Калькулятор ширины дорожки печатной платы по току

Зачем считать ширину дорожки

Медная дорожка печатной платы — это проводник с небольшим, но не нулевым сопротивлением. Ток нагревает её, и если ширина выбрана слишком маленькой, дорожка перегревается: темнеет и отслаивается паяльная маска, текстолит теряет прочность, а в худшем случае проводник прогорает. Поэтому для силовых цепей — питания, двигателей, светодиодных лент, зарядных устройств — ширину считают по току и допустимому перегреву.

Формула IPC-2221

Стандарт IPC-2221 связывает допустимый ток с площадью сечения проводника и перегревом эмпирической формулой:

I = k · ΔT^0,44 · A^0,725

где I — ток в амперах, ΔT — допустимый перегрев над температурой окружающей среды в °C, A — площадь сечения в квадратных милах (1 mil = 0,0254 мм), k = 0,048 для внешних слоёв и 0,024 для внутренних. Отсюда площадь сечения:

A = (I / (k · ΔT^0,44))^1/0,725

а ширина — это площадь, делённая на толщину меди. Внутренние слои охлаждаются хуже, поскольку окружены диэлектриком со всех сторон, поэтому при том же токе им нужна примерно в 2,6 раза большая ширина.

Толщина меди

Толщину фольги часто указывают в унциях на квадратный фут: 1 oz — это слой меди массой одна унция на квадратный фут, что соответствует примерно 35 мкм. Стандартные варианты — 18, 35 и 70 мкм. Учтите, что на внешних слоях после металлизации отверстий медь обычно толще базовой фольги (например, 35 мкм превращаются в 45–55 мкм), поэтому расчёт по базовой толщине идёт в запас.

Пример

Нужно провести ток 2 А по внешнему слою с медью 35 мкм при перегреве не более 10 °C. Площадь сечения A = (2 / (0,048 · 10^0,44))^1/0,725 ≈ 42,4 mil², толщина 35 мкм = 1,378 mil, ширина ≈ 30,8 mil ≈ 0,78 мм. Для внутреннего слоя при тех же условиях понадобится уже около 2,03 мм. Дорожка 0,78 мм длиной 100 мм при температуре 35 °C имеет сопротивление около 0,067 Ом: при 2 А на ней падает 0,13 В и рассеивается 0,27 Вт.

Границы применимости

• Формула IPC-2221 построена по экспериментальным данным для токов до 35 А, ширины до 10,4 мм (400 mil), перегрева 10–100 °C и толщины меди 17–105 мкм. За этими пределами результат — лишь ориентир.
• Более новый стандарт IPC-2152 учитывает толщину платы, наличие сплошных медных слоёв и другие факторы. Для внутренних слоёв он обычно допускает более узкие дорожки, чем IPC-2221, то есть расчёт по IPC-2221 идёт в запас.
• Рядом расположенные силовые дорожки греют друг друга, а полигоны и сплошные слои, наоборот, отводят тепло. Для ответственных цепей закладывайте запас 20–30% по ширине.
• Короткие импульсы большого тока нагревают дорожку меньше, чем постоянный ток той же величины, но для надёжности считают по действующему (среднеквадратичному) значению.

Частые вопросы