие токи с меньшей площадью поперечного сечения.
Площадь поперечного сечения проводника: чем больше площадь поперечного сечения, тем ниже сопротивление проводника и тем больше ток он может проводить. Это связано с тем, что большая площадь поперечного сечения обеспечивает больше путей для движения электронов, уменьшая столкновения между электронами и атомами и, таким образом, снижая сопротивление.
Условия теплоотвода: Хорошие условия теплоотвода позволяют эффективно рассеивать тепло, генерируемое проводником, тем самым улучшая его токопроводящую способность. Например, при проектировании печатных плат можно добавить слои теплоотвода и тепловые перемычки для улучшения теплоотвода.

Когда ток проходит через проводник, из-за сопротивления проводника выделяется тепло, что приводит к повышению температуры проводника. Повышение температуры означает увеличение температуры проводника по отношению к температуре окружающей среды. Величина повышения температуры в основном зависит от следующих факторов:

Величина тока: согласно закону Джоуля $Q = I^{2} Rt$ (где $Q$ — тепло, $I$ — ток, $R$ — сопротивление, $t$ — время), чем больше ток, тем больше тепла выделяется и тем выше повышение температуры.
Сопротивление проводника: чем выше сопротивление, тем больше тепла выделяется при одинаковом токе, что приводит к более высокому повышению температуры.
Условия теплоотвода: хорошие условия теплоотвода позволяют быстрее рассеивать тепло, тем самым снижая повышение температуры.

IPC - 2221 Формулы:

Согласно стандарту IPC-2221, ключевые формулы выглядят следующим образом:

Площадь поперечного сечения:

A = \frac{I}{k \cdot ΔT b}

Variables:

A: Cross-sectional area (mm²)
I: Current (Amperes)
k: Material constant
0.024 for internal layers
0.048 for external layers
ΔT: Temperature rise (°C)
b: Empirical exponent (0.44 for ΔT ≤ 100°C)

Требуемая ширина трассировки (W):

W = \frac{A}{T \cdot 1.378}

Variables:

W:Trace width (mils)
A: Cross-sectional area from Formula 1 (mm²)
T: Copper thickness (oz/ft²)
1.378: Imperial conversion factor

Internal Layer Trace Width:

W = \frac{0.048 \cdot I^{0.44} \cdot T^{0.725}}{{ΔT}^{0.44}}

External Layer Trace Width:

W = \frac{0.024 \cdot I^{0.44} \cdot T^{0.725}}{{ΔT}^{0.44}}

Сопротивление:

R = ρ \cdot \frac{L}{T \cdot W} \cdot [1 + α \cdot (t e m p - 25)]

Variables:

R: Trace resistance (Ω)
ρ: Copper resistivity
- 1.72×10⁻⁸ Ω·m (standard)
- 2.44×10⁻⁸ Ω·m @ 100°C
L: Trace length (meters)
T: Copper thickness
- 1 oz/ft² = 0.0347 mm
- 2 oz/ft² = 0.0694 mm
W: Trace width (meters)
α: Temperature coefficient
- 0.00393/°C for copper
- ≈ 3900 ppm/°C
temp: Operating temperature (°C)

Падение напряжения:

V = I \cdot R = I \cdot \frac{ρ \cdot L}{A}

Variables:

V: Voltage drop (Volts)
I: Current (Amperes)
ρ: Copper resistivity
- 1.72×10⁻⁸ Ω·m @ 20°C
- Temperature adjusted value shown
L: Trace length
- In meters (SI units)
- 1 inch = 0.0254 m

Потеря мощности:

P = I^{2} \cdot R

Variables:

P: Power dissipation
- Unit: Watts (W)
- Critical for thermal management
- Max limit determined by PCB material
I: Current
- Unit: Amperes (A)
- RMS value for AC circuits
- Peak value consideration required
R: Trace resistance
- Unit: Ohms (Ω)
- Calculated by: $R = \frac{ρ \cdot L}{T \cdot W}$
- Temperature-dependent property

Условия окружающей среды:

W_{adj} = W \cdot {(1 + \frac{RH}{100})}^{0.25}

Variables:

W_adj: Adjusted trace width
W: Base width from Formula 2
RH: Relative humidity (%)
0.25: Environmental factor exponent

Вывод уравнения IPC - 2221

IPC — 2221 — это общий стандарт для проектирования печатных плат (PCB). Уравнение для расчета ширины дорожки в нем получено на основе экспериментальных данных и теоретического анализа.

Основной принцип

Вывод этого уравнения основан на принципе теплового равновесия проводника, то есть тепло, выделяемое проводником, равно теплоте, рассеиваемой им. Когда проводник достигает теплового равновесия, повышение температуры остается стабильным.

Процесс вывода

Step1: Heat Generation

According to Joule's law, when a current $I$ passes through a conductor with resistance $R$ , the heat generated per unit time $P_{gen}$ is given by the formula:

P_{gen} = I^{2} R

Step2: Heat Dissipation

Heat dissipation mainly occurs through convection and radiation. For PCB traces, convection is the main heat - dissipation method. The power of convective heat dissipation $P_{diss}$ can be expressed as:

P_{diss} = h A Δ T

where $h$ is the convective heat - transfer coefficient, $A$ is the heat - dissipation area of the conductor, and $Δ T$ is the temperature rise.

Step3: Thermal Equilibrium

When thermal equilibrium is reached, the heat generated equals the heat dissipated, so we have:

P_{gen} = P_{diss}

Substituting the expressions for $P_{gen}$ and $P_{diss}$ , we get $I^{2} R = h A Δ T$ .

Resistance Calculation

The resistance of the conductor $R$ is calculated using the formula:

R = ρ \frac{l}{A_{c}}

where $ρ$ is the resistivity of the conductor, $l$ is the length of the conductor, and $A_{c}$ is the cross - sectional area of the conductor.

Step5: Trace Width Calculation

Substituting $R$ into the thermal equilibrium equation and after a series of experimental data fitting and corrections, the formula for calculating the trace width $W$ in IPC - 2221 is obtained.

For internal layer traces:

W = \frac{0.048 \times I^{0.44} \times T^{0.725}}{{Δ T}^{0.44}}

For external layer traces:

W = \frac{0.024 \times I^{0.44} \times T^{0.725}}{{Δ T}^{0.44}}

where $W$ is the trace width (in inches), $I$ is the current (in amperes), $T$ is the copper foil thickness (in ounces per square foot), and $Δ T$ is the temperature rise (in degrees Celsius).

Факторы, влияющие на ширину следа

Хотя стандарт IPC-2221 служит прочной основой, необходимо учитывать и другие факторы:

Условия окружающей среды:

Высота над уровнем моря: на больших высотах воздух более разреженный, что снижает теплоотдачу.
Корпуса: трассировки внутри закрытых пространств могут охлаждаться не так эффективно.
Конформные покрытия: эти покрытия могут изолировать дорожки и влиять на теплопередачу.

Свойства материала:

Сопротивление: Различные медные сплавы имеют разное электрическое сопротивление.
Геометрия дорожек: широкие и короткие дорожки более эффективны при прохождении тока.

Цели проектирования:

Целостность сигнала: узкие дорожки могут вызывать несоответствие импеданса в высокочастотных цепях.
Целостность питания: толстые дорожки необходимы для минимизации падений напряжения в сетях электропитания.

Как эффективно использовать калькулятор?

Определите требования к конструкции: определите максимальный ток, повышение температуры и условия эксплуатации.
Введите параметры: введите значения в калькулятор. Для подробных расчетов используйте режим «Расширенный».
Проверьте результаты: проверьте ширину дорожки и электрические параметры. При необходимости скорректируйте вводные данные.
Проверьте у производителя: подтвердите результаты у производителя печатных плат, чтобы убедиться в возможности изготовления.

Ответы на часто задаваемые вопросы

В: Можно ли использовать калькулятор для расчета высоковольтных конструкций?

A: Да, но также обратите внимание на стандарты безопасности, такие как IPC — 2221, касающиеся пускового тока и зазора.

В: Что делать, если моя печатная плата имеет несколько слоев?

A: Используйте калькулятор для каждого слоя отдельно, учитывая тепловые свойства каждого из них.

5 февраля, 2026

Оцените время работы батареи на основе емкости, потребления и глубины разряда (DoD). Включает интерактивный график разряда и реальные факторы.

Обратное проектирование печатных плат

Прямое проектирование печатных плат

Проектирование и сборка

Тестирование и устранение неисправностей

Расчет ширины трассировки

Калькулятор ширины дорожки печатной платы

Понимание стандарта IPC-2221

IPC - 2221 Формулы:

Вывод уравнения IPC - 2221

Основной принцип

Процесс вывода

Step1: Heat Generation

Step2: Heat Dissipation

Step3: Thermal Equilibrium

Resistance Calculation

Step5: Trace Width Calculation

Факторы, влияющие на ширину следа

Условия окружающей среды:

Свойства материала:

Цели проектирования:

Как эффективно использовать калькулятор?

Ответы на часто задаваемые вопросы

Связанные инструменты для печатных плат

Анализатор стоимости прототипа печатной платы

Калькулятор трансформатора кВА

Калькулятор падения напряжения

Калькулятор подсети IP

Калькулятор тока короткого замыкания

Трехфазный калькулятор

Калькулятор импеданса печатной платы

Калькулятор срока службы батареи

Компания

Поддержка клиентов

Контакты

Обратное проектирование печатных плат

Прямое проектирование печатных плат

Проектирование и сборка

Тестирование и устранение неисправностей

Калькулятор ширины дорожки печатной платы

Понимание стандарта IPC-2221

IPC - 2221 Формулы:

Вывод уравнения IPC - 2221

Основной принцип

Процесс вывода

Step1: Heat Generation

Step2: Heat Dissipation

Step3: Thermal Equilibrium

Resistance Calculation

Step5: Trace Width Calculation

Факторы, влияющие на ширину следа

Условия окружающей среды:

Свойства материала:

Цели проектирования:

Как эффективно использовать калькулятор?

Ответы на часто задаваемые вопросы

Связанные инструменты для печатных плат

Instant Quote