很多初学者把 PCB 设计理解为"把原理图里的线连起来"，线宽随手画 0.25mm，过孔随手放，打样回来大电流的地方烧了、高压的地方短路了，还查不出原因。其实线宽、线距、过孔是 PCB 设计的三个基本量，每一个背后都是实打实的电气、热学和工艺约束。本篇把这三个概念讲透：它们由什么决定、怎么查、怎么落地到工具里，以及最常见的踩坑点。
1 线宽：一条走线到底能扛多少电流
1.1 铜厚先于线宽
我们常说"1oz 铜厚"，指的是板厂压合时铜箔的标称厚度：1oz ≈ 35μm，0.5oz ≈ 17.5μm，2oz ≈ 70μm。走线的截面积 A = 线宽 w × 铜厚 t，所以同样 1mm 宽的线，2oz 板的截面积是 1oz 板的两倍，载流能力也接近翻倍。讨论线宽时必须先声明铜厚，否则所有经验数据都没有意义。
1.2 载流与温升：经验公式与查表
电流流过铜箔产生焦耳热 P = I²R，铜箔温度升高直到散热与产热平衡。温升和电流之间不是线性关系，工程上常用 IPC-2221/IPC-2152 的经验公式：
I = k · ΔT^0.44 · A^0.75
其中 I 为电流(A)，ΔT 为允许温升(°C)，A 为截面积(mil²)，k 对外层走线约为 0.048、内层约为 0.024（内层散热条件差）。按 1oz 铜厚、10°C 温升估算：
图 4-1 线宽越宽，相同电流温升越小（1oz 外层，IPC 经验式）
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| 线宽 | 截面积(1oz) | 载流(10°C温升，外层) | 载流(内层) |
| 0.25 mm | ≈0.014 mm² | ≈1 A | ≈0.5 A |
| 0.5 mm | ≈0.028 mm² | ≈1.6 A | ≈0.8 A |
| 1.0 mm | ≈0.056 mm² | ≈2.6 A | ≈1.3 A |
| 2.0 mm | ≈0.112 mm² | ≈4.5 A | ≈2.3 A |
实际工程中还要留余量：环境温度高、板子密闭（散热差）、长期满负荷工作的电源走线，温升预算建议压到 10°C 以内甚至更低。消费类产品常按 20~30°C 温升查表，属于"能跑但烫"的档位。
1.3 压降：电源完整性的隐形杀手
走线有电阻 R = ρ·L/A（铜 ρ ≈ 1.72×10⁻⁸ Ω·m），大电流线路的压降往往超出直觉。以 0.5mm/1oz 的线为例，每 100mm 约 4mΩ：若电流 2A，仅 100mm 就掉 8mV。对 3.3V 的传感器、LED 并联电路，这个压降足以造成"尾板亮、首板暗"或传感器供电不足。更长的线路、更细的线、更大的电流都会让压降按 I·R 累积，所以长距离供电要么加粗、要么就近从电源引脚走线。
2 线距：不是"看得清楚"，是"不会击穿"
2.1 电气间隙与爬电距离
两个导体之间的绝缘有两个距离概念，很多人混为一谈：
- 电气间隙（Clearance）：两导体之间穿过空气的最短直线距离，对抗的是"空气击穿"；
- 爬电距离（Creepage）：两导体之间沿绝缘材料表面的最短路径，对抗的是"表面漏电"。表面因潮气、灰尘、助焊剂残留形成导电通道，爬电距离通常比电气间隙要求更长。
图 4-2 电气间隙（空气）与爬电距离（沿表面）
失效案例：一块 230V 交流板与 5V 数字线并行排布，板厂蚀刻后两线相距 0.3mm。打样测试正常，使用两个月后潮湿天气下 5V 区烧了一片------230V 沿表面爬电击穿了薄弱处。高压电路（AC220V、电机驱动、Buck 的开关节点）必须查安规间距表，而不是凭感觉。
2.2 污染等级与 CTI
安规（如 IEC 60950/62368）按污染等级和材料组别（CTI，相比漏电起痕指数）规定最小爬电距离。CTI 分 0~3 组，塑料外壳、阻焊覆盖、开槽都能改变实际绝缘表现。实用的做法：高压区与低压区之间开槽（铣掉铜皮）是加爬电距离最有效的手段，比单纯拉远导线更可靠。
2.3 工程经验规则
- 3W 规则：导线间距达到 3 倍线宽时，电磁辐射和耦合显著下降，常作为普通信号线的默认线距参考；
- 电源与地之间按目标电压查安规表，而非一刀切 0.2mm；
- 敏感小信号（运放输入、晶振）与数字大电流线保持 2~3 倍线距以上，必要时加地线包地。
3 过孔：板上的"隧道"，也是高速信号的大坑
3.1 过孔的结构与类型
一个过孔由三部分组成：钻孔（孔壁镀铜）、孔环（Annular Ring，焊盘在孔周围的铜环）、以及上下焊盘。孔环大小决定可靠性------孔偏或收缩时孔环是唯一的连接余量，一般要求孔环 ≥ 0.15mm。
图 4-3 通孔、盲孔、埋孔（6 层板示例）
- 通孔（Through）：贯穿全板，工艺简单成本最低，绝大多数信号和电源用它；
- 盲孔（Blind）：只从表层连到内层（如 L1→L3），用于 BGA 等高密度封装，激光钻孔，成本高；
- 埋孔（Buried）：埋在内层之间（如 L3→L5），不占表层空间，层数越多优势越明显，但压合工艺要求高。
选型原则：普通信号一律通孔；BGA 扇出、高密度板用盲孔；层数 ≥6 且信号量大才考虑埋孔，且板厂报价会明显上涨。
3.2 过孔的载流与散热
过孔也走电流，但截面积远小于走线，主要靠镀铜孔壁。经验值：0.3mm 孔径、1oz 铜的过孔，10°C 温升下约 0.7~1A（大孔径、厚铜会更高）。大电流路径（电机、加热、LED 驱动）常用"过孔阵列"并联，一方面分流降载流，另一方面把热量从顶层铜皮导到内层/底层散热。反过来说，散热过孔如果被阻焊盖油（尤其是厚阻焊），散热效果大打折扣，高发热器件下方应开窗或做散热焊盘。
3.3 过孔的寄生参数：高速设计的关键
过孔有寄生电感（约 0.5~1.5nH/个）和寄生电容，对高速信号影响显著：
- 时钟、USB、HDMI 等信号过换层过孔时，寄生电感会引起阻抗不连续和振铃，严重时误码；
- 过孔残桩（Stub，信号到达内层后继续穿过的未使用孔段）像一段短传输线，会在高速链路中产生反射，频率越高问题越大。对策：盲孔（没有残桩）、背钻（Back Drill，把残桩钻掉）或采用 HDI 工艺；
- 高速板还要关注"过孔焊盘悬空"问题------换层过孔的焊盘如果打在走线层上，会打断该层走线的参考平面。
4 实操：把规则落进 KiCad 并做载流核算
4.1 KiCad 设计规则设置
在 KiCad 中通过"设计规则编辑器"（快捷键 D 或菜单 Design → Rules）统一设置，避免布线时逐条改：
▍KiCad 规则设置要点
text
# KiCad 规则建议（首次打样参考）
线宽规则：默认 0.25 mm；电源线（VCC/GND/电机）1.0 mm 起，
大电流按第 1.2 节表格上调
线距规则：默认 0.20 mm；高压区按安规表单独约束
过孔尺寸：常规 0.3 mm 孔 / 0.6 mm 孔环；高密度 0.25 / 0.5
最小孔环：≥ 0.15 mm4.2 载流核算小脚本
在原理图阶段就可以用几行代码估算任意线宽/铜厚的载流能力：
▍载流估算（可贴进任意脚本环境运行）
python
# IPC-2221 外层走线经验式：I = k·ΔT^0.44·A^0.75
# k=0.048（外层）/ 0.024（内层）；A 单位 mil²，I 单位 A，ΔT 单位 °C
def trace_current(width_mm, copper_um, dT=10, inner=False):
w_mil = width_mm / 0.0254 # mm → mil
t_mil = copper_um / 0.0254
A = w_mil * t_mil # 截面积 mil²
k = 0.024 if inner else 0.048
return k * dT ** 0.44 * A ** 0.75 # 单位 A
for w in (0.25, 0.5, 1.0, 2.0):
print(f"线宽 {w:>4}mm / 1oz 铜 → 10°C 温升约 {trace_current(w, 35):.2f} A")4.3 打样前检查清单
- 跑一遍 DRC（Tools → Check），清零所有错误和警告；
- 用 3D 预览检查过孔、丝印、连接器是否冲突；
- 大电流回路画出来走一遍：从电源引脚 → 走线 → 过孔 → 负载，逐段核对线宽与过孔数；
- 高压区域对照安规表核对爬电距离，必要时开槽。
5 常见 Bug 与重难点速查
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| 现象 | 根因 | 对策 |
| 大电流走线烧断/板面起泡 | 线宽或铜厚不足，温升超标 | 按载流表加宽，或加铺铜、加过孔阵列 |
| 高压区短路、器件烧毁 | 爬电/电气间隙不足，污染导电 | 开槽、加大间距、洗板或喷三防 |
| 高速信号反射大、误码 | 过孔残桩、阻抗不连续 | 盲孔/背钻，控 50Ω 阻抗，补地孔 |
| 器件散热差、局部发烫 | 散热过孔被盖油/数量太少 | 开窗、加过孔阵列、加大焊盘 |
| 电源末端电压偏低 | 走线压降 I·R 累积 | 加粗、就近供电、减少过孔串联 |
| 打样良率低、孔偏断连 | 孔环太小，工艺余量不足 | 孔环 ≥0.15mm，孔径 ≥0.25mm |
【首次打样前把"大电流回路"单独画出来逐段标注线宽，比整板检查高效十倍------烧板几乎都发生在电源路径上。】
【"线宽 0.25mm 是默认值"只适用于小信号。任何大于 200mA 的线路，都要回到 IPC 经验式或载流表核算一次，这是新手与老手最直观的差距。】
6 小结
- 线宽由"截面积 = 线宽 × 铜厚"决定载流，IPC-2152 经验式 I = k·ΔT^0.44·A^0.75 是查表之外的兜底工具；
- 线距分电气间隙（空气）与爬电距离（表面），高压电路必须查安规表，开槽是加爬电距离的硬手段；
- 过孔分通/盲/埋，高速信号警惕过孔残桩与阻抗不连续，大电流用阵列过孔散热；
- 所有规则都要在 KiCad 规则编辑器里落地，DRC 清零再打样。