Capacidade de corrente da trilha da placa de circuito impresso: largura, espessura do cobre e IPC-2221

Cada trilha de cobre é um resistor fino que aquece quando a corrente flui por ela. Se dimensionada corretamente, a placa funcionará fria por anos; se dimensionada incorretamente, a trilha superaquece, envelhece o laminado e pode se romper como um fusível. Este guia responde às perguntas que os engenheiros realmente procuram – quantos amperes uma trilha suporta, quantos milímetros de cobre equivalem a 1 oz, quando usar cobre mais grosso – e mostra como a Highleap Electronics transforma esses números em uma placa que pode fabricar e montar com confiabilidade.

1. Quantos amperes um circuito de cobre pode suportar?

Não existe uma corrente máxima única para uma trilha – o limite é o aumento de temperatura que você aceita. Como referência rápida, uma trilha de 1 mm (cerca de 40 milésimos de polegada) de largura em cobre de 1 oz em uma camada externa conduz aproximadamente 2 A com um aumento conservador de 10 °C e cerca de 4 A com um aumento de 30 °C. A corrente aquece a trilha em proporção ao quadrado da corrente multiplicado pela resistência, e a trilha se estabiliza onde consegue dissipar esse calor para o cobre circundante, o laminado e o ar.

Três propriedades da trilha determinam a resistência e, portanto, o aquecimento. A área da seção transversal – largura multiplicada pela espessura do cobre – é o fator dominante; dobrar qualquer uma delas reduz a resistência pela metade. O comprimento adiciona resistência e queda de tensão proporcionais, mas praticamente não altera a temperatura máxima. Além disso, a resistência do cobre aumenta cerca de 0.4% por °C, então uma trilha quente é uma trilha com resistência ligeiramente maior, o que resulta em mais calor. Três fatores ambientais determinam a facilidade com que o calor escapa: a camada externa versus a interna, a temperatura ambiente dentro do gabinete e a presença de fluxo de ar ou dissipadores de calor. Se você é iniciante em como as trilhas são construídas e especificadas, os fundamentos do projeto de trilhas de PCB são uma introdução útil antes de dimensionar a alimentação.

2. Qual é a espessura de 1 oz de cobre em mm? (tabela de peso do cobre)

Uma onça de cobre tem cerca de 35 mícrons de espessura, o que equivale a 0.035 mm ou aproximadamente 1.37 milésimos de polegada. A espessura do cobre é expressa em peso por pé quadrado – uma convenção antiga que confunde os iniciantes – portanto, as conversões que vale a pena memorizar são:

Como a capacidade está diretamente relacionada à área da seção transversal, você pode transportar mais corrente aumentando a largura da trilha ou utilizando cobre mais espesso. Em uma placa densa, usar cobre de 3 oz (85 g) geralmente resulta em uma instalação mais limpa do que criar espaço para uma trilha muito larga, e para aplicações de alta potência, uma placa de circuito impresso (PCB) totalmente revestida com cobre espesso é a solução ideal.

3. Gráfico da largura do traço versus corrente (1 oz e 2 oz de cobre)

Para uma camada externa de cobre de 1 oz com um aumento conservador de 10 °C, uma trilha de 1 A precisa de aproximadamente 0.5 mm (20 mil) e uma trilha de 3 A, aproximadamente 1.8 mm (70 mil). A tabela completa abaixo é um ponto de partida baseado na norma IPC-2221 e não substitui o cálculo de acordo com sua própria meta de temperatura; trilhas em camadas internas geralmente precisam de aproximadamente o dobro dessas larguras.

A largura aumenta rapidamente com a corrente. Acima de alguns amperes, uma única trilha torna-se impraticável, e a melhor solução é uma camada ou plano de cobre, trilhas paralelas em várias camadas interligadas por vias, ou cobre mais espesso – e é aí que a engenharia dedicada à capacidade de corrente do cobre espesso mantém os trilhos de alta corrente refrigerados.

4. Largura das trilhas internas versus externas: por que as trilhas internas precisam ser mais largas

Uma trilha interna precisa de aproximadamente o dobro da largura de uma trilha externa para conduzir a mesma corrente, porque está inserida em uma camada laminada e não consegue dissipar calor para o ar. A norma IPC-2221 utiliza constantes diferentes para os dois casos justamente por esse motivo: uma trilha externa resfria por convecção com o ar, enquanto uma trilha interna é termicamente isolada e armazena mais calor na mesma largura.

A consequência prática: uma largura que você validou para uma camada externa pode superaquecer silenciosamente se a mesma rede for roteada em uma camada interna em uma placa multicamadas. Ao transferir energia entre camadas, dimensione para o caso da camada interna e use várias vias em paralelo em cada transição para que a mudança de camada não se torne um gargalo térmico.