Altium Designer内PCB走线电流关系图解说明

走线宽度怎么定？别再靠猜了——Altium Designer中PCB载流能力的科学设计法

你有没有遇到过这种情况：板子打回来一上电，某段电源走线“滋”地冒烟，芯片还没工作就烧了；或者机器跑着跑着突然保护关机，拆开一看，覆铜区域边缘发黑碳化。排查半天，最后发现罪魁祸首竟是——那根看似无害、细得像信号线的电源走线。

在高功率密度成为常态的今天，我们不能再用“差不多就行”的经验主义来对待PCB布线。尤其是电源路径和大电流地网络，必须建立基于物理规律的设计认知。而Altium Designer作为主流EDA工具，虽然不会替你算出“这根线该多宽”，但它提供了足够的灵活性，让你把科学依据融入设计流程。

本文不讲空话，也不堆术语，而是带你从一个工程师的真实视角出发，搞清楚：

PCB走线到底能扛多大电流？这个“对照表”是怎么来的？又该如何真正用进你的AD工程里？

一、为什么走线会发热？根源不在“电流”，而在“热平衡”

先抛个问题：一根10mil宽、1oz铜厚的走线，通1A电流会怎样？

答案是——取决于它能不能及时散热。

很多人误以为“电流大=一定会烧”，其实不然。关键在于产热与散热是否达到动态平衡。就像水壶烧水，火力再猛，只要蒸汽排得够快，壶就不会炸。

PCB走线的温升过程正是如此：

产热端：电流 $I$ 流过电阻 $R$，产生焦耳热 $P = I^2R$
散热端：热量通过传导（基材）、对流（空气）、辐射散失到环境中

当产热 > 散热 → 温度持续上升 → 铜箔膨胀脱落、FR-4碳化 → 最终开路或短路。

所以，所谓“安全载流能力”，本质是一个热设计问题，而不是单纯的电气参数。

二、“查表”的背后：IPC-2221标准是如何给出数据的？

市面上几乎所有PCB走线电流对照表，都源自IPC-2221A标准中的经验公式：

$$
I = k \cdot \Delta T^{0.44} \cdot A^{0.725}
$$

别被公式吓到，咱们拆开看它说了啥“人话”：

符号	含义	工程解读
$I$	允许电流（A）	我们想求的东西
$\Delta T$	允许温升（°C）	建议控制在10°C以内，严重点可放宽至20°C
$A$	铜导体横截面积（mil²）	宽 × 厚，直接决定“体积”
$k$	系数	外层走线取0.048，内层取0.024（因散热差）

✅重点来了：这个公式不是理论推导出来的，而是通过对大量实测数据拟合得出的经验模型。它不能保证100%精确，但在大多数常规条件下足够可靠。

举个例子：
- 设计要求：承载3A电流，允许温升10°C，使用1oz铜（≈1.4mil厚度），走线在外层
- 求所需最小宽度？

先反推面积：
$$
A = \left( \frac{I}{k \cdot \Delta T^{0.44}} \right)^{\frac{1}{0.725}} = \left( \frac{3}{0.048 \cdot 10^{0.44}} \right)^{1.38} ≈ 2100\ \text{mil}^2
$$

再除以厚度得宽度：
$$
\text{Width} = \frac{2100}{1.4} ≈ 1500\ \text{mil} \quad ????
$$

等等！哪里错了？

⚠️常见误区提醒：单位要统一！上面的厚度用了mil，但实际1oz铜是1.37 mil（35μm），而公式中的面积单位是square mils，没错。但查表时你会发现，3A对应约100mil就够了？

因为——真实情况比理想模型复杂得多。

比如，如果走线两侧有覆铜，或者位于通风良好的位置，散热更好，实际允许电流更高。因此，IPC表格通常给出的是保守值，适用于静止空气、孤立走线场景。

三、一张图胜千言：走线宽度 vs 载流能力趋势解析

下面这张趋势图，你应该在不少资料里见过。我们来读懂它的“潜台词”。

纵轴：最大允许电流（A） 横轴：走线宽度（mil） 两条曲线分别代表 1oz 和 2oz 铜在外层的情况（ΔT=10°C）

![示意图为两条非线性增长曲线，2oz始终高于1oz]

从中你能看出几个关键结论：

🔹 结论1：加宽走线，收益递减

从10mil→20mil，电流几乎翻倍；
但从80mil→160mil，电流只增加不到一倍。

👉说明：由于指数项为0.725 < 1，属于次线性增长。盲目加宽只会浪费布线空间。

🔹 结论2：换厚铜，性价比更高

相同宽度下，2oz铜可提升约40%载流能力；
尤其在大电流场景（>3A），优势更明显。

👉建议：若空间紧张且电流较大（如5V/5A以上），优先考虑使用2oz甚至3oz铜箔。

🔹 结论3：外层走线天生“散热体质”好

内层走线被介质包裹，散热困难，$k$值减半；
即使同样尺寸，载流能力只有外层的60%左右。

👉策略：大电流走线尽量布在外层；若必须走内层，要么加倍宽度，要么主动增强散热（如加散热过孔阵列）。

四、实战！如何把“对照表”变成Altium Designer里的硬规则？

很多工程师的做法是：打开Excel查完表，记个数，然后手动设置走线宽度。但这容易遗漏、难复用、无法传承。

真正的高手，是让软件“记住”这些规则，并自动帮你检查。

✅ 方法一：用Design Rule锁定关键网络宽度

这是最基础也最有效的做法。

假设你要设计一个5V/3A输出电源，根据对照表得知需至少100mil宽度（1oz外层）。那么就在Altium中创建一条专属规则：

【Rule Name】 POWER_3A_WIDTH 【Full Query】 InNet('VOUT_5V') 【Min Width】 100mil 【Preferred】 100mil 【Max Width】 150mil 【Layer】 All Layers

保存后，只要你画这条网络的走线，交互式布线就会自动提示最小宽度为100mil。更重要的是，DRC检查会强制拦截任何低于此值的违规操作。

💡小技巧：可以为不同电流等级建立多个规则类（Net Class），例如：
-Power_Low(<1A): min 10mil
-Power_Med(1~3A): min 40mil
-Power_High(>3A): min 80mil

这样整个项目的电源系统就有了清晰的层级管理。

✅ 方法二：写个脚本，让电脑替你“找bug”

有些隐患藏得很深。比如一段主干道很粗，但在连接滤波电容时突然变细成20mil，形成“瓶颈效应”。这种局部缩颈很难靠肉眼发现。

这时候可以用Altium的JavaScript脚本功能做个自动化巡检工具：

// Script: CheckHighCurrentNets.js function CheckHighCurrentNets() { var board = PCBServer.GetCurrentPCBBoard(); if (!board) return; // 定义高电流网络及其阈值（单位：mil） var criticalNets = { "VOUT_5V": 100, "GND": 90, "VIN_12V": 60 }; for (var netName in criticalNets) { var threshold = criticalNets[netName] * 1e5; // 转换为内部单位 var tracks = board.GetObjectsOnLayer(PCBLAYER_TRACK, netName); for (var i = 0; i < tracks.Count; i++) { var track = tracks.Item(i); if (track.Width < threshold) { Log("⚠️ [Low Width] Net: " + netName + ", Width: " + (track.Width / 1e5).toFixed(0) + "mil" + " < Required " + (threshold / 1e5) + "mil"); } } } }

运行后，消息面板会列出所有不达标走线，方便你在投板前集中修复。

🎯适用场景：团队协作、项目评审、量产前最终审查。