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在线 PCB 载流线宽计算器:按电流与温升算最小走线宽度(IPC-2221)

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PCB 载流线宽计算器:输入电流、铜厚、允许温升和布线层,按 IPC-2221 反推最小走线宽度并圆整到 0.1mm。附外层/内层差异、铜厚与温升对线宽的影响,及 1A~10A 常用速查。

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要点速览

2A电流在1oz铜、允许温升10°C、外层布线时,按IPC-2221最小走线线宽约0.79mm,工程上圆整为0.8mm;相同条件下内层约需2.04mm。该计算器输入工作电流、铜厚(0.5/1/2/3oz)、允许温升和内外层,公式为I=k·ΔT^0.44·A^0.725(外层k=0.048,内层k=0.024),反解出所需截面积并向上圆整到0.1mm。铜厚从1oz翻倍到2oz,线宽可减半(2A/10°C外层由0.79mm降至0.39mm);温升从10°C放宽到20°C,线宽可由0.79mm降至0.52mm。工具同时输出mm与mil、建议取值和截面积,并附1A~10A速查表;电源主干线建议按计算值2倍布线,小电流结果需核对工厂最小线宽能力。

2A 的电流到底要多宽的线?这个问题的答案不是一句「越宽越好」:1oz 铜、允许温升 10°C、走外层时,最小线宽约 0.79mm,工程上圆整到 0.8mm。后来我发现有个在线 PCB 载流线宽计算器能把这件事反推出来——输入电流、铜厚、温升和布线层,它按 IPC-2221 算出最小线宽并圆整到 0.1mm。顺手把用法和几次实测记成笔记,方便以后回看。

工具地址:https://www.dd-cat.cn/tools/pcb-width

公式与口径:IPC-2221 反推

载流公式是 I = k · ΔT^0.44 · A^0.725,其中 A 是铜箔截面积(单位 mil²)、ΔT 是允许温升;外层 k = 0.048、内层 k = 0.024(内层散热差,k 只有一半)。工具做的事是把公式反解:

  • A = (I / k)^(1/0.725) 算出所需截面积;
  • W = A / T 再除以铜厚 T(1oz = 1.37mil = 34.8µm,2oz 翻倍);
  • 最后把毫米值向上圆整到 0.1mm,宁可宽不可窄。

输入就四个:工作电流 I、铜厚(0.5 / 1 / 2 / 3oz)、允许温升 ΔT、布线层(外层 / 内层)。输出最小线宽(同时给 mm 和 mil)、建议取值、所需截面积,旁边还有一张标着 W、T、I 的走线截面图。

外层 vs 内层:同样电流差约 2.6 倍

同样是 2A、1oz、ΔT = 10°C:外层最小线宽约 0.79mm,内层却要 2.04mm。原因是内层没有空气对流散热,k 只有外层的一半,所需截面积约是外层的 2.6 倍。

这个差别在布局时很关键:电源主干线能走表层就别压进内层;逼不得已走内层,线宽要按约 2.6 倍预算,否则温升会超标。

两个直接有效的杠杆:铜厚与温升

铜厚翻倍,线宽减半

2A、ΔT = 10°C、外层,1oz 要 0.79mm,换成 2oz 只要 0.39mm。截面积需求不变,铜厚翻倍,线宽自然减半。空间紧张、又不想加多层时,2oz 铜是常用解。

放宽温升,线宽也能降

2A、1oz、外层,ΔT 从 10°C 放宽到 20°C,线宽从 0.79mm 降到 0.52mm,代价是走线更热。ΔT 取多少要看环境温度和寿命要求,工具默认的 10°C 是比较保守的口径。

圆整到 0.1mm 的小细节

算出来的最小线宽往往不是 0.1mm 的整数倍,工具会向上圆整。比如 1A、1oz、外层,最小是 0.30mm,圆整后建议 0.4mm。向下取整看似省一点空间,实际电流裕量就没了,别在这抠。

常用电流速查(ΔT = 10°C)

电流外层 1oz内层 1oz外层 2oz
1A0.4mm0.8mm0.2mm
2A0.8mm2.1mm0.4mm
3A1.4mm3.6mm0.7mm
5A2.8mm7.3mm1.4mm
10A7.3mm18.9mm3.7mm

上表是工具给出的建议取值(已圆整到 0.1mm)。10A 级别走 7mm 宽线已经不太现实,实际都会改成铺铜加过孔阵列,或直接走整块电源平面。

几点注意

  • 电源主干线建议再翻倍:工具给的是满足温升的最小值,电源主干线按计算值的 2 倍布更稳妥;空间紧张时改为铺铜 + 过孔阵列。
  • 注意工厂最小线宽:小电流算出来可能低于 0.2mm,先核对 PCB 工厂的最小线宽/线距工艺能力。
  • IPC-2221 是经验值:长期满载或高温环境,建议在结果上再留 30% 以上裕量。
  • mil 与 mm 别混:工具同时给 mm 和 mil,1oz = 1.37mil = 34.8µm,换算时别搞错单位。

结论

载流线宽这事的难点不在公式,而在于「反推 + 圆整 + 内外层差异」这三步。这个工具一次做完,我布线前先跑一遍把电源主干线宽度定下来,再进 EDA 拉线。链接已收进收藏夹,和差分阻抗、反馈电阻那几个一起用。

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