Circuiti & Produzione, Progettazione e produzione di PCB

Calcolatore della larghezza delle tracce PCB

Benvenuto nel calcolatore della larghezza delle tracce PCB! Questo strumento ti aiuta a determinare la larghezza ottimale di una traccia di rame per il tuo progetto PCB, assicurando che possa trasportare in sicurezza una corrente specificata senza superare un aumento di temperatura desiderato. Inserendo la lunghezza della traccia, possiamo anche stimare i parametri elettrici chiave come resistenza, caduta di tensione e perdita di potenza, che sono fondamentali per prestazioni efficienti del circuito.

Si prega di notare che questi risultati si basano sulle formule standard IPC-2221 e sono stime; le prestazioni nel mondo reale possono variare a seconda della tua applicazione specifica. Per gli strati interni, probabilmente avrai bisogno di tracce più larghe rispetto alle tracce superficiali, quindi assicurati di selezionare il calcolo appropriato in base alle tue esigenze di progettazione.

Internal Layer Results:

Required Trace Width (W):

Resistance:

Voltage Drop:

Power Loss:

External Layer Results:

Required Trace Width (W):

Resistance:

Voltage Drop:

Power Loss:

Comprensione dello Standard IPC - 2221

L’IPC – 2221 (e la sua versione aggiornata, IPC – 2221A) è lo standard riconosciuto dal settore per la progettazione di PCB. Fornisce formule empiriche per calcolare la larghezza delle tracce in base ai seguenti fattori:

Capacità di Trasporto di Corrente: La corrente massima che una traccia può trasportare senza surriscaldarsi.
Aumento di Temperatura: L’aumento di temperatura dovuto alla corrente che scorre attraverso la traccia.
Spessore del Rame: Gli strati di rame più spessi possono gestire più corrente.
Tipo di Strato: Gli strati esterni dissipano il calore più efficacemente degli strati interni.

La capacità di trasporto di corrente si riferisce alla corrente massima che un conduttore (come una traccia PCB) può trasportare in sicurezza senza generare calore eccessivo o causare danni. Dipende principalmente dai seguenti fattori:

Materiale del Conduttore: Diversi materiali conduttori hanno diverse resistività. Ad esempio, il rame è un materiale conduttore comunemente utilizzato nei PCB perché ha una resistività relativamente bassa, consentendogli di condurre correnti maggiori con un’area della sezione trasversale più piccola.
Area della Sezione Trasversale del Conduttore: Maggiore è l’area della sezione trasversale, minore è la resistenza del conduttore e maggiore è la corrente che può trasportare. Questo perché un’area della sezione trasversale più grande fornisce più percorsi per il flusso di elettroni, riducendo la collisione tra elettroni e atomi e quindi abbassando la resistenza.
Condizioni di Dissipazione del Calore: Buone condizioni di dissipazione del calore possono dissipare efficacemente il calore generato dal conduttore, migliorandone così la capacità di trasporto di corrente. Ad esempio, nella progettazione di PCB, è possibile aggiungere strati di dissipazione del calore e via termiche per migliorare la dissipazione del calore.

Quando la corrente passa attraverso un conduttore, a causa della resistenza del conduttore, si genera calore, causando l’aumento della temperatura del conduttore. L’aumento della temperatura si riferisce all’aumento della temperatura del conduttore rispetto alla temperatura ambiente. L’entità dell’aumento della temperatura dipende principalmente dai seguenti fattori:

Magnitudine della corrente: Secondo la legge di Joule $Q = I^{2} Rt$ (dove $Q$ è il calore, $I$ è la corrente, $R$ è la resistenza, e $t$ è il tempo), maggiore è la corrente, maggiore è il calore generato e maggiore è l’aumento della temperatura.
Resistenza del conduttore: Maggiore è la resistenza, maggiore è il calore generato alla stessa corrente, con conseguente aumento della temperatura.
Condizioni di dissipazione del calore: Buone condizioni di dissipazione del calore possono consentire al calore di dissiparsi più rapidamente, riducendo così l’aumento della temperatura.

IPC - 2221 Formule:

Secondo lo standard IPC-2221, le formule chiave sono le seguenti:

Area della sezione trasversale:

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)

Larghezza della traccia richiesta (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}}

Resistenza:

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)

Caduta di tensione:

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

Perdita di potenza:

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

Condizioni ambientali:

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

Derivazione dell'equazione IPC - 2221

IPC – 2221 è uno standard generale per la progettazione di circuiti stampati (PCB). L’equazione per il calcolo della larghezza della traccia in esso è derivata sulla base di dati sperimentali e analisi teoriche.

Principio di base

La derivazione di questa equazione si basa sul principio dell’equilibrio termico del conduttore, ovvero il calore generato dal conduttore è uguale al calore dissipato. Quando il conduttore raggiunge l’equilibrio termico, l’aumento della temperatura rimane stabile.

Processo di derivazione

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).

Fattori che influenzano la larghezza della traccia

Sebbene lo standard IPC-2221 serva come solida base, ci sono fattori aggiuntivi da considerare:

Condizioni ambientali:

Altitudine: Ad altitudini più elevate, l’aria è più rarefatta, il che riduce la dissipazione del calore.
Involucri: Le tracce all’interno di spazi chiusi potrebbero non raffreddarsi in modo efficace.
Rivestimenti conformi: Questi rivestimenti possono isolare la traccia e influire sul trasferimento di calore.

Proprietà del materiale:

Resistività: Diverse leghe di rame hanno diverse resistività elettriche.
Geometria della traccia: Tracce larghe e corte sono più efficienti nella gestione della corrente.

Obiettivi di progettazione:

Integrità del segnale: Tracce strette possono causare disadattanze di impedenza nei circuiti ad alta frequenza.
Integrità dell’alimentazione: Tracce spesse sono essenziali per ridurre al minimo le cadute di tensione nelle reti di alimentazione.

Come utilizzare efficacemente la calcolatrice?

Determinare i requisiti di progettazione: Decidere la corrente massima, l’aumento di temperatura e l’ambiente operativo.
Inserire i parametri: Inserire i valori nella calcolatrice. Utilizzare la modalità “Avanzate” per calcoli dettagliati.
Esaminare i risultati: Controllare la larghezza della traccia e i parametri elettrici. Regolare gli input se necessario.
Convalidare con il produttore: Confermare i risultati con il produttore di PCB per garantire la producibilità.

Risposte alle domande più frequenti

D: Posso utilizzare la calcolatrice per progetti ad alta tensione?

R: Sì, ma fare riferimento anche agli standard di sicurezza come IPC-2221 per creepage e distanza.

D: Cosa succede se il mio PCB ha più livelli?

R: Utilizzare la calcolatrice per ogni livello separatamente, tenendo conto delle proprietà termiche di ciascuno.

Febbraio 9, 2026

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Calcolatore della larghezza delle tracce PCB

Comprensione dello Standard IPC - 2221

IPC - 2221 Formule:

Derivazione dell'equazione IPC - 2221

Principio di base

Processo di derivazione

Step1: Heat Generation

Step2: Heat Dissipation

Step3: Thermal Equilibrium

Resistance Calculation

Step5: Trace Width Calculation

Fattori che influenzano la larghezza della traccia

Condizioni ambientali:

Proprietà del materiale:

Obiettivi di progettazione:

Come utilizzare efficacemente la calcolatrice?

Risposte alle domande più frequenti

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Step1: Heat Generation

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Resistance Calculation

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