Pourquoi la largeur des pistes de circuits imprimés est-elle importante ? Le calcul de la taille des pistes de circuits imprimés est un élément fondamental du routage des circuits imprimés. La largeur des pistes complexes a un impact direct sur les performances, la fiabilité et la sécurité du circuit. C’est pourquoi les concepteurs de circuits imprimés se basent sur les normes industrielles professionnelles pour calculer la largeur des pistes. Parmi elles, les normes IPC sont les plus utilisées. Dans cet article, nous vous expliquerons comment calculer la largeur de piste d’un PCB en nous basant sur deux normes IPC majeures (IPC-2221 et IPC-2152) et vous expliquerons comment choisir entre elles.
Qu’est-ce que la norme IPC ?
Les normes IPC sont un ensemble de directives reconnues par l’industrie et élaborées par l’IPC (Institute of Printed Circuits), une association professionnelle mondiale de l’industrie électronique. Ces normes sont utilisées pour la conception et la fabrication d’équipements électroniques et de circuits imprimés afin de garantir la qualité, la fiabilité et la cohérence des produits. Le respect de ces normes permet de réduire les écarts de communication entre concepteurs et fabricants.
En matière de conception de circuits imprimés, les normes IPC-2221 et IPC-2152 constituent deux normes majeures qui fournissent un cadre pour la conception de circuits imprimés fiables et sûrs. Elles sont largement reconnues dans l’industrie électronique et servent de référence aux concepteurs et ingénieurs en circuits imprimés.
Comment calculer la largeur de piste d’un PCB en fonction de l’utilisation de l’IPC 2221 ?
La norme IPC 2221 est un guide industriel pour la conception de circuits imprimés génériques. Elle aide les concepteurs à déterminer rapidement la largeur de piste nécessaire pour acheminer le courant en toute sécurité. La norme IPC-2221 définit la relation courant-température à l’aide d’une formule permettant de calculer la section transversale et la largeur de piste.
Formule empirique IPC 2221 :
Réorganisez la formule pour obtenir la formule de la section transversale (A) :
Couvrir A pour tracer la largeur en fonction de :
A = Largeur de trace (W) × Épaisseur du cuivre (T)
Ainsi, la formule de base de la largeur de trace (W) devrait être :
I = Courant en ampères
ΔT = Augmentation de température autorisée en °C
A = Section transversale de la trace (mil²)
k, b, c = constantes qui diffèrent pour les couches internes et externes
| Type de trace | k | b | c |
| Externe | 0,048 | 0,44 | 0,725 |
| Interne | 0,024 | 0,44 | 0,725 |
Il est important de conserver une unité cohérente. Si la section transversale est mesurée en millièmes de pouce, utilisez-les pour la largeur et l’épaisseur de la trace. L’épaisseur du chemin est généralement mesurée par son poids, avec une unité en oz/pi².
1 oz/pi² de cuivre ≈ 1,37 mil ≈ 35 µm
1 mil = 0,0254 mm
Rassembler les paramètres
Mesurez le courant maximal (I) que la piste peut supporter. Un courant plus élevé nécessite des pistes plus larges pour éviter la surchauffe. Le courant nominal maximal dépend du matériau du conducteur (le cuivre a une résistivité inférieure à celle de l’aluminium, ce qui signifie une capacité de courant plus élevée), de la section (un conducteur plus épais signifie une résistance plus faible et une capacité de courant plus élevée), des conditions de refroidissement (réduction de l’échauffement) et d’autres facteurs clés.
Le ΔT est la température autorisée à s’élever au-dessus du milieu ambiant, ce qui permet de définir une limite de sécurité. L’élévation de température du béton dépend de plusieurs facteurs, notamment les exigences spécifiques de l’application, les matériaux traces, l’environnement ouvert ou fermé et l’épaisseur du cuivre. Le choix du ΔT varie généralement de 10 °C à 40 °C, selon les exigences spécifiques. 10 °C est la valeur la plus courante pour les circuits imprimés à usage général.
L’épaisseur du cuivre a un impact direct sur la résistance de la piste et la capacité de courant. Selon la formule R=ρL/A (ρ (résistivité du cuivre = 1,68×10−8 Ω⋅m1,68×10−8Ω⋅m.), L = longueur du conducteur, A (section transversale = largeur × épaisseur), un cuivre plus épais signifie une résistance plus faible et une capacité de courant plus élevée. Les épaisseurs de cuivre courantes des PCB sont de 0,5 oz, 1 oz, 2 oz, 3 oz, et plus.
Exemple réaliste
Si vous choisissez les paramètres suivants pour la calculatrice IPC-2221 :
Courant (I) : 2A
Augmentation de la température (ΔT) : 10℃
Épaisseur du cuivre (T) : 1 oz (1,37 mil)
Couche de trace : externe
Section transversale :
Largeur de trace:
W= 150 mil²/1,37 mils≈110 mils(≈2,8 mm)
Ici, la formule de calcul de la largeur de piste, basée sur la norme IPC 2221, prend uniquement en compte les paramètres de section (épaisseur du cuivre), de courant et d’échauffement. Le calcul de la largeur de piste peut être précisé en fonction de divers facteurs importants, tels que la résistivité, les vias, les paires différentielles ou les conceptions haute densité. La formule de calcul de la largeur de piste varie selon les facteurs.
Comment calculer la largeur de piste d’un PCB en fonction de l’utilisation de l’IPC 2152 ?
L’IPC 2152, également appelée « Norme pour la détermination de la capacité de transport de courant dans la conception de circuits imprimés », est une norme industrielle complète. Elle fournit des lignes directrices pour le calcul de la largeur des pistes en fonction du courant, de l’échauffement admissible, du poids du cuivre et de l’environnement du circuit imprimé, comme les conditions internes ou externes de la piste et de la circulation d’air.
Choisissez le graphique IPC 2152 approprié pour déterminer la section transversale ou la largeur de trace précise en fonction des paramètres confirmés. L’IPC 2152 contient des familles de courbes : axe des X : section transversale/largeur de trace (mils ou mm) ; axe des Y : courant (A) ; courbes : différentes élévations de température. Localisez les paramètres sur le graphique et lisez la section transversale de la trace, puis calculez la largeur de trace selon la formule W = A/T. Assurez-vous que A et T sont dans les mêmes unités (mil² et mils, ou mm² et mm) lors de la conversion.
Les graphiques clés sont les figures 4-1 et 4-2, ainsi que d’autres graphiques pour différents poids de cuivre. La figure 4-1 est utilisée pour les couches externes offrant une meilleure dissipation thermique, tandis que la figure 4-2 est utilisée pour les couches internes offrant une moins bonne dissipation thermique.
Comment accéder aux cartes IPC-2152 faisant autorité ? La source la plus fiable est l’achat de la norme officielle IPC-2152, protégée par le droit d’auteur, sur le site web de l’IPC. Ce document fournit des cartes détaillées et des directives pour confirmer la section transversale et la largeur des traces.
IPC 2221 VS IPC 2152 : lequel utiliser ?
La norme IPC 2221, publiée en 2003, est plus ancienne que la norme IPC 2152 de 2009. Elle s’appuie sur des courbes empiriques réalisées en laboratoire sur des cartes simples. Elle traite donc toujours de conceptions de circuits imprimés simples, mais n’est pas adaptée aux cartes haute densité ni aux situations thermiques complexes. En revanche, la norme IPC 2152 est plus avancée, basée sur des tests empiriques approfondis. Elle permet donc de répondre aux besoins modernes et plus précis en matière de circuits imprimés grâce à des données expérimentales et des simulations, comme pour les circuits imprimés à courant élevé (pilotes de moteur).
En ce qui concerne la précision, la norme IPC 2221 ne fournit qu’une formule de base pour la largeur de piste basée sur le courant et l’augmentation de température, ce qui conduit à un résultat plus prudent. La norme IPC 2152 est plus détaillée et prend en compte davantage de facteurs réels, tels que la disposition des pistes et la température ambiante, ce qui permet des calculs plus précis.
Concernant l’échauffement, la norme IPC 2221 traite linéairement l’échauffement, un seul paramètre étant pris en compte dans l’échauffement admissible. Cependant, la norme IPC 2152 prend en compte de multiples facteurs pouvant influencer l’échauffement, tels que les matériaux des traces, le nombre de couches, l’épaisseur du cuivre, la température ambiante réelle, etc. Cela permet d’obtenir un résultat plus précis et généralement plus fin en termes de largeur de trace.
| Fonctionnalité | IPC-2221 | IPC-2152 |
| Formule | I = k * (ΔT)^b * A^c | Graphiques et calculateurs détaillés basés sur des données et des simulations |
| But | Conception générale de circuits imprimés, calcul simple de la largeur des traces | Conception de PCB moderne et détaillée, largeur de piste et intensité précises |
| Base | Formule empirique issue de tests en laboratoire | Données expérimentales + simulation thermique |
| Augmentation de la température | ΔT unique pour la montée autorisée | Prend en compte la conduction thermique, l’environnement ambiant et les effets multicouches |
| Localisation des traces | Interne vs Externe (facteur simple) | Interne, externe, plus profondeur de couche, distribution du cuivre, effets de proximité |
| Précision | Conservateur, peut surdimensionner les traces | Précis, optimisé pour les conditions réelles |
| Cas d’utilisation | Des cartes simples, une conception précoce | Cartes professionnelles multicouches, denses et à courant élevé |
| Conditions ambiantes | Considération limitée | Différentes conditions ambiantes |
Conclusion
Vous devez désormais maîtriser le calcul de la largeur de piste d’un PCB selon les normes IPC-2221 et IPC-2152. Le calculateur IPC-2221 propose une méthode simplifiée basée sur des formules pour des résultats de largeur de piste prudents, pratiques pour les circuits imprimés simples. L’IPC-2152 propose une méthode plus détaillée et avancée, basée sur des tests réalistes, pour des résultats plus précis et modernes. La compréhension de ces deux normes vous offre une flexibilité pour concevoir des circuits imprimés en toute confiance.
MOKOPCB met en avant ces considérations de conception de piste de circuits imprimés et fabrique des circuits imprimés de haute précision grâce à des capacités de fabrication avancées. Contactez-nous ; notre équipe s’assurera que chaque carte offre les meilleures performances pour vos projets.
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