A conceção de traços de PCB com a largura correta é essencial para fiabilidade eléctrica, estabilidade térmica e capacidade de fabrico.
Se um traço for demasiado estreito para a corrente que transporta, pode causar:
- Calor excessivo
- Queda de tensão
- Problemas de integridade do sinal
- Falha do PCB em casos extremos
Compreender como a largura do traço está relacionada com a capacidade de corrente ajuda os engenheiros a conceberem placas que satisfazem tanto requisitos eléctricos e restrições de fabrico.
Este artigo explica como funciona a largura do traço, como estimar a capacidade de corrente e como otimizar as disposições para o fabrico de PCB no mundo real.
Porque é que a largura do traço é importante no design de PCB?
A largura do traço determina a quantidade de corrente que um condutor de cobre pode transportar com segurança sem sobreaquecer.
Vários factores influenciam esta relação:
Espessura do cobre
Os valores comuns incluem:
- 1 oz de cobre (35 µm)
- 2 oz de cobre (70 µm)
- Desenhos pesados em cobre (3 oz+)
O cobre mais espesso aumenta a capacidade de corrente.
Aumento da temperatura
As diretrizes de conceção pressupõem normalmente um aumento de temperatura aceitável, como por exemplo:
Um menor aumento de temperatura requer traços mais largos.
Camadas externas vs internas
As camadas externas dissipam o calor mais facilmente.
Regra típica:
- Os traços internos transportam menos corrente do que os traços da camada exterior.
As considerações de fabrico, como a espessura do cobre e o empilhamento de camadas, são explicadas no fluxo de trabalho de produção de PCB em: Processo de fabrico de PCB explicado passo a passo
Relação básica entre a largura do traço e a corrente
A relação entre a corrente e a largura do traço é normalmente estimada utilizando a Norma IPC-2221.
Uma regra de ouro simplificada:
| Largura do traço | Peso do cobre | Capacidade atual |
|---|
| 10 mil | 1 oz | ~1 A |
| 20 mil | 1 oz | ~2-3 A |
| 50 mil | 1 oz | ~5-6 A |
Estes são valores aproximadosOs cálculos exactos devem incluir:
- aumento da temperatura
- espessura do cobre
- comprimento do traço
- ambiente do conselho de administração
O manuseamento incorreto da corrente é uma das causas comuns discutidas no documento: Falhas comuns de PCB: Causas e soluções
Capacidade de rastreio interna ou externa
O empilhamento de placas de circuito impresso influencia o desempenho térmico.
Camadas externas
Vantagens:
- melhor dissipação de calor
- maior capacidade de corrente
- inspeção mais fácil
Camadas internas
Limitações:
- calor retido
- arrefecimento reduzido
- menor capacidade de corrente
Por exemplo:
| Tipo de camada | Capacidade atual |
|---|
| Externo | Mais alto |
| Interno | 50-70% do exterior |
O planeamento das camadas também afecta a complexidade da produção, que é discutida no Guia de design de empilhamento de camadas de PCB
Efeitos térmicos de traços estreitos
Se os traços forem subdimensionados, a acumulação de calor torna-se um risco grave.
As consequências potenciais incluem:
Sobreaquecimento do cobre
Uma densidade de corrente elevada pode aumentar rapidamente a temperatura do cobre.
Degradação do laminado
O calor excessivo pode danificar o substrato da placa de circuito impresso.
Problemas de fiabilidade da junta de soldadura
Os ciclos térmicos provocam tensões nos componentes e nas almofadas.
Muitos problemas de fiabilidade têm origem em problemas de conceção eléctrica e térmica. Pode saber mais em: Explicação dos métodos de teste de fiabilidade de PCB
Como calcular a largura do traço da placa de circuito impresso (passo a passo)
Os projectistas utilizam frequentemente calculadoras ou fórmulas derivadas das normas IPC.
Passo 1 - Determinar a corrente máxima
Identificar a corrente mais elevada que o traço deve suportar.
Exemplo:
Saída do acionador do motor = 4 A
Passo 2 - Definir o aumento de temperatura admissível
Valores típicos:
10°C conceção conservadora
20°C conceção comum
Passo 3 - Escolher a espessura do cobre
Exemplo:
1 oz de cobre
Passo 4 - Utilizar uma calculadora de largura de traço
Muitas ferramentas EDA ou calculadoras em linha fornecem valores exactos.
Etapa 5 - Validar utilizando a revisão DFM
Os fabricantes podem confirmar se o projeto cumpre as tolerâncias de fabrico.
Os métodos de revisão do DFM são explicados em: O que é o DFM de PCB e porque é que é importante no fabrico
Dicas práticas de design para traços de alta corrente
Várias técnicas ajudam a melhorar o tratamento da corrente.
Aumentar a espessura do cobre
Utilizar 2 oz de cobre melhora significativamente a capacidade atual.
Utilizar cobre mais largo
As grandes áreas de cobre reduzem a resistência e o calor.
Adicionar traços paralelos
A divisão da corrente por vários traços reduz a carga.
Utilizar vias térmicas
As vias térmicas distribuem o calor pelas camadas.
A perfuração e o fabrico de via são abordados em: Perfuração de PCB vs Perfuração a laser: Diferenças de fabrico
Restrições de fabrico para a largura do traço
O fabrico de placas de circuito impresso apresenta limites práticos.
Capacidades de fabrico típicas:
| Parâmetro | Valor típico |
|---|
| Largura mínima do traço | 4-6 mil |
| Espaçamento mínimo | 4-6 mil |
| Desenhos pesados em cobre | processo especial |
A conceção dentro dos limites de fabrico melhora o rendimento e reduz os custos.
A relação entre a complexidade do projeto e o custo de produção é discutida em: Como reduzir o custo da placa de circuito impresso sem comprometer a qualidade
Como os fabricantes avaliam o design do traço
Os fabricantes profissionais de placas de circuito impresso realizam normalmente verificações das regras de conceção (DRC) e Análise DFM antes da produção.
Eles analisam:
- largura do traço vs peso do cobre
- tolerâncias de espaçamento
- distribuição térmica
- capacidade de transporte de corrente
Em empresas como TOPFASTNa maioria das vezes, os engenheiros verificam os parâmetros da disposição antes do início do fabrico para reduzir os riscos de fabrico e garantir um desempenho estável em todos os lotes de produção.
Conclusão
A largura do traço desempenha um papel crítico na fiabilidade eléctrica e na capacidade de fabrico das PCB.
As principais conclusões incluem:
- A largura do traço determina a capacidade de corrente e o desempenho térmico
- A espessura do cobre e o aumento da temperatura afectam fortemente as regras de conceção
- As camadas externas podem transportar mais corrente do que as camadas internas
- Uma análise DFM adequada garante que os projectos podem ser fabricados de forma fiável
Combinando cálculos exactos da corrente com práticas de disposição conscientes do fabricoCom a tecnologia de PCB, os engenheiros podem construir PCBs que são eletricamente estáveis e prontos a produzir.
FAQ
P: Quanta corrente pode suportar um traço de PCB? R: A capacidade de corrente depende da largura do traço, da espessura do cobre e do aumento de temperatura permitido. Por exemplo, um traço de 20 mil com 1 oz de cobre pode transportar cerca de 2-3 A em condições normais.
P: O que acontece se um traço de PCB for demasiado estreito? R: Um traço estreito pode sobreaquecer, causando resistência excessiva, queda de tensão e possíveis danos no cobre.
P: Como é que calculo a largura do traço da placa de circuito impresso? R: Os projectistas utilizam normalmente calculadoras baseadas na norma IPC-2221 que têm em conta a corrente, a espessura do cobre e o aumento da temperatura.
P: Os traços internos da PCB são mais fracos do que os externos? R: Sim. Os traços internos transportam normalmente menos corrente porque dissipam o calor de forma menos eficiente do que os traços da camada exterior.