Capacidad de corriente de las pistas de PCB: ancho, peso del cobre e IPC-2221

Cada pista de cobre es una resistencia delgada que se calienta cuando la corriente fluye a través de ella. Si el tamaño es el adecuado, la placa se mantiene fría durante años; si es demasiado pequeño, la pista se sobrecalienta, envejece el laminado y puede fundirse como un fusible. Esta guía responde a las preguntas que los ingenieros se hacen: cuántos amperios soporta una pista, a cuántos milímetros equivale 1 onza de cobre, cuándo cambiar a cobre grueso, y muestra cómo Highleap Electronics transforma esos datos en una placa que puede fabricar y ensamblar de forma fiable.

1. ¿Cuántos amperios puede soportar una pista de cobre?

No existe una corriente máxima única para una pista; el límite viene determinado por el aumento de temperatura que se acepte. Como referencia, una pista de 1 mm (aproximadamente 40 milésimas de pulgada) de ancho en cobre de 1 onza sobre una capa exterior transporta aproximadamente 2 A con un aumento conservador de 10 °C, y unos 4 A con un aumento de 30 °C. La corriente calienta la pista en proporción al cuadrado de la corriente multiplicado por la resistencia, y la pista se asienta donde puede disipar ese calor hacia el cobre, el laminado y el aire circundantes.

Tres propiedades de las pistas determinan la resistencia y, por lo tanto, el calentamiento. El área de la sección transversal (ancho por espesor de cobre) es el factor dominante; duplicar cualquiera de ellas reduce la resistencia aproximadamente a la mitad. La longitud añade una resistencia y una caída de voltaje proporcionales, pero apenas modifica la temperatura máxima. Además, la resistencia del cobre aumenta aproximadamente un 0.4 % por °C, por lo que una pista caliente presenta una resistencia ligeramente mayor, lo que genera más calor. Tres factores ambientales determinan la facilidad con la que se disipa el calor: la capa exterior frente a la interior, la temperatura ambiente dentro de la carcasa y cualquier flujo de aire o disipador de calor. Si no está familiarizado con la construcción y especificación de pistas, los fundamentos del diseño de pistas de PCB son una introducción útil antes de dimensionarlas para la potencia.

2. ¿Cuál es el espesor de 1 onza de cobre en mm? (tabla de pesos del cobre)

Una onza de cobre tiene un espesor de aproximadamente 35 micras, lo que equivale a 0.035 mm o aproximadamente 1.37 milésimas de pulgada. El espesor del cobre se expresa en peso por pie cuadrado (una convención antigua que suele confundir a los principiantes), por lo que las conversiones que conviene memorizar son:

Dado que la capacidad depende del área de la sección transversal, se puede transportar más corriente ensanchando la pista o utilizando cobre más grueso. En una placa densa, aumentar el grosor del cobre a 3 onzas suele ser más limpio que crear espacio para una pista muy ancha, y para aplicaciones de alta potencia, una PCB de cobre grueso está diseñada específicamente para ello.

3. Gráfico de ancho de traza frente a corriente (1 oz y 2 oz de cobre)

Para una capa exterior de cobre de 1 onza con un aumento de temperatura conservador de 10 °C, una pista de 1 A requiere aproximadamente 0.5 mm (20 milésimas de pulgada) y una de 3 A, aproximadamente 1.8 mm (70 milésimas de pulgada). La tabla completa que se muestra a continuación es un punto de partida basado en la norma IPC-2221, y no sustituye el cálculo en función de su propia temperatura objetivo; las pistas de la capa interna suelen requerir aproximadamente el doble de estos anchos.

El ancho aumenta rápidamente con la corriente. A partir de unos pocos amperios, una sola pista resulta poco práctica, y la mejor solución es un revestimiento o plano de cobre, pistas paralelas en varias capas unidas con vías, o cobre más grueso; es aquí donde la ingeniería dedicada a la capacidad de corriente del cobre grueso mantiene fríos los rieles de alta corriente.

4. Ancho de pista interno frente a ancho de pista externo: por qué las pistas internas deben ser más anchas

Una pista interna necesita aproximadamente el doble de ancho que una pista externa para transportar la misma corriente, ya que está intercalada en un laminado y no puede disipar el calor al aire. La norma IPC-2221 utiliza constantes diferentes para ambos casos precisamente por este motivo: una pista externa se enfría por convección al aire, mientras que una pista interna está aislada térmicamente y almacena más calor con el mismo ancho.

La consecuencia práctica: un ancho validado para una capa externa puede sobrecalentarse silenciosamente si la misma red se enruta en una capa interna de una placa multicapa. Al transferir la alimentación entre capas, dimensione el circuito para el caso de la capa interna y utilice múltiples vías en paralelo en cada transición para que el cambio de capa no se convierta en un cuello de botella.