Leiterbahnbreite

2020-06-12T08:15:18Z

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Hier wird die Strombelastbarkeit einer Leiterbahn in Abhängigkeit von der Breite und der zulässigen Erwärmung dargestellt. Die Angaben gelten für eine Leiterbahndicke von 35µm (engl. 1 ounce per square feet, eine Unze pro Quadratfuß). Für übliches FR4 mit anderen Kupferdicken können die Werte nicht einfach linear umgerechnet werden, man nutzt besser die Tabellen in den verlinkten Dokumenten.

{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
!colspan="2" rowspan="3"| Leiterbreite
!colspan="4" | Kupferdicke [µm]
!colspan="2" | Kupferdicke [µm]
|-
!colspan="2" | 35
!colspan="2" | 70
! 35
! 70
|-
!colspan="4" | zulässige Stromstärke [A] bei Erwärmung um
!colspan="2" | mΩ/cm
|-
! [mm] || [mil] || 10 K || 30 K || 10 K || 30 K
!
!
|-
| 0,10 || 4 || 0,2 || 0,4 || 0,4 || 0,8 || 50,9 || 25,4
|-
| 0,15 || 6 || 0,3 || 0,6 || 0,6 || 1,2 || 33,9 || 17,0
|-
| 0,20 || 8 || 0,4 || 0,8 || 0,8 || 1,6 || 25,4 || 12,7
|-
| 0,25 || 10 || 0,5 || 1,0 || 1,0 || 2,0 || 20,3 || 10,2
|-
| 0,30 || 12 || 0,6 || 1,2 || 1,2 || 2,3 || 17,0 || 8,48
|-
| 0,5 || 20 || 1,0 || 2,0 || 2,0 || 3,5 || 10,2 || 5,09
|-
| 1,0 || 39 || 2,2 || 3,6 || 3,5 || 5,8 || 5,09 || 2,54
|-
| 1,5 || 59 || 3,0 || 4,6 || 4,5 || 7,5 || 3,39 || 1,70
|-
| 2,0 || 79 || 3,8 || 6,5 || 6,0 || 10,0 || 2,54 || 1,27
|-
| 3,0 || 118 || 4,5 || 8,0 || 7,5 || 14,0 || 1,70 || 0,848
|-
| 4,0 || 157 || 6,0 || 10 || 9,0 || 17,0 || 1,27 || 0,636
|-
| 5,0 || 197 || 7,0 || 12 || 10,0 || 19,0 || 1,02 || 0,509
|-
| 6,0 || 236 || 7,5 || 14 || 11,0 || 22,0 || 0,848 || 0,424
|-
| 8,0 || 315 || 9,0 || 17 || – || – || 0,636 || 0,318
|-
| 10 || 394 || 10 || 20 || – || – || 0,509 || 0,254
|}

Der Zusammenhang zwischen dem Abstand der Leitungen und der Spannung ist mit 5V/mil ~200V/mm angegeben. Dabei ist zu beachten, dass für Netzspannung größere Sicherheitsabstände einzuhalten sind (Quelle: Art Of Electronics, 2. Ausgabe, Seite 841). Siehe auch [[Leiterbahnabstände]].

Es ist eine bisweilen weit verbreitete Unsitte, die Strombelastbarkeit von Leiterbahnen durch dickes Verzinnen erhöhen zu wollen. Fakt ist
* Der spezifische Widerstand von Kupfer beträgt 17,8mΩ·mm2/m
* Der spezifische Widerstand von Lötzinn Sn60Pb beträgt ca. 150mΩ·mm2/m

Daraus folgt, dass eine Schicht aus Lötzinn ca. 8,4 mal so dick sein muss wie eine Kupferschicht, um den gleichen Widerstand zu erreichen. Im Falle des oft verwendeten FR4 mit 35µm Kupfer wären das 0,3mm. Bei 70µm Kupfer wären schon 0,6mm nötig. Und dadurch wird der Gesamtwiderstand gerade mal halbiert und die Strombelastbarkeit bei gleicher Erwärmung steigt wegen
: P = I2·R
nur um den Faktor 1,41. Wesentlich sinnvoller und professioneller ist das Auflöten von massivem Kupferdraht oder Aufschrauben von Kupferschienen.

Die Breite der Leiterbahnen ist im wesentlichen nur für die Stromversorgung sowie Masseleitungen von Bedeutung. Bei reinen Meß- und Steuersignalen – wie sie z. B. in analogen Messschaltungen mit Operationsverstärkern oder Digitalschaltkreisen auftreten – empfiehlt es sich übrigens die Leiterbahnen möglichst ''schmal'' zu halten. Das minimiert die Kapazitäten und somit die Schwingungsneigung der Schaltung.

siehe auch: [[Eagle_im_Hobbybereich#Empfehlungen_für_Leiterbahnen_im_Hobbybereich | Empfehlung für Leiterbahnbreiten im Hobbybereich]]

== Pulsbelastung von Leiterbahnen ==

Siehe http://oliverbetz.de/pages/PIM/ImpulsBelastbarkeit.

Bezogen auf Kupfer mit <math>\rho_E=17,8 \cdot 10^{-9} \Omega m, \rho=8900 kg/m^3, C=385 J/(kg \cdot K)</math> und der
Fläche A in mm2 heißt das vereinfacht

<math>\Delta T = 5,2 \cdot 10^{-3} \cdot \frac{ I^2 \cdot t}{A^2}</math>

Dies gilt für einen rechteckförmigen Stromimpuls, für andere Pulsformen muss mittels Messung oder Simulation der entsprechende <math>I^2t</math> Wert ermittelt werden.

Beispiel:

<math>\Delta T = 5,2 \cdot 10^{-3} \cdot \frac{ (1000A)^2 \cdot 1ms}{(1mm^2)^2}=5,2K</math>

== Siehe auch ==

*[http://www.mikrocontroller.net/topic/283734#3004573 Forumsbeitrag]: Unglaublich hohe Stromdichte?
*[https://www.mikrocontroller.net/topic/374665?goto=4245383#4245383 Forumsbeitrag]: Strombelastbarkeit von VIAs
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/484495#6037429 Forumsbeitrag]: IC oben, Kühlkörper unten?

== Weblinks ==

*[http://www.pcb-pool.com/download/spezifikation/deu_cmso001_strombelastbarkeit.pdf Leiterbahnspezifikationen] von [http://www.pcb-pool.de PCB-Pool]
*[http://wiki.oliverbetz.de/owiki.php/FormelSammlung Formelsammlung von allem Möglichem]
* [http://circuitcalculator.com/wordpress/2006/01/31/pcb-trace-width-calculator/ Online Calculator]--> Achtung: Metrische Ergebnisse falsch!
* [https://forum.dmxcontrol-projects.org/core/index.php?attachment/6839-ampacity-pdf/ Belastbarkeit von Basismaterial, Leiterbahnen und Durchkontaktierungen]
*[https://www.multi-circuit-boards.eu/leiterplatten-design-hilfe/oberflaeche/leiterbahn-strombelastbarkeit.html Leiterbahn / Strombelastbarkeit] von [https://www.multi-circuit-boards.eu Multi-CB]
* [http://circuitcalculator.com/wordpress/2006/03/12/pcb-via-calculator/ PCB Via Calculator ], elektrische und thermische Eigenschaften von VIAs berechnen
* [http://www.electronics-cooling.com/2004/08/thermal-vias-a-packaging-engineers-best-friend/ Thermal Vias – A Packaging Engineer’s Best Friend]
* [https://www.amazon.com/PCB-Trace-Via-Currents-%20Temperatures/dp/1530389437/ref=la_B001IR1JBS_1_4?s=books&ie=UTF8&qid=1476216597&sr=1-4 Douglas G. Brooks PhD: PCB Trace and Via Currents and Temperatures:: The Complete Analysis (2nd ed.)] ISBN 1541213521 (oder 978-1541213524)
*[https://www.eevblog.com/2012/07/21/eevblog-317-pcb-tinning-myth-busting/ eevblog-317-pcb-tinning-myth-busting], engl. Video
[[Category:Platinen]]
[[Kategorie:Spannungsversorgung und Energiequellen]]

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