一、PCB走线载流的基础原理

PCB板上的铜线负责导通电流，其本质上是一种电阻性导体。当有电流通过时，根据焦耳定律，导线会产生热量：

P = I² × R

其中，P 为热功率，I 为电流，R 为线宽对应的电阻。

关键因素：

• 铜箔厚度（常见有 1oz、2oz、3oz 等）

• 线宽（mm或mil）

• 电流大小

• 工作环境温度

• 散热条件

设计时需保证走线在允许的温升范围内工作（通常不超过10°C~20°C升温），以确保安全可靠。

二、PCB线宽与电流计算的常用标准

1. IPC-2221 标准推荐

IPC-2221 是国际通用的PCB设计标准，其中提供了导线宽度与载流能力的经验公式：

外层走线经验公式：

ini复制编辑I = 0.048 × (ΔT^0.44) × (A^0.725)

内层走线经验公式：

ini复制编辑I = 0.024 × (ΔT^0.44) × (A^0.725)

其中：

• I：电流（A）

• ΔT：温升（通常取10~20°C）

• A：导体截面积（mil²）= 线宽 × 铜厚度

示例换算：

• 1 oz 铜厚 ≈ 35μm ≈ 1.378 mil

• 100 mil = 2.54 mm

2. 在线线宽计算工具

除了手工计算，也可借助工具如：

• Saturn PCB Toolkit

• EEWeb Trace Width Calculator

• Altium Designer 内置计算器

这些工具可以根据电流、电压降、温升等快速推荐合适线宽。

三、常用铜厚与线宽对应电流参考表（IPC-2221简化）

四、影响PCB载流能力的其他因素

1. 铜箔厚度

• 铜厚越大，载流能力越强。

• 常规有 0.5oz、1oz、2oz、3oz；特种电源板甚至用到 6oz。

2. 导线长度

• 线越长，总电阻越大，导致压降和热量增加。

• 高频信号布线需考虑传输线效应与阻抗匹配。

3. 走线方式（内层/外层）

• 外层可通过空气散热，内层包裹在板中，散热条件差，温升高。

4. 散热设计

• 增加散热孔、铺铜、热导胶、背面接地可降低温升。

5. 工作频率

• 高频时出现集肤效应，有效导电面积减少，对载流能力不利。

五、工程实用建议与注意事项

1. 安全冗余设计

• 推荐留出 20%~50%安全裕度，避免满载运行。

• 尤其是电源模块、MOSFET输出等高电流区域。

2. 宽线优于多线

• 尽量采用加宽铜线，而不是多条细线并联，避免电流不均。

3. 电流分布均匀

• 尽量让电流路径对称，防止局部发热。

4. 关键走线应短、粗、直

• 减少能量损耗与噪声影响，提升系统稳定性。

5. 大电流区域采用灌铜（Pour Copper）

• 铺铜层能够大幅提升载流能力，并利于散热。

六、典型应用案例分析

案例1：3A DC电源输出布线设计

• 条件：电源输出3A，铜厚1oz，环境温升容许20°C

• 计算推荐：外层线宽约需 0.5 mm（按IPC-2221公式）

• 实际设计：使用 0.8 mm 并辅以铺铜处理，提高可靠性

案例2：5V@6A USB-PD大电流路径

• 条件：USB PD接口输出6A，铜厚2oz

• 推荐外层线宽：≥1.2 mm，内层建议避开电流路径

• 增强措施：铜箔加厚 + 双面铺铜 + 多过孔导通

七、总结：科学计算是高可靠PCB的前提

在实际PCB设计中，电流承载能力的准确评估与合理线宽设计是保障产品安全、稳定、可靠运行的关键因素之一。通过IPC标准指导、合理计算及工程经验优化，设计人员可以有效防止电流超载、板层烧毁等潜在风险。

无论是传统DC电源、开关电源模块，还是高速差分信号与射频电路，理解“电流—线宽”之间的关系，都是合格工程师不可或缺的基础能力。