Track Width PCB: Cara Menentukan Lebar Jalur PCB Sesuai Arus Listrik

Track width PCB merupakan salah satu faktor penting dalam proses desain Printed Circuit Board (PCB). Lebar jalur tembaga pada PCB tidak boleh ditentukan secara sembarangan karena berpengaruh terhadap kemampuan jalur dalam menghantarkan arus listrik, kenaikan suhu, serta keamanan rangkaian elektronik. Jalur PCB yang terlalu sempit dapat mengalami kenaikan suhu berlebihan ketika dialiri arus listrik yang besar. Sebaliknya, jalur yang terlalu lebar dapat membuat penggunaan ruang pada PCB menjadi kurang efisien.

 

Perbandingan kontras di EasyEDA antara jalur tembaga merah tebal untuk jalur daya (TB1) dan jalur-jalur tipis untuk distribusi sinyal data komponen

 

Seperti yang diilustrasikan pada di atas, seorang desainer PCB harus membedakan lebar setiap jalur secara sadar berdasarkan beban fungsionalnya. Oleh karena itu, memahami cara menentukan lebar jalur PCB sesuai arus listrik sangat penting, terutama ketika merancang rangkaian elektronika yang menggunakan motor, relay, regulator tegangan, LED berdaya tinggi, atau perangkat dengan konsumsi arus besar. Pada artikel ini akan membahas tentang pengertian track width PCB, faktor yang memengaruhi pemilihan lebar jalur, cara menghitung kebutuhan lebar jalur, hingga contoh penerapannya dalam desain PCB.

Apa Itu Track Width PCB?

Track width PCB adalah ukuran lebar jalur tembaga yang digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen elektronik pada sebuah Printed Circuit Board. Jalur tembaga ini berfungsi sebagai penghantar arus listrik dari satu komponen ke komponen lainnya. Dalam software desain PCB, track width biasanya diatur ketika pengguna melakukan proses routing atau membuat jalur koneksi antar-komponen.

Menu Track Properties di EasyEDA yang menampilkan parameter dimensi lebar jalur (Width) pada net VCC sebesar 1.200mm

Seperti yang ditunjukkan pada di atas, desainer dapat memantau dan mengubah dimensi jalur melalui kolom Width. Lebar jalur PCB umumnya dinyatakan dalam satuan milimeter (mm) atau mil (mil). Satu mil setara dengan 0,001 inci atau sekitar 0,0254 mm. Sebagai contoh, sebuah jalur PCB dengan lebar 1,2 mm seperti pada gambar memiliki kapasitas hantar arus yang jauh lebih besar dibandingkan jalur sinyal standar dengan lebar 0,25 mm.

 

Baca juga: Copper Pour pada PCB: Pengertian, Fungsi, Cara Kerja dan Manfaatnya dalam Desain PCB  

Fungsi Track Width pada PCB

Lebar jalur PCB memiliki beberapa fungsi penting dalam desain rangkaian elektronik, yaitu:

1. Menghantarkan arus listrik dari satu komponen ke komponen lainnya.

2. Membantu mengendalikan kenaikan suhu pada jalur tembaga.

3. Mengurangi resistansi jalur ketika menggunakan lebar tembaga yang sesuai.

4. Membantu menjaga kestabilan rangkaian ketika dialiri arus listrik.

5. Mengoptimalkan penggunaan ruang pada PCB.

Dengan menentukan track width secara tepat, jalur PCB dapat dirancang agar mampu membawa arus sesuai kebutuhan rangkaian tanpa mengalami kenaikan suhu yang berlebihan.

Mengapa Lebar Jalur PCB Harus Disesuaikan dengan Arus Listrik?

Setiap jalur tembaga pada PCB memiliki resistansi listrik. Ketika arus mengalir melalui jalur tersebut, sebagian energi listrik akan berubah menjadi panas. Besarnya panas yang dihasilkan dipengaruhi oleh arus listrik dan resistansi jalur. Secara sederhana, hubungan tersebut dapat dijelaskan menggunakan rumus:

Keterangan:

- P = daya yang berubah menjadi panas dalam watt (W).

- I = arus listrik dalam ampere (A).

- R = resistansi jalur dalam ohm (Ω).

Dari rumus tersebut, dapat diketahui bahwa semakin besar arus listrik yang mengalir, semakin besar pula panas yang dihasilkan pada jalur dengan resistansi yang sama. Oleh karena itu, jalur PCB yang membawa arus besar biasanya membutuhkan lebar tembaga yang lebih besar agar resistansinya lebih rendah dan kenaikan suhunya dapat dikendalikan.

Risiko Jika Track Width PCB Terlalu Sempit

Penggunaan lebar jalur PCB yang tidak sesuai dapat menimbulkan beberapa masalah, seperti:

- Jalur tembaga mengalami kenaikan suhu berlebihan.

- Tegangan mengalami penurunan ketika arus mengalir.

- Jalur tembaga berpotensi mengalami kerusakan.

- Keandalan rangkaian elektronik menurun.

- PCB berisiko mengalami kegagalan ketika bekerja dalam kondisi tertentu.

Pada rangkaian dengan arus besar, jalur yang terlalu sempit juga dapat menjadi titik panas atau hotspot pada PCB. Namun, jalur yang terlalu lebar tidak selalu diperlukan. Untuk jalur sinyal berarus kecil, penggunaan jalur yang sangat lebar dapat menghabiskan ruang tanpa memberikan manfaat yang sebanding.

Faktor yang Memengaruhi Lebar Jalur PCB

Menentukan lebar jalur PCB tidak cukup hanya dengan melihat besar arus listrik. Ada beberapa faktor lain yang perlu diperhatikan.

1. Besar Arus Listrik

Arus listrik merupakan faktor utama dalam menentukan track width PCB. Semakin besar arus yang mengalir melalui jalur, semakin besar pula kebutuhan lebar tembaga untuk membatasi kenaikan suhu. Sebagai contoh, jalur sinyal sensor yang hanya membawa arus beberapa miliampere tidak membutuhkan lebar yang sama dengan jalur catu daya motor yang membawa arus beberapa ampere.

2. Ketebalan Tembaga PCB

Ketebalan tembaga atau copper thickness juga memengaruhi kemampuan jalur dalam menghantarkan arus listrik. Ketebalan tembaga PCB biasanya dinyatakan dalam satuan ounce (oz), yang menunjukkan berat tembaga per luas permukaan tertentu. Beberapa ketebalan tembaga yang umum digunakan antara lain:

Ketebalan Tembaga	Perkiraan Ketebalan Fisik
0,5 oz	17,5 µm
1 oz	35 µm
2 oz	70 µm

Nilai tersebut merupakan perkiraan karena ketebalan aktual dapat berbeda sesuai proses dan spesifikasi pabrikan. Semakin tebal tembaga, semakin besar kemampuan jalur menghantarkan arus pada lebar yang sama, dengan kondisi desain lainnya tetap. Sebagai contoh, jalur dengan ketebalan tembaga 2 oz umumnya memiliki resistansi lebih rendah dibandingkan jalur dengan ketebalan 1 oz dan lebar yang sama.

3. Kenaikan Suhu yang Diizinkan

Kenaikan suhu atau temperature rise adalah perbedaan suhu jalur tembaga ketika dialiri arus dibandingkan dengan suhu lingkungan. Misalnya, suhu lingkungan adalah 30°C dan suhu jalur tembaga mencapai 50°C. Artinya, kenaikan suhu jalur tersebut adalah 20°C. Dalam desain PCB, kenaikan suhu yang diizinkan perlu ditentukan berdasarkan kebutuhan rangkaian dan kondisi penggunaannya. Kenaikan suhu yang lebih rendah biasanya membutuhkan jalur yang lebih lebar, jika faktor lainnya sama.

4. Lapisan PCB yang Digunakan

PCB dapat menggunakan satu atau beberapa lapisan tembaga. Pada PCB dua lapis, jalur arus dapat ditempatkan pada lapisan atas maupun bawah. Sementara itu, PCB multilayer memungkinkan penggunaan beberapa lapisan tembaga untuk distribusi daya. Namun, kemampuan menghantarkan arus tidak hanya ditentukan oleh jumlah lapisan. Distribusi arus, ketebalan tembaga, koneksi antarlapisan, serta jalur perpindahan panas juga perlu diperhitungkan.

5. Panjang Jalur PCB

Panjang jalur juga memengaruhi resistansi. Semakin panjang jalur tembaga, semakin besar resistansinya jika lebar dan ketebalan tembaga tetap sama. Hal ini dapat menyebabkan penurunan tegangan atau voltage drop yang lebih besar. Oleh karena itu, jalur catu daya yang panjang perlu diperhatikan agar tegangan yang diterima komponen tetap sesuai kebutuhan.

6. Kondisi Pendinginan PCB

Kemampuan jalur PCB dalam melepaskan panas dipengaruhi oleh kondisi lingkungan dan desain papan. Beberapa faktor yang perlu diperhatikan antara lain:

- Sirkulasi udara di sekitar PCB.

- Luas permukaan tembaga.

- Keberadaan copper pour.

- Jarak antara jalur dengan sumber panas lainnya.

- Penggunaan enclosure atau kotak perangkat.

- Kondisi pemasangan PCB.

Jalur yang berada di dalam perangkat tertutup dengan sirkulasi udara terbatas dapat mengalami kondisi termal berbeda dibandingkan jalur pada PCB yang memiliki aliran udara baik.

Cara Menentukan Lebar Jalur PCB Sesuai Arus Listrik

Untuk menentukan track width PCB, terdapat beberapa langkah yang dapat dilakukan sebelum proses routing dimulai.

1. Tentukan Arus Maksimum yang Mengalir

Langkah pertama adalah mengetahui arus maksimum yang akan melewati jalur PCB. Arus tersebut dapat diperoleh dari spesifikasi komponen, datasheet, atau hasil perhitungan rangkaian. Sebagai contoh, sebuah rangkaian menggunakan motor DC dengan arus kerja sebesar 1 A. Namun, motor dapat membutuhkan arus lebih besar ketika pertama kali dinyalakan atau ketika mengalami beban berat. Oleh karena itu, desain jalur sebaiknya mempertimbangkan arus maksimum yang mungkin terjadi, bukan hanya arus kerja normal.

2. Tentukan Ketebalan Tembaga

Setelah mengetahui arus maksimum, tentukan ketebalan tembaga yang digunakan pada PCB. Misalnya, desain menggunakan tembaga 1 oz. Ketebalan ini kemudian digunakan sebagai salah satu parameter dalam perhitungan kebutuhan lebar jalur.

3. Tentukan Kenaikan Suhu yang Diizinkan

Selanjutnya, tentukan batas kenaikan suhu yang masih dapat diterima. Contohnya, desain menetapkan kenaikan suhu maksimum sebesar 10°C atau 20°C. Batas tersebut bukan angka universal. Pemilihannya harus mempertimbangkan suhu lingkungan, karakteristik komponen, dan kondisi penggunaan perangkat.

4. Hitung Kebutuhan Lebar Jalur

Salah satu metode yang dapat digunakan untuk memperkirakan lebar jalur PCB adalah persamaan IPC-2221. Persamaan ini menggunakan hubungan antara arus, luas penampang tembaga, dan kenaikan suhu. Untuk jalur eksternal dan internal, koefisien yang digunakan berbeda.

Rumus IPC-2221

Keterangan:

- I = arus listrik dalam ampere.

- k = konstanta, yaitu 0,048 untuk jalur eksternal dan 0,024 untuk jalur internal.

- ΔT\Delta TΔT = kenaikan suhu dalam °C.

- A = luas penampang tembaga dalam mil persegi (mil²).

Luas penampang tembaga dapat dihitung menggunakan:

Keterangan:

- W = lebar jalur dalam mil.

- T= ketebalan tembaga dalam mil.

Untuk tembaga 1 oz, ketebalannya sekitar 1,378 mil.

Dengan mengubah persamaan tersebut, kebutuhan lebar jalur dapat diperkirakan menggunakan:

Hasil perhitungan menunjukkan perkiraan lebar jalur berdasarkan asumsi metode tersebut. Nilainya tetap perlu dievaluasi terhadap kondisi desain PCB yang sebenarnya.

Contoh Perhitungan Track Width PCB

Sebagai contoh, sebuah rangkaian PCB memiliki spesifikasi berikut:

Parameter	Nilai
Arus maksimum	1 A
Ketebalan tembaga	1 oz
Kenaikan suhu	10°C
Posisi jalur	Lapisan eksternal
Ketebalan tembaga	1,378 mil

Lebar jalur dapat diperkirakan menggunakan persamaan IPC-2221.

Diketahui:

Luas penampang tembaga:

Setelah memperoleh luas penampang, lebar jalur dihitung menggunakan:

Hasil perkiraan untuk kondisi tersebut adalah sekitar 0,5 mm. Nilai ini merupakan hasil pendekatan berdasarkan persamaan IPC-2221, bukan jaminan bahwa jalur tersebut aman untuk semua kondisi penggunaan. Dalam desain sebenarnya, hasil perhitungan perlu diperiksa kembali menggunakan kalkulator track width atau panduan desain PCB yang sesuai dengan kondisi termal dan spesifikasi pabrikan.

Mengapa Hasil Perhitungan Tidak Boleh Langsung Dianggap Sebagai Ukuran Final?

Perhitungan awal belum tentu mencakup seluruh kondisi yang terjadi pada PCB. Misalnya, jalur berada dekat komponen yang menghasilkan panas, PCB dipasang di dalam enclosure tertutup, atau arus bekerja secara terus-menerus. Kondisi tersebut dapat memengaruhi suhu aktual jalur tembaga. Oleh karena itu, hasil perhitungan sebaiknya digunakan sebagai titik awal untuk menentukan lebar jalur, kemudian divalidasi melalui aturan desain dan pengujian jika diperlukan.

Tabel Perkiraan Lebar Jalur PCB Berdasarkan Arus

Berikut contoh tabel perkiraan lebar jalur PCB untuk tembaga 1 oz pada lapisan eksternal, menggunakan persamaan IPC-2221 dengan kenaikan suhu 10°C.

Arus listrik	Perkiraan lebar jalur
0,5 A	0,15 mm
1 A	0,5 mm
2 A	1,5 mm
3 A	2,8 mm
5 A	6,5 mm

Catatan: Nilai pada tabel merupakan perkiraan matematis, bukan standar ukuran wajib atau jaminan keamanan. Lebar aktual perlu disesuaikan dengan ketebalan tembaga, batas suhu, kondisi pendinginan, panjang jalur, dan persyaratan desain. Untuk kebutuhan produksi, gunakan kalkulator atau panduan desain yang sesuai dengan standar dan kondisi aplikasi.

Perbedaan Track Width untuk Jalur Sinyal dan Jalur Daya

1. Jalur Sinyal

Jalur sinyal digunakan untuk membawa informasi antar-komponen, seperti sinyal sensor, komunikasi digital, atau sinyal kontrol. Jalur ini sering kali membawa arus relatif kecil sehingga lebar jalurnya dapat dibuat lebih sempit. Namun, lebar jalur sinyal tidak hanya ditentukan oleh arus. Pada rangkaian berfrekuensi tinggi, impedansi karakteristik, panjang jalur, dan kebutuhan integritas sinyal juga perlu diperhatikan.

2. Jalur Daya

Jalur daya digunakan untuk menyalurkan energi listrik menuju komponen atau rangkaian. Contohnya adalah jalur 5 V untuk modul elektronik, jalur catu daya motor, dan jalur keluaran regulator. Karena jalur daya dapat membawa arus lebih besar, lebarnya biasanya dibuat lebih besar dibandingkan jalur sinyal. Contoh penerapannya:

- Jalur sinyal sensor dapat menggunakan lebar jalur yang relatif kecil sesuai kebutuhan desain.

- Jalur catu daya mikrokontroler disesuaikan dengan arus total yang mengalir.

- Jalur motor atau beban berarus besar memerlukan perhitungan lebar jalur yang lebih teliti.

Ukuran akhir tetap harus ditentukan berdasarkan arus, ketebalan tembaga, kenaikan suhu, dan kebutuhan rangkaian.

Cara Mengatur Track Width pada Software Desain PCB

Setelah menentukan lebar jalur, langkah berikutnya adalah menerapkannya pada software desain PCB. Software seperti EasyEDA, KiCad, dan Altium Designer menyediakan fitur untuk mengatur lebar jalur ketika melakukan routing.

1. Mengatur Track Width di EasyEDA

Pada EasyEDA, pengaturan track width dapat dilakukan melalui beberapa langkah berikut:

- Buka desain PCB yang sedang dikerjakan.

- Pilih jalur yang akan dibuat atau diubah.

- Tentukan nilai lebar jalur melalui pengaturan routing.

- Masukkan ukuran yang sesuai, misalnya 0,5 mm.

- Lanjutkan proses routing dan periksa hasilnya.

Pengaturan yang tersedia dapat berbeda tergantung versi EasyEDA yang digunakan.

2. Mengatur Track Width di KiCad

Pada KiCad, lebar jalur dapat diatur melalui pengaturan desain PCB. Langkah umumnya adalah:

- Buka PCB Editor.

- Masuk ke pengaturan desain atau aturan PCB.

- Tentukan nilai lebar jalur yang dibutuhkan.

- Pilih lebar jalur ketika melakukan routing.

- Periksa apakah jalur telah memenuhi aturan desain.

KiCad juga menyediakan fitur Design Rules Checker (DRC) untuk membantu memeriksa kesesuaian desain terhadap aturan yang telah ditentukan.

3. Mengatur Track Width di Altium Designer

Pada Altium Designer, lebar jalur dapat diatur melalui aturan desain maupun pengaturan routing. Pengguna dapat menentukan kebutuhan lebar jalur untuk net tertentu, misalnya jalur catu daya yang membutuhkan lebar lebih besar dibandingkan jalur sinyal. Pengaturan tersebut membantu menjaga konsistensi lebar jalur selama proses routing PCB.

Kesalahan yang Perlu Dihindari Saat Menentukan Track Width PCB

1. Menggunakan Lebar Jalur yang Sama untuk Semua Koneksi

Tidak semua jalur PCB membawa arus yang sama. Jalur sinyal sensor dan jalur catu daya motor memiliki kebutuhan yang berbeda sehingga sebaiknya tidak langsung menggunakan ukuran yang sama.

2. Hanya Mempertimbangkan Arus Normal

Arus maksimum dapat berbeda dari arus kerja normal. Pada beberapa rangkaian, arus awal atau arus ketika terjadi perubahan beban dapat meningkat secara signifikan. Oleh karena itu, desain perlu mempertimbangkan kondisi arus yang relevan selama pengoperasian.

3. Mengabaikan Ketebalan Tembaga

Lebar jalur yang sama dapat memiliki kemampuan menghantarkan arus berbeda jika ketebalan tembaganya berbeda. Oleh sebab itu, ketebalan tembaga harus diketahui sebelum menentukan ukuran jalur.

4. Tidak Memeriksa Hasil Routing

Setelah jalur selesai dibuat, desain perlu diperiksa menggunakan fitur DRC atau aturan desain lainnya. Pemeriksaan ini membantu menemukan jalur yang terlalu sempit, jarak antarkoneksi yang tidak sesuai, serta masalah desain lainnya.

5. Menganggap Jalur Lebar Selalu Aman

Jalur yang lebar memang dapat mengurangi resistansi, tetapi belum tentu menyelesaikan semua masalah desain. Koneksi antarlapisan, ukuran pad, kemampuan konektor, dan kondisi termal tetap perlu diperhatikan.

 

Baca juga: Hole dan Drill pada PCB: Pengertian, Jenis Lubang, Fungsi, dan Proses Pengeboran PCB

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!