Relación entre el peso del cobre, el ancho de la pista y la capacidad de conducción de corriente

Teóricamente, la capacidad de conducción de corriente de una PCB (Printed Circuit Board) está determinada por el área de la sección transversal de la pista y el aumento de temperatura. Además, el área de la sección transversal de la pista es directamente proporcional al ancho de la pista y al grosor del cobre. Ahora bien, surge una pregunta: ¿se aplica esta regla también a la relación entre la capacidad de conducción de corriente y el área de la sección transversal de la pista?, es decir, ¿la capacidad de conducción de la pista es directamente proporcional a su área de sección transversal? Bajo el mismo aumento de temperatura de 10°C, una pista de 10 mil con cobre de 1 oz es capaz de soportar como máximo una corriente de 1 A y estamos seguros de que una pista de 50 mil es capaz de soportar una corriente mayor que 1 A. Entonces, ¿cuál es exactamente la corriente máxima que puede soportar?, ¿5 A basándonos en un simple cálculo multiplicador? En realidad, es mucho más complicado que eso. Según la norma MIL-STD-275, se nos indica que la corriente máxima que puede soportar una pista de 50 mil es de 2,6 A.

Sin embargo, la tabla anterior ha sido reemplazada gradualmente por la norma genérica IPC-2221 sobre diseño de placas de circuito impreso como referencia sobre la cual unplaca de circuito impresoestá diseñado con precisión.

Unidad de medición del espesor de cobre

Antes de una discusión genuina, es necesario consultar en la wiki una unidad aplicada al espesor del cobre, onza (oz). Generalmente se acepta como una unidad de medida de peso, pero en el diseño de placas de circuito impreso se ha empleado para la medición del espesor del cobre. Cuando se trata de la conversión del espesor del cobre mediante onzas, deben tenerse en cuenta algunas reglas. Debido a que las especificaciones del cobre se miden por el peso de cobre por pie cuadrado, 1 oz, que suele mencionarse, en realidad se refiere al hecho de que cada pie cuadrado de este cobre pesa 1 oz. En tales casos, cuanto más grueso es el cobre, más pesa, ya que el peso del cobre es directamente proporcional a su espesor. Como resultado, el espesor del cobre puede representarse mediante la unidad de peso, onza. Además, la onza también puede convertirse en unidades de milímetro o mil. Algunas conversiones habituales se enumeran a continuación:
0.5oz = 0.0007pulgadas = 0.7mils = 0.018mm
1.0oz = 0.0014inch = 1.4mils = 0.035mm
2.0oz = 0.0034inch = 2.8mils = 0.070mm

Relación entre el área de la sección transversal del foil de cobre en PCB y la capacidad máxima de conducción de corriente y el aumento de temperatura

Según la explicación de la Sección 6.2 de la norma IPC-2221, es decir, Requisitos de Material Conductivo, la capacidad de conducción de corriente puede clasificarse además en dos tipos: conductores internos y conductores externos. La capacidad máxima de conducción de corriente de los conductores internos se define como la mitad de la de los conductores externos. La Tabla 6-4 de la norma IPC-2221 muestra la relación entre el área de la sección transversal del cobre, el aumento de temperatura y la capacidad máxima de conducción de corriente entre los conductores externos e internos.

Además, se ha resumido una fórmula simplificada basada en las tablas anteriores:Yo= KΔT0.44A0.75

En esta fórmula, K es un factor de corrección. Es equivalente a 0,024 para conductores internos y 0,048 para conductores externos. ΔT es la diferencia de temperatura máxima, que indica la diferencia de temperatura entre el cobre calentado y la temperatura ambiente, cuya unidad es grados Celsius (°C). A se refiere al área de la sección transversal de la pista de cobre, cuya unidad es mil cuadrado (mil²).Yose refiere a la capacidad de conducción de corriente actual, cuya unidad es el amperio (A).

Gracias al desarrollo de la tecnología electrónica, algunos calculadores de ancho de pista en línea están disponibles para los diseñadores de placas de circuito. Es una herramienta tan práctica que, tan pronto como se introducen la corriente requerida y el peso del cobre, se proporcionará el ancho de pista correspondiente de los conductores internos y externos.Calculadora de ancho de pista PCByCalculadora de ancho de pista PCB ANSI IPC-2221Apertenecen a las herramientas presentadas hace un momento.

Elementos que determinan la capacidad máxima de conducción de corriente

Aunque se puede emplear directamente una fórmula sencilla para calcular la capacidad máxima de conducción de corriente, los casos prácticos no son tan simples y directos. Esto se debe a que, además del área de la sección transversal y el aumento de temperatura, la capacidad de conducción de corriente de las pistas también depende de otros elementos, como el número de componentes, las almohadillas y los orificios metalizados (vías).

Para las pistas con muchas almohadillas distribuidas, la pista estañada tendrá una capacidad extremadamente mayor que las pistas ordinarias. No es raro que los ingenieros se encuentren con placas de circuito en las que alguna pista entre almohadillas se quema cuando circula una gran corriente. La razón de esta tragedia radica en que un exceso de pasta de soldadura en los componentes o pines conduce a un aumento del área de la sección transversal, mientras que no se realiza ninguna modificación en la pista entre las almohadillas. Como resultado, tan pronto como se enciende la alimentación o se implementa una modificación de orden en la pista, es posible provocar un sobreimpulso transitorio muy grande o incluso la quema de una pista entre almohadillas.

Una de las soluciones a este problema radica en aumentar el ancho de la pista. Cuando no se permite ensanchar una pista, se puede aplicar máscara de soldadura en las pistas que tienden a quemarse y se debe imprimir pasta de soldadura enSMT (Tecnología de Montaje Superficial)procedimiento. Después de la soldadura por refusión, el ancho de la pista aumentará, por lo que la capacidad de conducción de corriente también se incrementará.

En una palabra, aunque la capacidad de conducción de corriente de una pista de PCB puede obtenerse mediante la tabla proporcionada por el IPC o mediante una fórmula, estas solo se aplican al cálculo de pistas rectas. Sin embargo, la contaminación por polvo o impurezas debe tenerse en cuenta cuidadosamente en la fabricación o el ensamblaje reales de circuitos impresos, porque la contaminación posiblemente provocará la rotura parcial de pistas. Por lo tanto, cuando diseñamos la capacidad máxima de conducción de corriente de cualquiera de las dos maneras, debe añadirse un factor de seguridad para evitar que se produzcan problemas de sobrecarga.

Además, se debe prestar especial atención a los giros de las pistas. Si se produce un ángulo agudo en una pista, posiblemente se genere una transición no suave, lo que quizá tenga poca influencia en una corriente pequeña o en una pista de gran ancho. Pero cuando se trata de una baja capacidad de conducción de corriente, pueden surgir problemas.

La capacidad de conducción de corriente de una PCB es algo que debe considerarse al diseñar placas de circuito efectivas y confiables. Sin embargo, los cálculos teóricos por sí solos pueden no ser suficientes para tomar decisiones efectivas cuando se aplican en escenarios prácticos. Por eso es necesario utilizar normas industriales como la IPC-2221, de modo que su PCB funcione según lo diseñado bajo condiciones reales de operación.

Para asegurarte de que tus diseños de PCB aborden bien estos desafíos, considera asociarte con PCBCart. Nos especializamos en ofrecer servicios de fabricación de PCB de calidad que se ajustan a los estándares actuales de garantía y rendimiento. ¡Solicita hoy una cotización gratuita y obtén una base sólida para tu próximo proyecto!

Obtén tu cotización de PCB ahora

Recursos útiles
•Servicio de fabricación de PCB de cobre grueso
•Guía de selección de materiales PCB en PCBCart
•Guía para obtener el precio de fabricación de PCB en segundos
•PCB estándar de alta calidad con más de 20 años de experiencia | PCBCart