Ancho de pista de PCB
Calcula el ancho mínimo de pista de un PCB para una corriente dada según la fórmula IPC-2221. Introduce la corriente, el incremento de temperatura, el grosor de cobre y el tipo de capa para obtener el ancho en mil y mm.
Dimensiona una pista de cobre para tu corriente
Fórmula del ancho de pista de PCB
Donde:
- \(A\) — área de la sección transversal necesaria de la pista (mil²)
- \(I\) — corriente máxima continua (A)
- \(\Delta T\) — incremento de temperatura admisible sobre la ambiente (°C)
- \(k\) — constante de capa: \(k = 0.048\) para capas externas (refrigeradas por aire), \(k = 0.024\) para capas internas (embebidas)
- \(W\) — ancho mínimo de la pista (mil)
- \(t\) — grosor del cobre (mil; 1 oz/ft² ≈ 1,37 mil ≈ 34,8 µm)
Estas son las curvas generalizadas de la norma IPC-2221 para pistas de cobre. La primera ecuación calcula el área de sección transversal necesaria para que el incremento de temperatura no supere \(\Delta T\); la segunda convierte esa área en un ancho para el grosor de cobre real de tu placa.
Ancho de pista de PCB: ejemplo de cálculo
Ejemplo: una capa externa de cobre de 1 oz/ft² debe conducir 2 A de forma continua con un incremento de temperatura máximo de 10 °C.
\[ k \, \Delta T^{0.44} = 0.048 \times 10^{0.44} \approx 0.1322 \]
\[ A = \left( \frac{2}{0.1322} \right)^{1/0.725} \approx (15.13)^{1.379} \approx 42.4 \text{ mil}^2 \]
\[ W = \frac{42.4}{1.37} \approx 30.9 \text{ mil} \approx 0.786 \text{ mm} \]
Resultado: la pista debe tener al menos 30,9 mil (0,786 mm) de ancho, con una sección transversal de unos 42,4 mil² (0,0273 mm²).
Cómo usar la calculadora de ancho de pista de PCB
- Introduce la corriente (I) que la pista debe conducir de forma continua, en amperios. Usa la corriente máxima en el peor de los casos, no el valor típico.
- Fija el incremento de temperatura (ΔT) que puedes tolerar; lo habitual son 10–20 °C en diseños de propósito general, y menos en placas sensibles o de alta densidad.
- Introduce el grosor de cobre de la capa y elige la unidad: oz/ft² (peso de cobre) o µm. Las capas externas estándar son de 1 oz/ft² ≈ 35 µm.
- Selecciona el tipo de capa: externa (refrigerada por aire) o interna (embebida). Las capas internas disipan el calor con menos eficacia y necesitan pistas más anchas.
- Lee el ancho mínimo de pista en mil y mm, además del área de sección transversal necesaria. El bloque de detalles del cálculo muestra las constantes utilizadas.
Qué es el ancho de pista de un PCB y por qué importa
Una pista de cobre de una placa de circuito impreso es un conductor con resistencia finita. Cuando circula corriente por ella, esa resistencia convierte la potencia eléctrica en calor y la pista se calienta hasta que sus pérdidas de calor compensan el calor generado. Si la pista es demasiado estrecha para la corriente, trabaja caliente: las soldaduras se degradan, los componentes cercanos se calientan, el adhesivo y el laminado pueden decolorarse y, en casos extremos, el propio cobre puede fundirse y abrirse como el filamento de un fusible.
El ancho de pista es, por tanto, una decisión de diseño térmico. Una pista más ancha o más gruesa tiene mayor sección transversal, menos resistencia y mejor reparto del calor, de modo que su temperatura sube menos con la misma corriente. La norma IPC-2221 generalizó décadas de datos de ensayo en un par de curvas que relacionan corriente, incremento de temperatura y sección transversal: las fórmulas que implementa esta calculadora. Para la misma sección transversal, duplicar el grosor del cobre reduce a la mitad el ancho necesario, y por eso las placas de alta corriente suelen especificar cobre de 2 oz o más en lugar de pistas extremadamente anchas.
El resultado es un ancho mínimo, no un objetivo. En la práctica conviene redondear hacia arriba al siguiente ancho disponible en la lista de pistas de tu herramienta de CAD y dejar margen para las tolerancias de fabricación. Ten en cuenta que el ancho de pista también afecta a las pistas de impedancia controlada: si la pista transporta señales de alta velocidad, su ancho puede venir impuesto por los requisitos de impedancia y no por la corriente, así que conviene verificar ambas restricciones. En cuanto a la caída de tensión, la resistencia de la pista obedece la ley de Ohm: una pista larga y delgada que conduzca amperios puede perder una cantidad sorprendente de tensión a lo largo de su recorrido.
Supuestos y limitaciones
- Base empírica de IPC-2221: las fórmulas son un ajuste de curva sobre datos de ensayo, con una precisión de aproximadamente ±10–20% en las condiciones de las pruebas originales. Toma el resultado como una referencia, no como una garantía.
- Corriente en régimen permanente: el cálculo asume corriente continua o eficaz constante. Los pulsos cortos y los picos transitorios pueden circular por pistas mucho más estrechas, porque la masa térmica del cobre limita el incremento de temperatura; para cargas pulsadas se necesita un análisis transitorio aparte.
- Pista aislada: el modelo asume una única pista a temperatura uniforme. Los planos y zonas de relleno de cobre, los componentes calientes adyacentes, la refrigeración forzada y las placas apiladas o cerradas modifican el incremento de temperatura real, normalmente en dirección desfavorable para los diseños densos.
- Incremento de 10 °C frente a 20 °C: el valor de ΔT que elijas es una compensación. Un ΔT menor alarga la vida de la placa y mantiene los componentes más fríos, pero exige pistas notablemente más anchas; 10 °C es conservador y 20 °C es habitual en diseños sensibles al coste.
- Vías y pads: la corriente también tiene que atravesar las vías. Una vía tiene una sección transversal limitada en su barril de cobre; en caminos de alta corriente, comprueba por separado la capacidad de la vía o usa varias vías en paralelo.
- Problemas de dimensionado relacionados: si sacas la corriente de la placa a través de cables, la calculadora de calibre de cable cubre el lado del conductor, y la calculadora de diafonía en microcinta de PCB trata la separación entre pistas vecinas.
Referencia de grosor de cobre
| Peso de cobre | Grosor (µm) | Grosor (mil) |
|---|---|---|
| 0,5 oz/ft² | 17,4 | 0,68 |
| 1 oz/ft² | 34,8 | 1,37 |
| 2 oz/ft² | 69,6 | 2,74 |
| 3 oz/ft² | 104,4 | 4,11 |
| 4 oz/ft² | 139,2 | 5,48 |
La mayoría de los PCB estándar usan 1 oz/ft² en las capas externas y 0,5 o 1 oz/ft² en las internas. Introducir el grosor correcto es esencial: una capa de 0,5 oz necesita el doble de ancho que una de 1 oz para la misma corriente.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula a mano el ancho de una pista de PCB?
Con las fórmulas de IPC-2221. Primero halla el área de sección transversal necesaria: \(A = (I / (k \, \Delta T^{0.44}))^{1/0.725}\), con \(k = 0.048\) para capas externas o \(k = 0.024\) para capas internas. Después divídela entre el grosor del cobre en mil para obtener el ancho en mil: \(W = A / t\). Por ejemplo, 3 A en una capa externa de 1 oz/ft² con un incremento de 10 °C requieren unos 82 mil² de cobre, lo que da aproximadamente 60 mil (1,5 mm).
¿Qué ancho de pista necesito para corrientes habituales como 1 A, 3 A o 10 A?
Para una capa externa de 1 oz/ft² con un incremento de temperatura de 10 °C: 1 A requiere unos 15 mil (0,38 mm), 3 A unos 60 mil (1,5 mm) y 10 A unos 180 mil (4,6 mm). Las capas internas necesitan aproximadamente el doble de ancho, porque el calor no puede escapar al aire en movimiento. Comprueba siempre los valores con tu peso de cobre y tu incremento de temperatura exactos: estos números cambian bastante con ambos.
¿Qué incremento de temperatura se considera normal o seguro en una pista de PCB?
Un incremento de 10 °C sobre la temperatura ambiente es la opción conservadora y el estándar en placas de larga vida o alta densidad. 20 °C es habitual en productos de consumo sensibles al coste, y en diseños de alta potencia llegan a verse 30–40 °C cuando los componentes circundantes toleran ese calor. El incremento que permitas es una compensación: un ΔT menor implica placas más frías y fiables, pero pistas notablemente más anchas. Recuerda que IPC-2221 asume un ambiente de 25 °C; resta tu temperatura ambiente real si diseñas para un recinto caluroso.
¿Cómo se convierten oz/ft², µm y mil para el grosor del cobre?
El peso de cobre equivale al siguiente grosor: 0,5 oz/ft² ≈ 17,4 µm ≈ 0,68 mil, 1 oz/ft² ≈ 34,8 µm ≈ 1,37 mil y 2 oz/ft² ≈ 69,6 µm ≈ 2,74 mil. Recuerda que 1 mil = 25,4 µm = 0,0254 mm. Ten en cuenta que el cobre acabado de las capas externas incluye el recubrimiento electrolítico, así que una capa externa acabada en 1 oz suele ser más gruesa que el foil base: usa el grosor acabado para mayor precisión.
¿Por qué una capa interna necesita una pista más ancha que una capa externa?
Las pistas internas están embebidas en laminado FR-4, que conduce el calor mucho peor que el aire con convección. Como la constante interna de IPC-2221, \(k = 0.024\), es la mitad del valor externo de 0,048, una pista interna necesita aproximadamente el doble de sección transversal —y por tanto casi el doble de ancho— para la misma corriente e incremento de temperatura. Por eso el rutado de alta corriente suele llevarse a las capas externas o resolverse con zonas de relleno de cobre en los planos internos.
¿Sirve IPC-2221 para pulsos de corriente cortos y picos transitorios?
No. Las curvas de IPC-2221 asumen corriente continua en régimen permanente. Los pulsos cortos —arranques de motores, carga de condensadores, corrientes de fallo breves— pueden circular por pistas mucho más estrechas, porque la masa térmica del cobre absorbe la energía antes de que la pista se caliente. Para pulsos de menos de un segundo aproximadamente se necesita un análisis térmico transitorio (o una calculadora específica de corriente de pulso); IPC-2221 simplemente sobreestimaría el ancho necesario.
¿Cuáles son los errores más comunes al dimensionar pistas de PCB?
Los fallos más frecuentes son: usar la corriente típica en lugar de la máxima en el peor caso; introducir el peso de cobre base en vez del grosor acabado; olvidar que las capas internas necesitan aproximadamente el doble de ancho; ignorar la caída de tensión en pistas largas —la resistencia se acumula y puede dejar sin tensión suficiente a la carga—; y olvidarse de las vías, cuyos barriles estrechos suelen limitar más los caminos de alta corriente que la propia pista. Además, redondea siempre el ancho calculado hacia arriba, nunca hacia abajo, para cubrir la precisión de ±10–20% del ajuste de curva de IPC-2221.