Dalam desain pcb double layer, perhitungan lebar jalur tidak boleh dilakukan secara asumsi. Jalur tembaga yang terlalu sempit dapat menyebabkan kenaikan suhu berlebih, sementara jalur yang terlalu lebar dapat mengganggu tata letak dan impedansi. Oleh karena itu, perhitungan harus mempertimbangkan arus maksimum, ketebalan tembaga, dan batas kenaikan suhu yang diizinkan.
Sebagai dasar, perhitungan berikut mengacu pada pendekatan empiris yang umum digunakan di industri PCB, di mana hubungan antara arus, lebar jalur, dan kenaikan suhu sudah teruji secara praktis.
Parameter Desain Awal PCB Double Layer
Misalkan sebuah pcb double layer memiliki spesifikasi berikut:
- Ketebalan tembaga: 1 oz (≈ 35 µm)
- Jenis jalur: jalur eksternal (outer layer)
- Arus maksimum: 2 ampere
- Kenaikan suhu maksimum yang diizinkan: 10°C
- Material substrate: FR-4
Parameter ini umum ditemukan pada rangkaian daya rendah hingga menengah, seperti regulator tegangan atau modul kontrol.
Perhitungan Lebar Jalur (Trace Width)
Untuk jalur eksternal pada pcb double layer, pendekatan praktis menunjukkan bahwa jalur 1 mm pada tembaga 1 oz mampu menghantarkan sekitar 1 ampere dengan kenaikan suhu ±10°C. Karena arus yang dibutuhkan adalah 2 ampere, maka lebar jalur perlu ditingkatkan secara proporsional. Dengan demikian, lebar jalur yang direkomendasikan adalah sekitar 2 mm untuk arus 2 ampere dengan kenaikan suhu 10°C
Jika ruang PCB terbatas dan lebar 2 mm tidak memungkinkan, alternatif teknis yang bisa digunakan adalah mempertebal tembaga menjadi 2 oz atau menggunakan copper pour untuk memperluas area konduksi.
Analisis Kenaikan Suhu
Kenaikan suhu pada jalur tembaga terjadi akibat rugi daya resistif. Semakin sempit jalur, semakin besar resistansi, dan semakin tinggi panas yang dihasilkan. Pada pcb double layer, penggunaan copper layer bawah sebagai ground atau power plane dapat membantu menyebarkan panas dan menurunkan suhu lokal.
Sebagai ilustrasi:
- Jalur 2 mm, 1 oz, arus 2 A → kenaikan suhu sekitar 8–10°C
- Jalur 1 mm, 1 oz, arus 2 A → kenaikan suhu bisa melebihi 20°C
Nilai ini menunjukkan bahwa mempersempit jalur tanpa perhitungan yang tepat dapat mempercepat degradasi material PCB dan menurunkan umur perangkat.
Pengaruh Terhadap Impedansi
Perlu diperhatikan bahwa memperlebar jalur akan menurunkan impedansi karakteristik. Pada pcb double layer, jika jalur tersebut membawa sinyal berkecepatan tinggi dan menggunakan copper layer bawah sebagai ground, perubahan lebar jalur harus tetap menjaga impedansi target, misalnya 50 ohm.
Oleh karena itu, jalur daya dan jalur sinyal sebaiknya dipisahkan secara fungsi:
- Jalur daya dioptimalkan untuk arus dan suhu
- Jalur sinyal dioptimalkan untuk impedansi dan integritas sinyal
Pendekatan ini sangat umum dalam desain pcb double layer profesional.
Dari contoh numerik di atas, kita dapat mengambil kesimpulan bahwa arus 2 ampere pada pcb double layer dengan tembaga 1 oz membutuhkan lebar jalur sekitar 2 mm agar suhu tetap aman. Kenaikan suhu harus dibatasi untuk menjaga keandalan jangka panjang dan lebar jalur selalu berkaitan dengan impedansi dan harus disesuaikan dengan fungsi jalur
Dengan melakukan perhitungan numerik seperti ini sejak tahap desain, pcb double layer dapat bekerja secara stabil, efisien, dan sesuai standar teknis industri. Pendekatan berbasis data inilah yang membedakan desain PCB profesional dari desain coba-coba.