Calculadora de Ancho de Pista PCB

¿Cómo se determina el ancho de pista PCB según IPC-2221?

IPC-2221 proporciona fórmulas empíricas para calcular el ancho mínimo de pista requerido para una corriente dada con una elevación de temperatura aceptable. La fórmula calcula primero el área de sección transversal de cobre necesaria y luego la convierte en ancho de pista.

El estándar distingue entre capas externas e internas porque las pistas internas disipan calor menos eficientemente, rodeadas de dieléctrico FR-4. Las pistas internas requieren aproximadamente el doble de área de sección transversal.

La fórmula IPC-2221 es conservadora, derivada de datos empíricos. El IPC-2152 más reciente proporciona modelos térmicos actualizados. Para diseños de alta fiabilidad, se deben aplicar factores de derating adicionales.

Formula: A = (I / (k × ΔT^b))^(1/c) W = A / (T_cu × 1.378) k=0,048, b=0,44, c=0,725 (externa) k=0,024, b=0,44, c=0,725 (interna) A: mils², T_cu: oz/ft²

Ejemplo de cálculo

3A en capa externa con cobre de 1 oz y 10°C de elevación: A = (3 / (0,048 × 10^0,44))^(1/0,725) = 74,2 mils². Ancho = 74,2 / (1,0 × 1,378) = 53,8 mils ≈ 1,37 mm. Ancho mínimo recomendado: 1,4 mm.

Cuándo usar esta calculadora

• Determinación del ancho mínimo de pista para alimentación durante layout de PCB
• Evaluación de reducción de ancho de pista en áreas de alta densidad
• Selección de espesor de cobre según requerimientos de corriente
• Cálculo de caída de voltaje por pulgada de pista

Errores comunes a evitar

• Usar coeficientes de capa externa para trazas internas — internas necesitan ~2x sección transversal
• Ignorar derating de temperatura en ambientes calientes
• Pasar por alto transiciones de vía
• Usar la calculadora para corrientes pulsadas sin ajuste

Cómo interpretar los resultados

• El ancho requerido proviene de la fórmula de IPC-2221 para la corriente elegida y el aumento de temperatura permitido; las capas internas necesitan pistas más anchas porque disipan el calor con menos eficacia que las externas.
• El cobre más grueso (2 oz frente a 1 oz) conduce la misma corriente en una pista más estrecha, intercambiando coste de placa por densidad de enrutado.
• La resistencia, la caída de tensión y la pérdida de potencia se dan por pulgada; multiplique por la longitud real de la pista para obtener la caída total, que importa más en la distribución de potencia y de masa.
• Si el ancho calculado no cabe en el canal de enrutado, aumente el aumento de temperatura permitido, incremente el peso del cobre o reparta la corriente entre pistas en paralelo.

Normas y referencias relacionadas

• IPC-2221 — Norma genérica de diseño de PCB
• IPC-2152 — Norma de capacidad de corriente en diseño de PCB
• IPC-2141 — Guía de diseño de circuitos de impedancia controlada

Preguntas frecuentes

¿Por qué las pistas internas deben ser más anchas?

Las pistas internas están embebidas en FR-4 con baja conductividad térmica (k ≈ 0,25 W/m·K). Las externas se benefician de la refrigeración por convección al aire. El coeficiente interno IPC-2221 (k=0,024) es la mitad del externo (k=0,048), requiriendo aproximadamente el doble de sección transversal.

¿Sigue siendo preciso IPC-2221 para diseños modernos?

IPC-2221 es conservador y ampliamente aceptado pero basado en datos de los años 1950. IPC-2152 (2009) proporciona modelos térmicos actualizados. Para cobre grueso (>2 oz) o PCB multicapa, IPC-2152 da resultados más precisos. IPC-2221 sigue siendo un punto de partida seguro para diseños estándar.

¿Cómo afecta el espesor del cobre a los requisitos de ancho de pista?

Cobre más grueso (2 oz, 3 oz) permite pistas más estrechas para la misma corriente. Duplicar de 1 oz a 2 oz reduce aproximadamente a la mitad el ancho requerido, pero aumenta el costo del PCB.