PCB-Leiterbahn-Breitenrechner
Der maximale kontinuierliche Gleichstrom, den die Leiterbahn führen muss. Gültiger Bereich nach IPC-2221: 0–35 A.
Standard-Kupfergewichte: 1 oz/ft² = 35 µm = 1,378 mils dick. Die meisten PCBs verwenden 1 oz äußere Schichten.
Maximal zulässige Temperaturerhöhung über der Umgebung. Typische Werte: 10 °C (konservativ), 20 °C (standard), 30 °C (erlaubend). Gültiger Bereich: 10–100 °C.
Schaltet Widerstand, Spannungsabfall und Leistungsverlust-Ausgaben frei. Leer lassen, um zu überspringen.
Wird verwendet, um den Spannungsabfall als Prozentsatz der Versorgung zu berechnen und um die Leiterbahnfreigabe aus der IPC-2221 Tabelle 2-1 nachzuschlagen.
Erweitert die empfohlene Leiterbahnbreite um diesen Prozentsatz, um Fertigungstoleranzen und konservative Entwurfspraktiken zu berücksichtigen.
Teilen Sie den Gesamtstrom auf N identische parallele Leiterbahnen auf, wodurch die Breite jeder einzelnen Leiterbahn um den Faktor N reduziert wird.
Geben Sie Ihre Leiterbahnparameter ein
Füllen Sie den Strom, das Kupfergewicht und den Temperaturanstieg aus, um die minimale PCB-Leiterbahnbreite gemäß IPC-2221 und IPC-2152 zu berechnen.
So verwenden Sie den PCB-Leiterbahnbreitenrechner
Wählen Sie den Berechnungsmodus
Wählen Sie 'Breite aus Strom' (der Standardmodus), um die minimale Leiterbahnbreite für einen bestimmten Strom zu finden. Oder wechseln Sie zu 'Strom aus Breite' (Umkehrmodus), wenn Sie bereits eine Leiterbahnbreite haben und den maximalen Strom wissen möchten, den sie sicher tragen kann.
Geben Sie Ihre elektrischen und thermischen Parameter ein
Geben Sie den maximalen Dauerstrom ein, den Ihre Leiterbahn tragen muss, das Kupfergewicht Ihrer PCB (die meisten Platinen verwenden 1 oz/ft² = 35 µm), den zulässigen Temperaturanstieg über der Umgebungstemperatur (10°C ist konservativ, 20°C ist typisch) und die erwartete Umgebungstemperatur. Diese vier Werte steuern die Berechnungen nach IPC-2221 und IPC-2152.
Fügen Sie optionale Eingaben für vollständige Ergebnisse hinzu
Geben Sie die Leiterbahnlänge ein, um Widerstand, Spannungsabfall und Leistungsverlust zu aktivieren. Geben Sie die Versorgungsspannung ein, um den Spannungsabfall als Prozentsatz Ihrer Schiene zu sehen (unter 3% für Stromschienen halten). Optional können Sie eine Sicherheitsmarge festlegen (20% wird für Produktionsplatinen empfohlen) und die Anzahl der parallelen Leiterbahnen auswählen, wenn der Strom über mehrere Routen verteilt wird.
Lesen und Anwenden Ihrer Ergebnisse
Das Ergebnisfeld zeigt die empfohlene Leiterbahnbreite aus drei Standards nebeneinander: IPC-2221 Außen, IPC-2221 Innen und IPC-2152 Universal. Verwenden Sie die 'Empfohlene Breite' (mit angewendeter Sicherheitsmarge) für Ihr PCB-Layout. Überprüfen Sie den Warnbereich auf etwaige Bedingungen außerhalb des Bereichs, Verstöße gegen die Mindestbreite oder Temperaturbedenken, bevor Sie Ihr Design abschließen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen den Leiterbahnbreiten-Ergebnissen von IPC-2221 und IPC-2152?
IPC-2221 (abgeleitet von MIL-STD-275) wurde aus Tests an einzelnen, isolierten Leiterbahnen ohne nahegelegene Kupferflächen entwickelt. Da es den Kühleffekt benachbarter Kupferflächen nicht berücksichtigt, tendiert es dazu, konservativ zu sein — oft werden Leiterbahnen empfohlen, die 20–40% breiter sind als tatsächlich notwendig. IPC-2152 (veröffentlicht 2009) führte Korrekturfaktoren für Kupfergewicht, Platinenstärke, das Vorhandensein einer Kupferfläche und den Abstand zu dieser Fläche ein, was zu einem genaueren Ergebnis für reale PCB-Designs führt. Für eine eigenständige Leiterbahn, die weit von einer Kupferfüllung entfernt ist, liefern die beiden Standards ähnliche Ergebnisse. Für eine Leiterbahn, die über einer großen Erdfläche verläuft, wird IPC-2152 eine merklich schmalere Leiterbahn empfehlen. Im Zweifelsfall verwenden Sie das konservativere IPC-2221-Außen-Ergebnis als Ihr Minimum und betrachten IPC-2152 als das wahrscheinlich erreichbare Ziel.
Warum müssen innere (interne) Leiterbahnen breiter sein als äußere (externe) Leiterbahnen?
Externe Leiterbahnen liegen an der Oberfläche der PCB, wo sie Wärme durch Konvektion und Strahlung an die umgebende Luft abgeben können. Interne Leiterbahnen sind zwischen Schichten von FR-4-Glasfaser eingeklemmt, die eine etwa 1000-mal niedrigere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer haben. Ohne konvektiven Weg zur Umgebungsluft sind innere Schichten fast vollständig auf die Wärmeleitung durch das Laminat angewiesen, um Wärme abzuleiten. Die IPC-2221-Formel erfasst diesen Unterschied durch die k-Konstante: k = 0,048 für extern und k = 0,024 für intern. Da k im Nenner erscheint, verdoppelt sich die erforderliche Querschnittsfläche, wenn man sie halbiert — was bedeutet, dass interne Leiterbahnen typischerweise etwa doppelt so breit sein müssen wie externe Leiterbahnen für denselben Strom und Temperaturanstieg. Dies ist ein kritischer Aspekt für Multilayer-Platinen mit internen Stromflächen.
Welchen Temperaturanstieg sollte ich in meiner Berechnung der Leiterbahnbreite verwenden?
Der IPC-2221-Standard empfiehlt, einen Temperaturanstieg von 10°C für präzise oder signalempfindliche Anwendungen und bis zu 20°C für allgemeine Leistungsleiterbahnen zu verwenden. Ein Wert von 10°C wird als konservativ angesehen und bietet eine größere Sicherheitsmarge; 20°C ist der am häufigsten verwendete Wert in der kommerziellen Elektronik; und 30°C ist manchmal in industriellen oder automobilen Designs akzeptabel, bei denen die Platinentemperaturen gut verstanden sind. Die entscheidende Einschränkung ist Ihre maximale Leiterbahntemperatur: Wenn die Umgebung 70°C erreichen könnte und Sie einen Anstieg von 30°C zulassen, erreicht Ihre Leiterbahntemperatur 100°C — immer noch unter dem FR-4 Tg von etwa 130°C, aber mit wenig Spielraum. Für hochzuverlässige Designs berechnen Sie immer die maximale Leiterbahntemperatur (Umgebung + ΔT) und stellen Sie sicher, dass sie mindestens 20°C unter dem bewerteten Tg Ihrer Platine bleibt.
Wann wird der Spannungsabfall über eine PCB-Leiterbahn zu einem Designproblem?
Als Faustregel gilt, dass der Spannungsabfall der Leiterbahn unter 3% der Schienenversorgungsspannung für Stromverteilungsnetze bleiben sollte. Bei einer 3,3 V-Versorgung sind das nicht mehr als ~100 mV Abfall; bei einer 12 V-Versorgung können Sie bis zu ~360 mV tolerieren. Wenn diese Grenzen überschritten werden, erhalten nachgeschaltete Schaltungen eine niedrigere Spannung als erwartet, was sie außerhalb ihres spezifizierten Betriebsbereichs bringen und zu falschem Verhalten oder verringerter Effizienz führen kann. Der Spannungsabfall wird besonders kritisch für: Niederspannungs-Mikrocontroller und FPGAs (3,3 V oder 1,8 V Schienen mit engen Versorgungstoleranzen), Hochstrommotorantriebe oder LED-Antriebe und USB-Stromversorgungsleiterbahnen. Der Rechner zeigt den Spannungsabfall in absoluten Millivolts und als Prozentsatz der Versorgungsspannung (wenn Sie die Versorgungsspannung eingeben) und warnt Sie, wenn der Abfall 3% überschreitet.
Was ist die minimale Leiterbahnbreite, die die meisten PCB-Hersteller produzieren können?
Standard-PCB-Fertigungsprozesse bei gängigen Fertigungsunternehmen (JLCPCB, PCBWay, OSH Park usw.) können zuverlässig Leiterbahnen bis zu 6 mils (0,15 mm) herstellen. Dies ist als '6/6-Regel' bekannt — 6 mils minimale Leiterbahnbreite und 6 mils minimaler Abstand. Einige fortschrittliche Hersteller bieten 4 mil oder sogar 3 mil minimale Leiterbahnbreite für HDI (High-Density-Interconnect)-Platinen an, typischerweise zu höheren Kosten. Wenn die IPC-2221-Formel eine erforderliche Breite unter 6 mils berechnet, zeigt der Rechner eine Warnung an, die Sie daran erinnert, dass Sie möglicherweise ein Fertigungsfeasibilitätsproblem haben. In der Praxis tritt dieses Szenario normalerweise nur bei sehr niederstromigen Signalen auf, bei denen die Leiterbahnimpedanz — nicht die Stromkapazität — der Treiber für das Design sein sollte.
Wie hilft das Führen paralleler Leiterbahnen bei der Hochstromverlegung?
Wenn eine einzelne breite Leiterbahn unpraktisch ist, weil sie Routingkanäle blockieren oder Abstandsregeln für benachbarte Kupfermerkmale verletzen würde, können Sie den gesamten Strom auf mehrere identische parallele Leiterbahnen aufteilen. Wenn die IPC-2221-Berechnung eine 50 mil breite Leiterbahn für 10 A erfordert, könnten Sie stattdessen zwei 25 mil breite Leiterbahnen (jeweils 5 A tragend) oder fünf 10 mil breite Leiterbahnen (jeweils 2 A tragend) verwenden. Damit dies korrekt funktioniert, müssen die parallelen Leiterbahnen ungefähr gleich lang sein — wenn sie es nicht sind, wird die kürzere Leiterbahn proportional mehr Strom aufgrund ihres niedrigeren Widerstands führen, was sie möglicherweise überlastet. Die Funktion "Parallele Leiterbahnen" des Rechners zeigt Ihnen die erforderliche Breite pro Leiterbahn für 1, 2, 3 oder 4 parallele Wege, was es einfach macht, Routing-Abwägungen zu bewerten.