¿Por qué es importante el ancho de pista de una PCB? Calcular el tamaño de las pistas de una PCB es una de las consideraciones más fundamentales en el enrutamiento de PCB. El ancho de las pistas complejas afecta directamente el rendimiento , la fiabilidad y la seguridad del circuito. Por eso, los diseñadores de PCB recurren a estándares profesionales de la industria para calcular el ancho de pista. Entre ellos, los estándares IPC son los más utilizados. En este blog, le mostraremos cómo calcular el ancho de pista de una PCB según dos estándares IPC principales (IPC-2221 e IPC-2152) y le explicaremos cómo elegir entre ellos.
¿Qué es el estándar IPC?
Las normas IPC son una serie de directrices reconocidas por la industria, desarrolladas por el IPC (Instituto de Circuitos Impresos), una asociación comercial global para la industria electrónica. Estas normas se utilizan para diseñar y fabricar equipos electrónicos y placas de circuitos, garantizando así la calidad, fiabilidad y consistencia del producto. El cumplimiento de estas normas puede reducir la brecha de comunicación entre diseñadores y fabricantes.
En el diseño de placas de circuito impreso (PCB), IPC-2221 e IPC-2152 son dos tipos principales de normas que proporcionan un marco para el diseño de PCB fiables y seguras. Son ampliamente reconocidas en la industria electrónica y utilizadas como referencia por diseñadores e ingenieros de PCB.
¿Cómo calcular el ancho de pista de una PCB según el uso de IPC 2221?
La norma IPC 2221 es una guía industrial para el diseño genérico de PCB y ayuda a los diseñadores de PCB a determinar rápidamente el ancho de pista necesario para transportar la corriente de forma segura. La norma IPC-2221 define la relación corriente-temperatura mediante una fórmula que permite obtener el área de la sección transversal y el ancho de pista.
Fórmula empírica del IPC 2221:
Reordene la fórmula para obtener la fórmula del área de la sección transversal (A):
Cubra A para trazar el ancho en función de:
A = Ancho de traza (W) × Espesor del cobre (T)
Por lo tanto, la fórmula principal del ancho de traza (W) debería ser:
I = Corriente en amperios
ΔT = Aumento de temperatura permitido en °C
A = Área de la sección transversal de la traza (mil²)
k, b, c = constantes que difieren para las capas internas y externas
| Tipo de seguimiento | k | b | c |
| Externo | 0.048 | 0.44 | 0,725 |
| Interno | 0.024 | 0.44 | 0,725 |
Es importante mantener la consistencia de las unidades. Si la sección transversal se mide en milésimas de pulgada (milésimas de pulgada), utilice milésimas de pulgada (milésimas de pulgada) para el ancho y el grosor de la traza. El grosor de la trayectoria se mide generalmente por su peso, en oz/ft².
1 oz/ft² de cobre ≈ 1,37 mil ≈ 35 µm
1 milésima de pulgada = 0,0254 mm
Recopilar parámetros
Mida la corriente máxima (I) que la traza puede transportar. Una corriente más alta requiere trazas más anchas para evitar el sobrecalentamiento. La corriente máxima nominal depende del material del conductor (el cobre tiene menor resistividad que el aluminio, lo que implica una mayor capacidad de corriente), la sección transversal (un conductor más grueso implica menor resistencia y mayor capacidad de corriente), las condiciones de refrigeración (reducen el aumento de temperatura) y otros factores clave.
ΔT es la temperatura que se permite elevar por encima del ambiente circundante, lo que ayuda a establecer un límite seguro. El aumento de temperatura del hormigón se ve afectado por múltiples factores, como los requisitos específicos de la aplicación, los materiales traza, el entorno abierto o cerrado y el espesor del cobre. El valor típico de ΔT oscila entre 10 °C y 40 °C, según los requisitos específicos. 10 °C es el valor más común para PCB de uso general.
El grosor del cobre afecta directamente la resistencia de la traza y la capacidad de corriente. Según la fórmula R = ρL/A (ρ (Resistividad del cobre = 1,68 × 10−8 Ω⋅m), L = Longitud del conductor, A (Área de la sección transversal = Ancho × Grosor), un cobre más grueso implica menor resistencia y mayor capacidad de corriente. Los pesos comunes del grosor del cobre para PCB son 0,5 oz, 1 oz, 2 oz, 3 oz y superiores.
Ejemplo realista
Si elige los siguientes parámetros para la calculadora IPC-2221:
Corriente (I): 2A
Aumento de temperatura (ΔT): 10℃
Espesor del cobre (T): 1 oz (1,37 mil)
Capa de traza: externa
Área de la sección transversal :
Ancho de trazado:
W= 150mil²/1.37mils≈110 mils(≈2.8mm)
En este caso, la fórmula para el ancho de traza, basada en la norma IPC 2221, solo considera los parámetros de área de sección transversal (espesor del cobre), corriente y aumento de temperatura. El cálculo del ancho de traza puede definirse con mayor precisión en función de diversos factores importantes, como la resistividad, los orificios pasantes, los pares diferenciales o los diseños de alta densidad. La fórmula para el ancho de traza varía según las diferentes consideraciones.
¿Cómo calcular el ancho de pista de una PCB según el uso de IPC 2152?
La norma IPC 2152, también denominada “Norma para la determinación de la capacidad de conducción de corriente en el diseño de placas impresas”, es una norma industrial integral. Proporciona directrices para determinar el ancho de pista interno y externo adecuado en función de la corriente y el aumento de temperatura admisible. También indica cómo factores clave como el espesor del cobre, el entorno de la PCB, las condiciones del flujo de aire y el material afectan el cálculo del ancho de pista.
Seleccione la tabla IPC 2152 correcta para determinar la sección transversal o el ancho de la traza con precisión según los parámetros confirmados. La tabla IPC 2152 contiene familias de curvas: Eje X: Ancho de la sección transversal/traza (mils o mm); Eje Y: Corriente (A); Curvas: Diferentes aumentos de temperatura. Localice los parámetros en la tabla, lea la sección transversal de la traza y calcule el ancho de la traza con la fórmula W = A/T. Asegúrese de que A y T estén en las mismas unidades (mil² y mils, o mm² y mm) al realizar la conversión.
Las gráficas clave son las Figuras 4-1 y 4-2, así como otras gráficas para diferentes pesos de cobre. La Figura 4-1 se utiliza para las capas externas con mejor disipación térmica, y la Figura 4-2 para las capas internas con peor disipación térmica.
¿Cómo acceder a las tablas IPC2152 autorizadas? La fuente más fiable es adquirir el documento oficial de la norma IPC-2152, protegido por derechos de autor, en el sitio web de IPC . El documento proporciona tablas detalladas y directrices para confirmar la sección transversal y el ancho de la traza.
IPC 2221 VS IPC 2152: ¿Cuál utilizar?
El IPC 2221, publicado en 2003, es un estándar más antiguo que el IPC 2152 de 2009. Se basa en curvas empíricas de laboratorio con placas sencillas, por lo que siempre aborda el diseño de PCB simple, pero no es eficaz para resolver problemas con placas de alta densidad o situaciones térmicas complejas. Por otro lado, el IPC 2152 es un estándar más avanzado basado en extensas pruebas empíricas, por lo que resulta práctico para abordar las necesidades de PCB modernas y más precisas con datos experimentales y simulaciones, como las PCB de alta corriente (controladores de motores).
En cuanto a la precisión, el IPC 2221 solo proporciona una fórmula básica para el ancho de traza basado en el aumento de la corriente y la temperatura, lo que resulta en un resultado más conservador. El IPC 2152 es más detallado y considera factores más reales, como la disposición de las trazas y la temperatura ambiente, lo que proporciona cálculos más precisos.
En cuanto al aumento de temperatura, el IPC 2221 trata linealmente el aumento de temperatura con un único parámetro considerado en el aumento de temperatura admisible. Sin embargo, el IPC 2152 considera múltiples factores que pueden afectar el aumento de temperatura, como los materiales de las trazas, el número de capas, el espesor del cobre, la temperatura ambiente real, etc. Esto produce un resultado más preciso y, generalmente, con un ancho de traza menor.
| Característica | IPC-2221 | IPC-2152 |
| Fórmula | I = k * (ΔT)^b * A^c | Gráficos y calculadoras detalladas basadas en datos y simulación. |
| Objetivo | Diseño general de PCB, cálculo simple del ancho de pista | Diseño de PCB moderno y detallado, ancho de traza preciso y capacidad de corriente |
| Base | Fórmula empírica a partir de pruebas de laboratorio | Datos experimentales + simulación térmica |
| Aumento de la temperatura | ΔT único para aumento permitido | Considera la conducción térmica, el ambiente y los efectos multicapa. |
| Ubicación del rastro | Interno vs. Externo (factor simple) | Interno, externo, profundidad de capa adicional, distribución de cobre, efectos de proximidad |
| Exactitud | Conservador, puede sobredimensionar los trazos | Preciso y optimizado para las condiciones del mundo real |
| Caso de uso | Tableros simples, diseño en etapa inicial | Placas profesionales multicapa, densas y de alta corriente |
| Condiciones ambientales | Consideración limitada | Diversas condiciones ambientales |
Conclusión
Ahora debe tener un conocimiento completo sobre cómo calcular el ancho de pista de una PCB según las normas IPC-2221 e IPC-2152. La calculadora IPC-2221 ofrece un método simplificado basado en fórmulas para obtener resultados conservadores de ancho de pista, práctico para placas impresas sencillas, mientras que la IPC-2152 ofrece un método más detallado y avanzado basado en pruebas realistas para obtener resultados más precisos y modernos. Comprender estas dos normas le brinda flexibilidad para diseñar PCB con confianza.
MOKOPCB destaca estas consideraciones de diseño de pistas de PCB y fabrica PCB de alta precisión con capacidades de fabricación avanzadas. Contáctenos y nuestro equipo se asegurará de que cada placa ofrezca el mejor rendimiento para sus proyectos.
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