大家好,我是老张。
上篇讲了布局的五个铁律。布局做完,接下来就是布线。布线第一个要决定的事:走线多宽?
很多新手画板子,不管什么信号、什么电流,全部用默认的10mil走到底。结果电源线细得像头发丝,大电流一过,线发烫、电压跌落、甚至烧断。另一类人谨慎过度,信号线也走40mil,结果板子根本走不通。
今天这篇只解决一个问题:给定电流,走线该选多宽?文末有一张可打印的速查表,下次画板子直接对着查就行。
目录
一、线宽由什么决定?
二、电流-线宽速查表(1oz铜厚,FR-4,外层走线,温升10℃)
三、线宽不够怎么办?四种方法应对大电流
方法一:用铜皮代替走线
方法二:多条走线并联
方法三:开窗加锡
方法四:多层并联
四、电源走线多宽才够?两个实战案例
案例一:USB供电的STM32板子
案例二:电机驱动板的电源走线
五、画完怎么检查?DRC设对了吗?
六、速查卡(可直接截图保存)
七、线宽检查清单(布线完成后逐条过)
八、本篇总结
一、线宽由什么决定?
线宽选择主要受三个因素制约:
第一,电流承载能力。铜皮有电阻,电流流过就发热。线太细,温升过高,轻则信号不稳,重则烧断走线。这是底线,必须满足。
第二,允许的电压跌落。即使走线不会烧断,电阻也会产生压降。电源走线如果压降太大,到了芯片端电压已经不够了。
第三,制造工艺限制。PCB厂有最小线宽和最小间距的能力。常规工艺最小线宽/间距是6mil,量产能做到4mil。再小要加钱,而且良率下降。
信号线的线宽主要由制造工艺和阻抗要求决定(高速信号才需要算阻抗),电流通常不是瓶颈——一根10mil走线就能承载约1A电流,对于大部分数字信号来说绰绰有余。
电源线的线宽主要由电流决定。这是本文的重点。
二、电流-线宽速查表(1oz铜厚,FR-4,外层走线,温升10℃)
下面这张表是老张根据IPC-2221标准整理的,针对嵌入式最常用的1oz铜厚(35μm)、外层走线、允许温升10℃的情况。
| 电流 | 推荐线宽 | 等效宽度 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 100mA | 10mil | 0.25mm | 默认信号线宽度 |
| 200mA | 10mil | 0.25mm | 默认线宽覆盖 |
| 300mA | 10mil | 0.25mm | 默认线宽覆盖 |
| 500mA | 12~15mil | 0.3~0.4mm | 稍有余量 |
| 1A | 20~25mil | 0.5~0.65mm | 常用电源线 |
| 1.5A | 30~35mil | 0.8~0.9mm | 常用电源线 |
| 2A | 40~50mil | 1.0~1.3mm | 建议用敷铜块 |
| 3A | 60~80mil | 1.5~2.0mm | 强烈建议用敷铜块 |
| 5A | 120~150mil | 3.0~3.8mm | 必须敷铜或多层并联 |
| 10A | 300~400mil | 7.6~10mm | 敷铜+开窗加锡+多层并联 |
使用说明:
表中数据是外层走线(顶层或底层)。内层走线散热差,同样线宽承载电流约为外层的一半。如果你有四层板,内层电源层需要加倍宽度或铜厚。
允许温升10℃是通用的安全设计标准。如果散热条件差(密闭机壳、高温环境),须进一步加宽或降额使用。
铜厚2oz时,同样线宽的载流能力约为1oz的1.5倍,有余力也可以按2倍算,但须留足设计裕量。
如果走线很短(比如小于5mm),电流承载能力会高一些,因为两端焊盘能帮助散热。
信号线选宽经验: 10mil对绝大多数信号来说是最优选择——够细,能穿过QFP封装的引脚间隙,能过单排排针间距;够粗,不易在生产中因蚀刻过度而断开,阻抗稳定。老张习惯整板统一用10mil走信号线,只有碰到BGA或高密度连接器才局部降到8mil或6mil。
三、线宽不够怎么办?四种方法应对大电流
方法一:用铜皮代替走线
走线能画多宽受限于引脚焊盘宽度和过孔尺寸,但铜皮可以铺成任意形状。对于超过2A的电源路径,直接用多边形铜皮连接,或者直接覆铜。铜皮还能顺便帮助散热。
Layout时给大电流路径专门画一块铜皮区域,不要用走线模式硬拉。
方法二:多条走线并联
如果引脚焊盘太窄、一根宽线塞不进去,可以在同一层或不同层画多条线并接,效果等于并联电阻,总载流能力为各条走线之和。注意并联的线必须尽量等长、等宽、路径对称,否则电流不会均匀分配。
方法三:开窗加锡
在铜皮上开窗(去掉阻焊层),露出裸铜,生产时自动上锡。锡层的电阻率比铜高约6倍,但增加了导体截面积,载流能力提升。开窗加锡是大电流路径常用的低成本方案,但不适合精密控制阻抗的高频路径——锡的厚度和形状难以精确控制,会引入阻抗不连续。
方法四:多层并联
四层及以上板可以用两层甚至多层的铜皮共同承担大电流,层间用过孔连接。注意并联层之间的过孔数量要足够——过孔本身也有电阻,过孔不够电流分配会不均匀。
多层并联过孔数量估算:常见0.3mm内径的过孔,单个过孔载流能力约0.5A~1A。如果设计电流3A,至少放4~6个并联过孔连接两层铜皮,且过孔尽量靠近焊盘,减少路径阻抗。
四、电源走线多宽才够?两个实战案例
案例一:USB供电的STM32板子
场景:5V USB供电,经过AMS1117-3.3转成3.3V,整板电流峰值约200mA。
USB 5V总线到1117输入端的走线,峰值电流约200mA,对照速查表10mil即可。但走线长了压降也大,如果5V走线有10cm长,铜厚1oz下10mil走线电阻约50mΩ/cm×10cm=0.5Ω,200mA时压降约100mV。一般可以接受,但如果板上还有其他用电点挂在同一条5V上,建议加粗到20mil降低压降。
3.3V输出给MCU和传感器供电,峰值200mA,走线20mil安全余量大,局部10mil也够用。接地不要走线,直接铺地平面,电流从地平面回流——大铜皮电阻极低,压降和发热可以忽略。
案例二:电机驱动板的电源走线
场景:12V供电,驱动两个直流电机,每个电机峰值1.5A,两个电机同时工作时总电流可达3A。
12V主电源总线到电机驱动芯片的走线,单线载流3A,对照表需要60~80mil。可以用一整块铜皮把电源端子、驱动芯片VIN脚、续流二极管连在一起。地回流同样要重视,驱动芯片的地焊盘直接用铜皮拉到电源地,过孔数量要足够(每个功率地焊盘至少4个0.3mm以上过孔),不要走细线。电机输出到连接器的两根线,各承担1.5A,建议40mil以上。
如果你用双面MOS驱动,瞬时峰值可能远高于持续值,走线应按瞬时峰值选宽。
五、画完怎么检查?DRC设对了吗?
画完PCB以后,不要靠肉眼检查每根走线宽度。在EDA软件里设置设计规则(Design Rules):
为电源网络单独设置最小线宽规则。比如3.3V网络最小15mil,5V网络最小20mil,12V网络最小30mil。
为大电流网络单独设置规则,并打开批量规则检查。
DRC跑完以后,逐个确认报错。有些软件会高亮显示线宽不符规则的走线,看一眼就行。
不要只检查信号线:很多人DRC只看了间距有没有违反,忘了为电源网络配置线宽规则。到了大电流电源网络上,走线跟信号线一样细,DRC却不会报错。
六、速查卡(可直接截图保存)
1oz铜厚外层走线,允许温升10℃:
| 电流 | 最小线宽 |
|---|---|
| ≤300mA | 10mil |
| 500mA | 15mil |
| 1A | 25mil |
| 1.5A | 35mil |
| 2A | 50mil |
| 3A | 80mil |
| 5A | 150mil |
| 10A | 350mil+开窗加锡 |
特殊情况修正:
内层走线:载流能力减半(或线宽加倍)
2oz铜厚:载流能力×1.5~2
短走线(<5mm):载流能力略高
密闭高温环境:降额使用
多条并联:总载流≈各条之和,但要等长等宽
七、线宽检查清单(布线完成后逐条过)
所有电源网络是否设置了最小线宽规则?
主电源路径线宽是否对照速查表检查过?
超过2A的路径是否用了铜皮或多条并联?
内层电源走线是否按外层一半载流能力做了加宽?
DRC是否已经跑过,并且针对电源网络专门校核?
大电流路径上的过孔数量是否足够?
地回流的路径是否也是宽铜皮,不存在细线卡脖子?
八、本篇总结
线宽选多大,不用每次上网搜、不用翻教材。对着速查表,电流对上宽度,直接画。
十条信号线用10mil,500mA电源走15mil,1A走25mil,2A以上直接铺铜皮。大电流铜皮开窗加锡,多层并联过孔要给足。画完DRC里为每个电源网络单独设好线宽规则,跑一遍逐条看。
记住,能用宽线的地方别走细线。多几mil宽度对PCB厂不增加成本,但对你电路的稳定性和发热量,影响是实实在在的。
下篇预告:《晶振Layout规范:下方禁走线、包地屏蔽、负载电容紧贴引脚》——用正确和错误Layout的对比截图,标注每条规范的物理原因,附无源晶振Layout检查清单。
有用的话,收藏一下,下次画板子布线时翻出来对照速查表。评论区说说你因为走线太细出过什么问题,老张帮你分析。