PCB走線電流計算器 - IPC-2221載流能力
依 IPC-2221 標準計算外層與內層銅導體的 PCB 走線載流能力、橫截面積與功率損耗，並可調整溫升。
輸入走線寬度、銅重、溫升，以及走線位於外層或內層。計算器會套用 IPC-2221 公式判定安全載流能力。
PCB走線電流計算器 - IPC-2221載流能力
依 IPC-2221 標準計算外層與內層銅導體的 PCB 走線載流能力、橫截面積與功率損耗，並可調整溫升。
關於 PCB 走線電流計算器
PCB 上每一條銅走線都有安全最大載流能力。當電流流經走線時，走線電阻會依 P = I²R 將電能轉為熱。如果走線無法足夠快速散熱，溫度會持續上升，直到走線熔化或周圍 PCB 材料受損。IPC-2221 標準（印刷電路板設計通用標準）提供以實測經驗推導的公式，用於平衡走線橫截面積、溫升與走線位置（外層或內層）。
IPC-2221 載流能力公式為：I = k × ΔT^0.44 × A^0.725，其中 I 是最大電流（安培），ΔT 是允許高於環境溫度的溫升（攝氏度），A 是走線橫截面積（mil²），k 是取決於走線位置的常數。IPC-2221 規定外層走線 k = 0.048，內層走線 k = 0.024。內層走線的 k 值較低，因為它們被介電材料包圍，而介電材料的導熱性低於外層走線周圍的空氣。
橫截面積 A 是走線寬度（mil）與銅厚（mil）的乘積。銅厚由銅重決定。每平方英尺一盎司銅（1 oz）約等於 1.378 mil（35 μm）。2 oz 銅為 2.756 mil（70 μm）。較重的銅通常用於承載大電流或需要較低電阻的電源走線。
單位長度電阻為：R/in = ρ / A，其中 20°C 時銅的 ρ 約為 0.679 Ω·mil²/in。此電阻會隨溫度升高而增加：R(T) ≈ R₂₀ × (1 + 0.00393 × (T − 20))。每英吋功耗為 P/in = I² × R/in，也就是走線必須承受的自發熱負載。
常作為設計經驗法則的 10°C 溫升，對應保守且熱穩定的走線。20°C 溫升適合大多數商用電子產品。超過 30°C 時，PCB 材料會開始加速老化，焊點可靠度也會降低。對於高可靠度與航太應用，IPC-2221 第 3 級建議將走線溫度限制在最高環境溫度以上 30°C 以內。
PCB 走線電流範例
使用 IPC-2221 公式，針對常見銅重與溫升的標準設計情境。
| 走線配置 | 最大電流 | 備註 |
|---|---|---|
| 外層，W=10mil，1oz Cu，ΔT=10°C | ≈ 0.9 A | 10 mil 寬、1 oz 的外層走線，溫升僅 10°C，是保守設計，適合在意自發熱雜訊的敏感類比電路。 |
| 外層，W=50mil，1oz Cu，ΔT=20°C | ≈ 3.9 A | 適用於中等功率電源軌的較寬走線。20°C 溫升是商用電子最常見的設計目標。 |
| 外層，W=200mil，2oz Cu，ΔT=30°C | ≈ 20.8 A | 使用厚銅的電源匯流排走線。使用 2 oz 銅約可讓橫截面積加倍，相較同寬度 1 oz 走線大幅提升載流能力。 |
| 內層，W=50mil，1oz Cu，ΔT=20°C | ≈ 1.9 A | 尺寸與上方外層範例相同的內層走線。內層 k = 0.024 係數使其載流能力約比等效外層走線低 50%。 |
如何使用 PCB 走線電流計算器
- 輸入以 mil 為單位的走線寬度。1 mil 是千分之一英吋；10 mil = 0.254 mm。典型訊號走線為 4–10 mil；電源走線為 20–200 mil 或更寬。
- 選擇銅重。多數 PCB 訊號層使用 1 oz 銅（厚 1.378 mil）。電源層通常使用 2 oz 或更厚的銅。
- 輸入溫升 (ΔT)。這是高於環境溫度的最大可接受溫升；10°C 較保守，20°C 是商用電子標準值，30°C 是可靠運作上限。
- 外層走線選擇「外層」(k = 0.048)，內層走線選擇「內層」(k = 0.024)。內層走線散熱效率較低。
- 按一下計算。檢視最大電流、橫截面積、每英吋電阻與功率損耗。如果額定電流不足，請加寬走線。
PCB 走線電流計算器常見問題
我的設計應該使用多少溫升？
最常見的設計規則是：類比與精密電路使用 10°C，一般商用電子使用 20°C，具備足夠熱管理的電源電路可到 30°C。較高溫升允許較窄走線，但會加速 PCB 材料老化並增加焊點疲勞。IPC-2221 第 3 級（軍用與生命關鍵應用）通常要求將溫升限制在 10°C。
為什麼內層走線承載的電流比外層走線小？
內層走線四周被 FR-4 或類似介電材料包圍，這些材料的導熱性遠低於空氣。IPC-2221 公式以內層 k = 0.024、外層 k = 0.048 反映此差異，也就是相同尺寸的內層走線約只能承載外層走線安全電流的 50%。
如何將走線寬度從 mm 轉換為 mil？
將毫米數乘以 39.37 即可得到 mil（千分之一英吋）。例如，0.254 mm = 10 mil，0.5 mm = 19.7 mil ≈ 20 mil，1 mm = 39.37 mil ≈ 40 mil。多數 PCB 設計工具會同時顯示兩種單位；本計算器使用 mil 以符合 IPC-2221 公式係數。
銅重與走線厚度有什麼關係？
銅重以每平方英尺多少盎司表示。一盎司（1 oz）銅鋪滿一平方英尺時，厚度約為 1.378 mil（35 μm）。2 oz 銅為 2.756 mil（70 μm）。較厚銅可提供較低電阻與較高載流能力，但更難蝕刻細微圖形，成本也更高。
PCB 走線的電阻是多少？
每英吋電阻為 R/in = 0.679 / A，其中 A 是以 mil² 表示的橫截面積，0.679 是 20°C 時銅的電阻率，單位為 Ω·mil²/in。溫度更高時，電阻約每高於 20°C 一攝氏度增加 0.393%。對 1 oz、10 mil 走線（A = 13.78 mil²），R/in ≈ 0.049 Ω/inch，在 1 A 電流下，3 英吋走線會造成 0.147 V 壓降。
IPC-2221 的數值保守嗎？
是。IPC-2221 圖表與公式來自靜止空氣、無強制對流條件下的實測資料，並包含安全裕量。實務上，具備良好氣流、附近有大面積銅箔，或透過熱導孔連接內層平面的走線，通常可安全承載比 IPC 公式建議更高的電流。安全關鍵設計應遵循 IPC 數值；經充分測試的商用應用可接受約 ±20% 的適度降額調整。