PCB电流承载计算入门：配合对照表使用-育师

PCB电流承载能力设计实战：从查表到可靠布线

你有没有遇到过这种情况？调试一块电源板，满载运行几分钟后，突然发现某根走线上冒出一股焦味——拆下来看，铜箔边缘已经发黑、起泡，甚至局部熔断。问题出在哪？很可能就是那条看似不起眼的PCB走线，默默扛不住持续大电流的“煎熬”。

在现代电子系统中，PCB不仅是电气连接的载体，更是功率传输的“高速公路”。随着设备功率密度越来越高，如何让电流安全通过每一毫米铜箔，已经成为硬件工程师必须掌握的核心技能。

今天我们就来彻底讲清楚一件事：怎么科学地设计PCB走线宽度，让它既能扛住该扛的电流，又不会白白浪费宝贵的布板空间？

为什么走线会发热？根本原因就两个字：电阻

别看铜是良导体，但只要它有长度、有厚度限制，就一定存在电阻。当电流 $I$ 流过一个电阻为 $R$ 的走线时，就会产生焦耳热损耗：

$$
P = I^2 R
$$

这部分能量转化为热量，导致走线温度上升。如果散热跟不上产热速度，温升过高，轻则影响邻近元件性能，重则引发绝缘失效、焊点开裂，甚至烧毁整板。

所以，控制温升，本质上就是在平衡“产热”和“散热”。

而影响这个平衡的关键因素，归结起来有三个：铜厚、走线宽度、温升目标。再加上一张靠谱的PCB线宽与电流对照表，你就能快速做出合理判断。

铜厚：决定你能走多大电流的第一道门槛

我们常说的“1盎司铜”（1 oz），是指在一平方英尺面积上铺了1盎司重的铜，实际厚度约35 μm。常见规格还有0.5 oz、2 oz（70 μm）、3 oz（105 μm）等。

铜越厚，横截面积越大，电阻越小，自然就越能扛电流。

举个例子：
- 同样走线宽度下，2 oz铜的载流能力比1 oz高出约40%以上。
- 对于需要承载5A以上电流的电源路径，使用2 oz或更厚铜已是行业常规操作。

但厚铜也不是随便用的：
- 成本更高，蚀刻难度更大，容易出现侧蚀（sidewall undercut），影响精细布线精度；
- 多层板中可以灵活配置：外层用厚铜走大电流，内层数字信号用标准1 oz，兼顾性能与成本。

✅ 实战建议：
在项目初期就要和PCB厂家确认支持的最大铜厚。某些低端打样厂可能只支持1 oz，而工业级或车规级板子通常要求2~3 oz起步。

走线宽度：空间与载流之间的博弈

走线宽度是你在布局时最直观可调的参数。它和铜厚一起决定了导体的横截面积 $A = \text{宽} \times \text{厚}$。

根据欧姆定律，电阻 $R = \rho L / A$，其中 $\rho$ 是铜的电阻率。显然，面积越大，电阻越小，发热也就越低。

但现实很骨感：板子空间有限，尤其是高密度SMT设计中，走太宽会影响其他信号布线，甚至无法绕过去。

怎么办？

有个实用技巧：外层走线比内层更容易散热！因为外层直接暴露在空气中，可以通过对流和辐射散热；而内层被介质包裹，主要靠传导散热，效率差很多。

因此，在相同条件下，外层走线的载流能力通常是内层的1.8~2倍。这也是为什么大电流路径优先布在外层的原因之一。

温升：你允许走线最高升温多少度？

这是很多人忽略但极其关键的一点：我们不是要杜绝温升，而是要把温升控制在安全范围内。

IPC-2221标准推荐常见的温升限值为：
-10℃：高可靠性场景（如医疗、航天）
-20℃：通用工业产品常用基准
-30℃：消费类电子产品可接受上限

注意：这里的ΔT指的是走线相对于环境温度的升高值。比如环境25℃，允许走线最高到55℃（即ΔT=30℃）。

但别小看这几度差异。研究表明，每升高10℃，PCB材料老化速率大约翻倍（Arrhenius效应）。长期高温运行会显著缩短产品寿命。

⚠️ 坑点提醒：
很多新手只看“能不能通电”，不测温升。结果样机短期测试正常，批量出货后几个月就开始出现虚焊、分层等问题——根源往往就是长期热应力积累。

真正好用的工具：pcb线宽与电流对照表

与其每次手动计算，不如借助一张经过验证的经验数据表。这类表格基于IPC-2221 标准中的经验公式：

$$
I = k \cdot \Delta T^{0.44} \cdot A^{0.725}
$$

其中：
- $I$：最大允许电流（A）
- $\Delta T$：允许温升（℃）
- $A$：横截面积（mil²）
- $k$：常数，外层取0.048，内层取0.024

虽然这不是严格物理模型，但在工程应用中足够准确，已被广泛采纳。

下面这张实用对照表，你可以收藏下来直接参考：

铜厚	走线宽度 (mil)	外层电流 (ΔT=20℃)	内层电流 (ΔT=20℃)
1 oz	10	0.6 A	0.35 A
1 oz	20	1.1 A	0.65 A
1 oz	50	2.5 A	1.4 A
2 oz	50	3.8 A	2.2 A
2 oz	100	6.0 A	3.5 A

数据来源：IPC-2221附录A，经行业长期验证

📌 使用方法很简单：
1. 明确你要走的电流大小；
2. 确定用几盎司铜、走哪一层；
3. 设定允许温升（一般按20℃起步）；
4. 查表找到满足条件的最小宽度。

例如：你要在外层走4A电流，用2 oz铜 → 查表发现100 mil宽度对应6.0A，完全够用；若只能走80 mil，则需实测验证或加散热措施。

实战案例：一条走线差点烧掉整个电源模块

曾经有个客户做一款12V/5A输出的同步整流Buck电源，初始设计用了1 oz铜 + 30 mil走线连接电感到MOSFET。

测试一接负载，不到两分钟，走线附近温度飙升至95℃（环境25℃），ΔT高达70℃！这已经远超安全范围。

查表一看就知道问题出在哪：
- 1 oz铜 + 30 mil → 外层仅能承载约1.8A（ΔT=20℃）
- 实际峰值电流超过6A（含纹波）

解决方案三步走：
1.铜厚升级：改用2 oz铜
2.宽度加粗：走线增至100 mil
3.增强散热：在走线下方打8个⌀0.3mm散热过孔，连接到底层地平面

改进后复测，温升降至38℃，系统稳定运行无异常。

💡 关键启示：不要只盯着“能通电”，更要关注“能否长期可靠运行”。

进阶技巧：不只是查表，还要懂边界条件

1. 多根并行走线 ≠ 电流简单相加

两条50 mil走线，并不能等效于一条100 mil走线。因为它们之间存在互热效应，彼此加热，整体散热效率下降。

建议：并联时保持足够间距（≥3倍线宽），或交替连接形成“蛇形均流”。

2. 高频大电流要考虑趋肤效应

当开关频率高于100 kHz时，电流趋向于集中在导体表面流动，有效截面积减小。

例如：1 MHz下铜的趋肤深度仅约0.066 mm（66 μm），这意味着2 oz铜（70 μm）几乎全部有效，但3 oz以上就有部分“浪费”。

应对策略：
- 提高频率时适当加宽走线；
- 改用扁平带状线结构，增加周长/面积比；
- 或采用多层并联方式分散高频电流。

3. 自动化检查：把规则写进EDA工具

在Altium Designer、KiCad等软件中，可以通过DRC规则设置自动检测高电流网络是否达标。

// KiCad DRC 规则伪代码示例 if (net->current_rating > 1.0A) { double required_width = calculate_min_width( net->current_rating, COPPER_WEIGHT_2OZ, MAX_TEMP_RISE_20C ); if (actual_trace_width < required_width) { report_error("High-current trace too narrow!"); } }

这种机制能在布线阶段就拦截潜在风险，避免后期返工。