Pourquoi la largeur de piste compte
Une piste de cuivre sur un circuit imprimé a une résistance : le courant la fait chauffer. Trop étroite, elle chauffe, fait chuter la tension, voire fond. La norme IPC-2221 donne une formule empirique reliant courant, échauffement et section.
La formule IPC-2221
I = k × ΔT^0,44 × A^0,725
- I : courant en ampères ;
- ΔT : échauffement admissible au-dessus de l’ambiante, en °C ;
- A : section en mils carrés (1 mil = 25,4 µm) ;
- k = 0,048 pour les couches externes et 0,024 pour les couches internes, moins bien refroidies.
On calcule la section, puis on la divise par l’épaisseur de cuivre pour obtenir la largeur. Le cuivre standard de 35 µm (1 once par pied carré) fait environ 1,378 mil.
Exemple
2 A, 10 °C d’échauffement, cuivre 35 µm en couche externe :
- A = (2 ÷ (0,048 × 10^0,44))^(1/0,725) ≈ 42,4 mil² ;
- largeur = 42,4 ÷ 1,378 ≈ 30,8 mil, soit 0,78 mm ;
- sur 50 mm de piste, la résistance est d’environ 32 mΩ, la chute de tension d’environ 63 mV et la perte d’environ 0,13 W.
En couche interne, le même courant demande une piste environ 2,6 fois plus large.
Choisir l’échauffement
- 10 °C est un choix courant et prudent.
- 20 à 30 °C conviennent à beaucoup de cartes si les composants voisins le supportent.
- Ajoutez l’échauffement à la température ambiante maximale de la carte et restez sous la limite du stratifié (environ 130 °C pour le FR-4 standard).
Conseils pratiques
- La chute de tension compte souvent plus que l’échauffement : en basse tension, quelques dizaines de millivolts peuvent poser problème. Vérifiez-la sur les rails d’alimentation.
- Utilisez du cuivre 70 µm, des plans de cuivre ou plusieurs couches en parallèle pour les forts courants.
- Les vias ont aussi une limite de courant : multipliez-les pour les liaisons de puissance.
- Les abaques IPC-2221 reposent sur des données anciennes et sont prudents. La norme plus récente IPC-2152 tient compte de l’épaisseur de la carte, des plans de cuivre et d’autres effets, et autorise en général des pistes plus fines.
- Au-delà de 35 A environ, les courbes IPC-2221 sont extrapolées : utilisez des barres de cuivre ou une simulation thermique.