Informe a corrente e o aquecimento aceitável: a calculadora mostra a largura de trilha pelo método IPC-2221 e pelo modelo Brooks–Adam, e a placa abaixo acompanha cada ajuste.
| Grandeza | IPC-2221 | Brooks–Adam |
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Informe a corrente que a trilha precisa conduzir e o aquecimento que você aceita. A ferramenta devolve a largura necessária por dois modelos diferentes, lado a lado — porque eles não concordam entre si, e entender onde divergem é mais útil que confiar em um número isolado.
- O que esta calculadora faz
- Como utilizar
- IPC-2221 e IPC-2152
- Por que os resultados divergem
- Corrente, largura, cobre e temperatura
- Limitações do cálculo
- Capacidade de fabricação
O que esta calculadora faz
Ela responde a uma pergunta de dimensionamento: dada uma corrente contínua e um aquecimento aceitável acima do ambiente, que largura a trilha precisa ter. A partir da largura, calcula também a seção de cobre, a resistência, a queda de tensão e a potência dissipada ao longo do comprimento informado.
O que ela não faz é prever a temperatura da sua placa. Os dois modelos descrevem uma trilha isolada sobre uma placa de ensaio, sem planos de cobre, sem componentes ao lado e sem circulação forçada de ar. Uma placa real é sempre diferente disso, e a construção efetiva pode alterar o comportamento térmico de forma significativa, em qualquer das duas direções.
Nenhuma margem de segurança é aplicada aos números. O que aparece é o resultado direto de cada modelo. Se você quiser trabalhar com folga, aplique a sua própria margem de forma explícita.
Como utilizar
- Corrente. A corrente contínua que a trilha vai conduzir em regime permanente, não o pico transitório.
- Espessura do cobre. A espessura acabada do condutor. Se você especifica cobre base, lembre que os processos de metalização acrescentam material nas camadas externas.
- ΔT. Quanto você aceita que a trilha aqueça acima do ambiente. Valores entre 10 e 20 °C são escolhas comuns em projeto conservador; 40 °C ou mais aparece em aplicações onde o aquecimento local foi avaliado.
- Temperatura ambiente. Ela não muda a largura. Serve para estimar a temperatura de operação e corrigir a resistência, que cresce com o aquecimento.
- Comprimento. Não entra no cálculo da largura em nenhum dos dois modelos. Entra na resistência, na queda de tensão e na potência dissipada.
- Posição do condutor. Camada externa ou interna. É aqui que os dois modelos mais divergem, pelo motivo explicado adiante.
Os resultados aparecem enquanto você digita. Quando o modelo Brooks–Adam não tiver coeficiente publicado para a combinação escolhida, ele informa a indisponibilidade em vez de estimar por aproximação.
IPC-2221 e IPC-2152
O método tradicional vem da IPC-2221 e é o que quase toda calculadora rápida usa. É uma equação fechada que relaciona corrente, área da seção do condutor e elevação de temperatura, ajustada sobre ensaios cuja origem remonta à década de 1950. A vantagem é a simplicidade e décadas de uso; a limitação é a origem dos dados.
A IPC-2152 é a norma desenvolvida especificamente para determinação de capacidade de condução de corrente, a partir de um estudo bem mais controlado. Ela não publica equação: apresenta os resultados em conjuntos de gráficos, com fatores de correção para espessura da placa, material, proximidade de planos e outras variáveis.
O segundo resultado desta página vem do modelo Brooks–Adam, um trabalho publicado em 2015 que ajustou equações aos dados da IPC-2152 e as confrontou com simulação térmica tridimensional independente, construída em separado, que chegou aos mesmos valores.
O contexto de projeto — seção de cobre, elevação de temperatura e redução para trilhas internas — está no capítulo Impedância, alta frequência e corrente do Guia Profissional.
Por que os resultados divergem
O que os autores afirmam
A diferença maior está na camada interna, e tem explicação histórica. Segundo Brooks e Adam, as curvas de camada interna da norma antiga não vieram de ensaio: foram obtidas dividindo por dois as curvas de camada externa, na expectativa de que uma trilha enterrada esfriasse pior que uma exposta ao ar. Os dados da IPC-2152 mostraram o contrário — a trilha interna esfria tão bem quanto ou melhor, porque o material da placa conduz calor para longe melhor que o ar. Os autores identificam essa como a suposição que os pesquisadores originais erraram. Para trilhas externas, eles descrevem o resultado como evolutivo; para as internas, como uma mudança de fundo.
O que decorre da comparação numérica
Comparando os dois modelos ponto a ponto, em camada interna o modelo Brooks–Adam devolve larguras bem menores que a IPC-2221 — de um quarto a três quartos, conforme a corrente e a espessura. A direção é a mesma em toda a faixa; a magnitude varia bastante.
Em camada externa não há resposta única. Abaixo de aproximadamente 1 a 2 A, com o limite dependendo da espessura e do ΔT, o modelo Brooks–Adam pede trilha mais estreita que a IPC-2221. Acima disso, pede mais larga, e a diferença cresce com a corrente. Não existe percentual fixo entre os dois métodos, porque as duas equações têm formas matemáticas diferentes: a IPC-2221 trabalha com a área da seção elevada a um expoente único, enquanto o modelo Brooks–Adam usa expoentes distintos para largura e espessura.
Essa última diferença tem uma consequência prática: duas trilhas de mesma seção transversal, uma larga e fina, outra estreita e grossa, não aquecem igual. A forma importa, não só a área.
Como interpretar isso em projeto
Nenhum dos dois é o certo e o outro o errado. A IPC-2221 é a metodologia tradicional e amplamente utilizada. A IPC-2152 é o estudo mais recente e mais controlado. Quando os dois divergem muito, o sinal é de que aquela combinação de parâmetros merece atenção — não de que um número deva ser adotado cegamente.
Vale lembrar que os dados da IPC descrevem uma placa de ensaio isolada, condição que os autores tratam como pior caso. Um plano de cobre por baixo da trilha reduz bastante o aquecimento; a escolha de material pode aumentá-lo. Os dois efeitos aparecem nas simulações citadas adiante.
Corrente, largura, cobre e temperatura
A trilha aquece porque tem resistência, e a corrente dissipa potência nela na proporção de I²R. Ela esfria por convecção e radiação para o ar e por condução para o material da placa. A temperatura estabiliza quando as duas taxas se igualam.
Daí decorrem as relações que a calculadora mostra:
- Dobrar a corrente exige muito mais que dobrar a largura, porque o aquecimento cresce com o quadrado da corrente enquanto o resfriamento cresce aproximadamente com a superfície.
- Aumentar a espessura do cobre reduz a largura necessária, mas não na mesma proporção, pelos expoentes diferentes já mencionados.
- A resistência sobe com a temperatura. O cobre varia cerca de 0,4% por grau, de modo que uma trilha 40 °C acima do ambiente tem resistência perceptivelmente maior que a calculada a frio — e, com isso, dissipa mais potência que a estimativa a frio sugere.
- Trilhas estreitas são sensíveis. Em condutores de poucos mils, uma variação pequena de corrente produz variação grande de temperatura, e a tolerância de gravação da fábrica passa a ter peso real no resultado.
Limitações do cálculo
- Os próprios autores do modelo Brooks–Adam concluem que a relação entre corrente e temperatura é complexa demais para ser representada por um único conjunto de equações ou gráficos, e que otimizar área de placa considerando efeito térmico exige simulação térmica.
- Os ensaios da IPC-2152 foram feitos em placas de poliimida. Numa das simulações do artigo, a mesma trilha que atingiu 94,7 °C em poliimida chegou a 122,9 °C num FR-4 de trama mais aberta. A escolha do material da placa pode alterar significativamente o comportamento térmico da trilha.
- As curvas descrevem uma condição de pior caso. Na mesma série de simulações, acrescentar um plano de cobre a 10 mil abaixo da trilha derrubou o aquecimento de 94,7 para 33,7 °C.
- O comprimento não entra em nenhum dos dois modelos, mas importa na prática: encurtar a mesma trilha de 6 para 1 polegada baixou o aquecimento de 94,7 para 64,6 °C na simulação.
- Os cálculos valem para corrente contínua. Não consideram efeito pelicular nem corrente pulsada.
- A IPC-2152 não tem dados próprios de 1 oz em camada externa. Para 35 µm nessa posição, a curva do modelo é gerada pela equação, sem dado medido correspondente.
- Os coeficientes de camada interna são publicados apenas para 0,5, 1, 2 e 3 oz. Fora desses valores o segundo método não é apresentado.
- Para 0,5 oz e 3 oz em camada interna, a fonte não publica um coeficiente único: os valores variam conforme a largura da trilha nos dados experimentais. Esta página usa um valor representativo único para cada uma dessas espessuras, o mesmo adotado no calculador oficial do KiCad. Aplicar os extremos publicados no lugar do valor representativo desloca a largura calculada em cerca de 8% em 0,5 oz e em algo entre um quinto a menos e um oitavo a mais em 3 oz. Isso não é margem de erro da calculadora: é a dispersão dos próprios dados de origem, que o autor atribui a condições de controle do estudo.
- A resistência é calculada com resistividade de cobre recozido. Medições publicadas indicam que o processo de fabricação pode elevar a resistividade real, o que aumentaria tanto a resistência quanto o aquecimento.
Capacidade de fabricação
Esta calculadora trata do condutor em si e não considera limites de nenhum fabricante. A largura que ela devolve pode estar acima ou abaixo do que um processo produtivo específico consegue executar, e a espessura de cobre que você informar pode não estar disponível.
Antes de fechar o projeto, confronte o resultado com as especificações de quem vai produzir a placa: largura mínima de traçado e isolação para a espessura de cobre escolhida, tolerâncias dimensionais, espessuras de cobre efetivamente ofertadas e número de camadas.
As especificações da Micropress estão na página de Capacidade Técnica.
