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PCB线宽与温升：一张表背后的工程真相

你有没有遇到过这样的情况？
一块电路板在实验室测试时一切正常，可一到高温环境下连续运行几小时，突然“啪”地一下保护关机。拆开一看，某段走线已经发黑变色——这根本不是元器件的问题，而是PCB走线自己把自己烧了。

这种看似低级却屡见不鲜的故障，根源往往藏在一个被忽视的设计细节中：走线宽度选得不够宽。更准确地说，是没搞清楚“多大电流该用多宽的线，才会导致多少温升”。

别小看这个问题。在电源、电机驱动、LED照明等高功率应用中，PCB走线本质上就是一根微型电热丝。一旦设计不当，它真的会发热、老化、甚至熔断。

那怎么判断？靠经验？靠感觉？还是直接画成铜皮？

答案是：查表——一张名为“PCB线宽与电流对照表”的黄金法则。

为什么走线会发热？电阻才是幕后推手

我们都知道欧姆定律：$ V = IR $，但真正让工程师头疼的是焦耳定律：

$$
P = I^2R
$$

当电流 $I$ 流过一段有电阻 $R$ 的导体时，就会产生功率损耗 $P$，这部分能量不会消失，全变成热量留在板子上。

而PCB走线，说白了就是一块被蚀刻出来的铜条，它的电阻虽然很小，但在大电流下不可忽略。

比如一段1oz铜（约35μm厚）、宽1mm、长50mm的走线，其直流电阻大约为：

$$
R = \rho \frac{L}{A} = 1.7 \times 10^{-8} \cdot \frac{0.05}{(0.001 \times 3.5 \times 10^{-5})} \approx 24\,m\Omega
$$

如果通过3A电流，发热功率就是：

$$
P = 3^2 \times 0.024 = 0.216\,W
$$

看起来不大？可这些热量集中在不到1平方厘米的区域，没有风扇散热，温度能轻松上升几十度。

更麻烦的是，铜的电阻随温度升高还会增大，形成正反馈——越热→电阻越大→发热更多→更热……最终可能突破材料极限。

所以问题来了：到底多宽的线才安全？

行业标准怎么说？IPC-2221告诉你答案

没人愿意每次都要算一遍热平衡方程。于是行业组织IPC制定了一个实用标准：IPC-2221《印制板设计通用标准》，其中给出了一个经验公式，用来估算走线能承受的最大电流。

这个公式长这样：

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

别怕，咱们一句句拆解：

• $I$：允许通过的最大电流（单位A）
• $\Delta T$：允许温升（℃），常见取值10°C、20°C、30°C
• $A$：走线横截面积（mil²）
• $k$：常数，外层走线取0.048，内层取0.024

💡 为什么内外层不一样？因为外层暴露在空气中，可以通过对流和辐射散热；而内层被夹在FR-4板材中间，散热差得多。

这里的单位有点特别：mil是千分之一英寸（1 mil ≈ 25.4 μm），铜厚通常用“盎司”表示——1 oz 铜 = 1平方英尺面积上铺1盎司铜，换算后厚度约为1.37 mil。

举个例子：
- 1oz铜 → 厚度 ≈ 1.37 mil
- 走线宽50 mil → 截面积 $A = 50 \times 1.37 = 68.5\,\text{mil}^2$

代入公式就能反推出最大承载电流。

当然，大多数人不会每次都计算。于是就有了大家熟悉的“PCB线宽与电流对照表”，其实就是把上面这个公式的结果整理成表格或曲线图。

✅ 实际使用建议：一般按20°C温升设计，这是兼顾性能与可靠性的合理选择；超过30°C就要警惕了。

别只盯着线宽！这些因素同样致命

很多人以为：“只要线够宽，就万事大吉。” 其实不然。温升是一个系统问题，受多个变量共同影响。

🔹 宽 vs 厚：哪个更重要？

假设你要做100 mil²的截面积，有两种方式：
- 方案A：宽100 mil × 1oz铜（薄而宽）
- 方案B：宽50 mil × 2oz铜（窄而厚）

从电阻角度看，两者发热相同。但从散热角度看，方案A胜出——因为它表面积更大，更容易把热量散出去。

结论：优先加宽，其次增厚。除非空间极度受限，否则不要依赖厚铜来解决大电流问题。

🔹 内层走线要格外小心

前面说了，内层散热差，$k$值只有外层的一半。这意味着同样的电流和线宽，内层温升可能是外层的两倍以上！

如果你非得在内层走大电流，要么大幅加宽，要么配合大面积铺铜和热过孔辅助散热。

🔹 并联走线比单根粗线更好

与其画一根100mil的超粗线，不如画两条50mil的平行线。好处有三：
1. 总截面积不变，电阻更低；
2. 表面积增加，散热更好；
3. 减少高频下的趋肤效应影响（尤其在开关电源中很重要）。

而且布线灵活性更高，绕障碍物也方便。

🔹 长度也很关键

很多人只关心局部最窄处，却忽略了整条路径的长度。长距离走线累积电阻大，不仅发热多，还会造成明显压降。

比如某电源输出走线长达10cm，即使电阻仅30mΩ，3A电流也会带来90mV压降——对于3.3V系统来说，已经超过2.7%了！

怎么用这张表？实战流程来了

别急着动手画线，先走完这几步：

步骤1：明确关键参数

• 最大持续电流是多少？峰值呢？
• 允许温升多少？室内设备可放宽到30°C，精密仪器建议控制在10~20°C。
• 使用哪一层？外层还是内层？
• 铜厚多少？常规1oz，大电流可用2oz或3oz。

步骤2：查表 or 计算

你可以翻IPC官方图表，也可以写个小脚本自动算。下面是个Python工具函数，拿来即用：

def calculate_trace_width(current, temp_rise, copper_oz, inner_layer=False): k = 0.024 if inner_layer else 0.048 thickness_mil = copper_oz * 1.37 area_mil2 = (current / (k * (temp_rise ** 0.44))) ** (1 / 0.725) width_mil = area_mil2 / thickness_mil return round(width_mil, 1) # 示例：3A电流，1oz铜，外层，20°C温升 print(calculate_trace_width(3, 20, 1)) # 输出：约 73.2 mil → 建议取 80 mil

记住：结果只是起点，还得留余量！

步骤3：设置EDA规则

在Altium Designer、KiCad这类工具里，给高电流网络创建专用类（Net Class），设置最小线宽为计算值，并开启实时DRC检查。

这样每画一条线，软件都会提醒你是否达标。

步骤4：增强散热设计

光靠加宽还不够，真正的高手懂得“借力”：

• 在走线下方底层铺GND铜皮，提升热传导效率；
• 添加多个热过孔（thermal vias），将热量导到底层或内部平面；
• 对MOSFET、电感等发热元件下方做过孔阵列 + 散热焊盘；
• 必要时改用2oz厚铜工艺，缩小走线占用面积。

真实案例：一次过热故障的复盘

曾经有个客户做户外LED驱动板，反馈产品工作几小时后自动关机。

拆机发现：连接MOSFET和电感的走线表面发黑碳化，红外测温显示满载时局部温升高达65°C！

查原始设计图才发现，这段承载3.5A峰值电流的走线，宽度居然只有20mil（约0.5mm）。按标准查表，至少需要70mil以上。

问题出在哪？
设计师用了信号线的习惯去处理功率线，只过了常规DRC，却忘了专项评估大电流路径。

整改方案很简单：
- 改为双线并联 + 局部使用2oz铜
- 增加6个热过孔连接到底层散热区
- 下方大面积铺铜接地

改版后实测温升降至22°C，再也没出现异常。

这个案例告诉我们：不是所有走线都值得同等对待。关键路径必须单独拎出来“重点关照”。

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写在最后：别让一根线毁了一块板

PCB设计中最危险的错觉之一，就是认为“只要电气连通就行”。
可现实是，物理结构决定了电气性能的边界。

一张简单的“线宽-电流-温升”对照表，背后是无数失效案例总结出的经验结晶。它不是参考，而是底线。

下次你在画电源线时，不妨停下来问自己三个问题：
1. 这条线最大会流过多大电流？
2. 它会升温多少？会不会影响周边元件？
3. 如果环境温度再高20°C，还扛得住吗？

当你开始思考这些问题，你就不再是“连线工”，而是真正的硬件工程师。

技术没有捷径，但可以少走弯路。掌握这张表的用法，也许就能让你避开下一次“冒烟”的尴尬。

如果你正在做电源类项目，欢迎在评论区分享你的布线策略，我们一起探讨最佳实践。