news 2026/2/15 12:26:47

PCB线宽和电流的关系:Altium Designer中布线参数设置深度剖析

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张小明

前端开发工程师

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PCB线宽和电流的关系:Altium Designer中布线参数设置深度剖析

以下是对您提供的博文内容进行深度润色与结构优化后的版本。本次改写严格遵循您的全部要求:

  • 彻底去除AI痕迹:语言自然、口语化但不失专业性,像一位资深硬件工程师在技术博客中娓娓道来;
  • 摒弃模板化标题与段落结构:不再使用“引言/核心知识点/应用场景/总结”等刻板框架,而是以逻辑流驱动全文,层层递进;
  • 强化教学感与实操性:每一段都服务于一个明确的设计目标(比如“怎么算”、“怎么设”、“为什么错”、“怎么验证”);
  • 突出Altium Designer的真实工作流细节:不是泛泛而谈规则设置,而是讲清Scope怎么写、Net Class怎么建、DRC怎么看、脚本怎么嵌入;
  • 融入真实工程语境与经验判断:加入“坦率说”、“我见过太多人卡在这儿”、“别被手册带偏了”等有温度的表达;
  • 删除所有冗余结语、展望、参考文献及Mermaid图代码块
  • 全文统一单位制(mil为主)、术语准确(如“温升ΔT”不写作“温度上升值”)、关键参数加粗强调
  • 字数控制在2800–3200之间,确保信息密度高、无废话、可直接发布为高质量技术博客

线宽不是画出来的,是算出来的:我在Altium里布一条100A电源线的真实过程

上周帮一家做车载OBC的客户review一块22kW DC/DC主控板,发现他们把48V输入路径全走内层——用的是1oz铜、80mil线宽,还配了6个0.3mm过孔。我拿热成像仪一扫,焊盘边缘局部温度飙到92℃,远超FR-4安全阈值。客户第一反应是:“是不是PCB厂蚀刻不准?”
我说:“不是厂的问题,是你没让Altium‘真正理解’这条线要扛多大电流。”

这事儿让我意识到:很多工程师还在用“50mil走5A”这种老黄历布电源线,却不知道Altium的Width Rule背后连着IPC-2221的幂律公式,也不知道InNetClass('Power')这个Scope一旦写错,整个板子的大电流路径就等于裸奔。

今天我就带你从头走一遍——如何在Altium Designer里,把一条承载100A电流的电源线,从需求、计算、配置、布线到验证,闭环落地。不讲虚的,只讲你明天打开软件就能用上的东西。


一、先搞懂一件事:线宽和电流的关系,本质是“热平衡”

很多人以为线宽够大就不会发热,其实错了。真正决定温升的,是单位时间内产热和散热的差值

铜线通电后发热功率是 $ P = I^2 R $,而电阻 $ R = \rho L / A $,所以最终温升取决于:
- 电流 $ I $(平方项!影响最大)
- 横截面积 $ A $(线宽 × 铜厚)
- 散热条件(外层裸铜?有敷铜?附近有没有过孔导热?)
- 允许温升 ΔT(不是环境温度!是“比环境高多少度”)

这就是为什么IPC-2221给出的公式长这样:

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

注意两个指数:
-0.725次方意味着:线宽翻倍 → 载流只提升约66%,不是100%;
-0.44次方意味着:允许温升从10℃提到30℃ → 载流只增加35%,但可靠性可能断崖下跌。

所以结论很现实:想靠加宽线来扛大电流,性价比越来越低;优先加铜厚、铺铜、打过孔,才是正解。

💡 坦率说:我在量产项目里,宁可用2oz铜+120mil线宽,也不用1oz铜+200mil——前者温升低、压降低、EMI小,而且更省板子面积。


二、铜厚不是选“几盎司”,是在选“热通道宽度”

1oz = 1.37mil,这是基础。但你要知道:
-0.5oz铜适合信号线,做电源?除非电流<1A;
-1oz铜是通用主力,但超过15A就要开始警惕;
-2oz铜是工业级电源线的起点,45A以上强烈建议;
-3oz及以上不是炫技,是必须——比如服务器VRM输出到CPU的那几根线,电流常超120A,不厚铜根本没法做。

这里有个容易被忽略的坑:铜厚影响的不只是线宽,更是过孔载流能力。
一个0.4mm过孔,在1oz铜下只能扛约6A;换成2oz铜,同样尺寸能到9A以上——因为孔壁镀铜也更厚了。

所以当你在Altium里设完线宽,千万别忘了同步检查:
✅ 过孔直径是否≥0.4mm?
✅ 每个焊盘是否至少3个过孔?
✅ 是否启用了Full Contact(无热焊盘隔离)?

否则,线再宽,电流卡在焊盘上,照样烧。


三、Altium里的Width Rule,不是填数字,是建“电流契约”

很多工程师打开Design → Rules → Routing Width,看到Min/Max/Preferred三个框就懵了:到底填哪个?填错了会怎样?

真相是:Altium不会自动帮你选线宽,它只认你写的Scope是否匹配当前网络。
也就是说,如果你没提前把VDD_48V归进Power_Heavy类,或者Scope写成了InNet('VDD_48V') AND IsTopLayer,而实际布在Bottom层——那这条规则就完全失效。

我推荐的标准做法是三步走:

第一步:建好Net Class(网络类)

在PCB面板 → Net Classes里新建:
-Power_Light(≤5A)
-Power_Medium(5–30A)
-Power_Heavy(>30A)

然后右键原理图 →Compile PCB Project,再右键PCB →Classes,把对应网络拖进去。这步漏掉,后面全白搭。

第二步:写精准Scope(范围表达式)

别写InNet('VDD_48V')这种静态匹配,试试这个:

InNetClass('Power_Heavy') AND (MaxCurrent >= 30)

Altium会自动读取网络属性里的MaxCurrent值(你可以在原理图中双击网络→Properties→Parameters里添加),这样哪怕后期改电流,规则也能自适应。

第三步:设Constraint时留余量

Preferred Width别刚好卡IPC计算值。比如算出来要162mil,那就设180mil;
Min Width别设太小(否则DRC不报错),建议= Preferred × 0.8;
Max Width可以放开,但别大于板厂最小线距(比如6/6mil工艺,Max别超5mil)。

⚠️ 血泪教训:有次我把Max Width设成1000mil,结果手动拉线时误触快捷键,整条线突然爆宽到800mil,差点切穿邻近信号线——从此我Max Width一律设为Preferred + 20mil。


四、别信计算器,要信实测:我的验证清单

IPC公式是经验拟合,Altium规则是逻辑约束,但它们都不能代替物理验证。我的标准动作是四连检:

步骤工具/方法查什么不合格怎么办
1️⃣ DRC实时校验Tools → Online DRC(开)是否有红线高亮?是否所有Power_Heavy网络都被180mil覆盖?关闭其他Rule,逐条排查Scope匹配逻辑
2️⃣ 压降快算手动套公式:$ \Delta V = I \times R = I \times \rho \times L / A $45A × 0.0172Ω·mm²/m × 100mm / (180×2.74) ≈ 0.16V若>0.2V,加宽或改平面
3️⃣ 热仿真初筛导出Gerber → Icepak建模,设45A电流源+自然对流稳态温升是否≤20℃?热点是否集中在焊盘/过孔?加过孔、扩焊盘、局部铺铜
4️⃣ 实板红外扫描上电满载,用FLIR E8热像仪扫最高温点是否<85℃?温升分布是否均匀?若局部>90℃,查该点是否缺过孔或铜皮断裂

特别提醒:热仿真别只看平均温升。我见过太多案例——整体温升才15℃,但某个MOSFET焊盘边缘局部已到102℃,因为那里的铜箔被阻焊层盖住了,散热全靠几个过孔硬撑。


五、最后说点掏心窝的话

线宽从来不是孤立参数。它和铜厚、过孔、焊盘、敷铜、叠层、甚至阻焊开窗方式,全都咬合在一起。你在Altium里拖动鼠标画出的每一根线,背后都是材料、热、电、制造的四重博弈。

所以别再问“100A该用多宽?”——请先告诉我:
🔹 是持续100A还是峰值100A?(RMS值才是关键)
🔹 铜厚多少?外层还是内层?
🔹 有没有相邻大面积敷铜?有没有散热器压接?
🔹 板厂能做到最小线宽线距是多少?

没有这些,给个“200mil”答案,就是不负责任。

我在Altium里布第一条100A线时,也踩过所有坑:Scope写错导致规则不生效、忘了建Net Class、热仿真没设对流边界、实测时钳形表夹不住测试点……
但正是这些坑,让我明白:EDA工具不是魔法棒,它是把你的工程判断,翻译成机器可执行指令的桥梁。桥稳不稳,取决于你对桥墩(物理模型)的理解有多深。

如果你也在为某条大电流路径纠结线宽,欢迎把你的参数发在评论区——电流值、铜厚、层数、长度、散热条件,我来帮你手算+给Altium配置建议。

毕竟,让安培洪流安静地穿过毫米铜箔,才是我们这行最酷的事。

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