走線寬度 vs 電流承載能力：電源走線的 PCB 佈局技巧

在精密的PCB 設計藝術中，電源走線是默默承載電流的無名英雄，為電路注入生命。訊號走線因阻抗匹配與雜訊控制而備受關注，電源走線則默默肩負供電重任，避免自身或所連元件燒毀。但這些走線該多寬？這正是線寬與載流能力之間的關係所在。若你認為 0.1 mm 的走線足以承受 10 A，那只不過是在設計一塊「PCB 形狀的保險絲」。想更深入了解 PCB，請參閱我們的 PCB 製造終極指南。

為何線寬在電源走線中至關重要

電源走線的核心在於高效供電，同時管理熱量、壓降與訊號完整性。線寬一旦出錯，等同於邀請熱累積、電壓跌落，甚至走線熔斷。沒錯，熔化的走線在科幻電影裡或許很酷，但在現實中只是設計災難。

IPC 已制定標準，提供測試與計算 PCB 走線溫升的方法，對應特定輸入電流。這些標準為 IPC-2221 與 IPC-2152，內含大量相關資訊。顯然，這些標準相當龐雜，多數設計師無暇逐一解析資料，只為整理出線寬對電流表。

什麼是電路板走線電阻？

自然界所有物質對電流都有一定阻力，導體與絕緣體皆會不同程度地阻礙電流。PCB 走線常以銅為導體，但銅本身成分與特性仍會產生電阻，此即 PCB 走線電阻。

電阻以歐姆為單位，表示對電流的阻礙。在 PCB 中，走線電阻對評估訊號傳輸損耗與功率處理至關重要。電阻取決於走線厚度、寬度與長度，必須維持在低值以確保電流高效流動。高電阻會導致功耗、過熱與導電性下降。為降低電阻，設計師可加寬走線、使用更厚銅層或擴大銅面積，有效管理熱量並提升 PCB 性能，尤其適用於厚銅設計。

影響載流能力的因素

當單層走線無法承載所需電流時，可透過貫孔將走線延伸至多層並連接，從而在各層厚度不變下提升載流能力。採用 2 oz 或 3 oz 厚銅雖因電阻降低而提升載流能力，也會增加製程成本。PCB 走線的載流能力不僅取決於線寬，還受多項因素影響，詳列如下：

銅厚：以盎司／平方英尺為單位，定義壓合在 PCB 上的銅量。

• 1 oz/ft² (35 µm)：多數 PCB 標準。
• 2 oz/ft² (70 µm)：用於更高電流應用。
• 3 oz/ft² 或以上：供高功耗設計使用。

環境與工作溫度：溫度越高，走線載流能力越低。環境條件與元件發熱皆需考量。請以最惡劣溫度情境設計，畢竟你的 PCB 不會在恆冷空調烏托邦中運作。

走線長度：越長的走線電阻越高，導致更多熱與壓降。盡量縮短電源走線。若 PCB 像迷宮般蜿蜒，請重新來過。

對於電流超過 100 A 的高功率應用（如電動車與逆變器），傳統銅走線往往不足。此時可採用比標準走線更厚的銅匯流排，焊接於 PCB 焊墊上，能在不過熱前提下承載大電流。

計算載流線寬

可使用線上計算器決定各項走線參數，如溫升、最大電流、電阻、壓降與功耗。熟悉以下公式，有助理解計算結果。

使用線上走線寬度計算器或 PCB 設計軟體工具。既然能外包給計算器，何必背公式？

優化 PCB 電源走線的 7 個技巧：

PCB 領域中許多因素影響走線特性，遵循最佳實踐，即可在製造成本、電路密度與整體性能間取得平衡。

1. 設計足夠線寬：確保走線可承受預期電流而不過熱。例：1 oz 銅厚 PCB 上 2 A 負載，外層建議線寬約 1 mm（40 mil）。

2. 高電流用寬走線：有疑慮時就加寬。更寬的走線降低電阻、提升載流能力並減少壓降。

3. 採用電源層：電源層為大面積銅，可高效配電。高功耗設計請使用專用電源與接地層，而非僅依賴走線。

4. 熱管理：高電流走線的散熱至關重要。增設熱釋放或貫孔將熱量擴散至各層，並用更厚銅層提升導熱。

5. 最小化壓降：走線壓降可能導致元件失效，特別是在低壓設計。保持走線短、寬且直，以降低電阻。

6. 避免銳角：銳角會產生熱點並增加電感。電源走線請使用 45° 或圓弧轉角。

7. 高電流用並聯走線：極高電流時，將負載分配給並聯走線或分層。電源跨層時建議使用多個貫孔，單一貫孔載流約 500 mA。

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常見錯誤與避免方法

1. 忽略熱效應：於內層使用細走線承載高電流。應選用更寬走線或散熱貫孔，並將電源走線佈於頂層或底層。

2. 過度擁擠的佈局： 一般不建議將電源走線穿過擁擠區域。應及早規劃走線並優先考慮電源路徑。

3. 僅依賴外層： 僅使用外層走線而忽略內層佈線。必要時應多層分攤電流，將大電流佈於主層，訊號／數位電流分散至其他層。

為何在電源走線中移除防焊層：

移除防焊層是一種經濟的方法，可讓走線承載更大電流。當防焊層被移除，底部銅材裸露，可再覆以焊料增加銅厚，降低 PCB 元件總電阻，使 PCB 在不增加線寬下適應更高功率。

結論

電源走線不僅是連接元件，更是管理電流、最小化熱量並確保可靠性的關鍵。透過平衡線寬、銅厚與熱管理，你能設計出既不掉鏈子也不熔走線的 PCB。參考完整的 PCB 設計流程，將走線計算納入考量。

• 線寬與銅層厚度對管理 PCB 載流能力至關重要，IPC-2152 與 IPC-2221 提供相關標準。

• 走線位置（外層或內層）顯著影響散熱能力，進而決定安全溫度管理所需的走線選擇。

• 銅厚常以盎司／平方英尺衡量，直接對應重量，為決定所需走線厚度的簡明指標。

記住：設計階段多一分努力，可避免後續熔走線與燒元件的災難。所以，走線加寬、保持冷卻，別再低估載流需求而引發火災！