Strukturierte Masseflächen

Tach,

die wabenartigen Strukturen lassen sich einfacher herstellen, weil das 
Kupfer gleichmäßiger auf der Platine verteilt ist. Insbesondere beim 
Selberätzen ist das vor Vorteil - Laserdrucker haben in großen 
Masseflächen oft Löcher, Tintenstrahldruckern kann dort die Tinte 
verlaufen oder sich das Transparentpapier wellen.

Auch wenn die Leiterplatte starken Temperaturschwankungen ausgesetzt 
wird haben die Waben Vorteile - es können sich dann keine (mechanischen) 
Temperaturspannungen bilden, d.h. eine einseitige Leiterplatte verhält 
sich dann nicht wie ein Bimetall.

Grüße
Nicolas

Es geht noch um mehr. Eine wabenartige Masse hat weniger Kapazitaet, die 
Leitung hat dann eine hoehere Impedanz. Beim Selberaetzen kann man auch 
beidseitig volle Masse haben.

Bert schrieb:
> wieso sind manche Masseflächen wabenartig strukturiert?

Kenn ich eigentlich ausschliesslich bei (Starr-)Flexplatinen, hier dient 
es der Mechanik. Eine Flexplatine mit Wabenförmigen Flächen (das kann 
auch Vcc sein)läßt sich leichter biegen, bei einer Starr-Flex Platine 
ist die mech. Belastung am Starr-Flex Übergang deutlich kleiner.

Nicolas S. schrieb:
> Auch wenn die Leiterplatte starken Temperaturschwankungen ausgesetzt
> wird haben die Waben Vorteile - es können sich dann keine (mechanischen)
> Temperaturspannungen bilden, ...

Jede Platine ist mehr oder weniger starken Temperaturschwankungen 
ausgesetzt. Temperaturbedingtes Verziehen der Platine entsteht meist 
beim Löten (Reflow od.ä) oder Aufbringen von HAL Oberflächen und wird 
durch ungünstige Cu-Verteilung (eine Seite wenig Cu, andere Seite große 
Cu-Flächen) noch begünstigt.

Bei Starren Platinen würde ich auf Wabenförmige Flächen verzichten, hier 
entsehen eher Nachteile (hauptsächlich bei Impedanzen und bei 
Power-Planes).


> ... d.h. eine einseitige Leiterplatte verhält sich dann nicht wie ein
> Bimetall.

Ein Bimetall besteht, wie der Name es bereits sagt aus 2 
unterschiedlichen Metallen (die Oberfläche wie z.B. ch. Zinn der LP- 
lass ich mal aussen vor, die ist zu dünn). Zwei Cu-Flächen, die isoliert 
voneinander gegenüberstehen haben nix mit einem Bi-Metall zu tun.

Gruss Uwe

Ha-jetzt Aber schrieb:
> Eine wabenartige Masse hat weniger Kapazitaet, ...

Das ist ein Nachteil für Power-Planes, die dürfen (sollen) gerne viel 
Kapazität haben (vorrausgesetzt, GND und Vcc liegen sich nicht allzu 
entfernt voneinander).

> ... die Leitung hat dann eine hoehere Impedanz.
Auch nicht gewünscht, vor allem lässt diese sich nicht wirklich 
berechnen und die Wirkung auf die Signalintegrität kaum vorhersehbar/ 
simulierbar.

Also Finger weg von Wabenförmigen Strukturen auf Starren Platinen, bei 
Flex-Platinen kommt man gelegentlich nicht drumherum.


Gruss Uwe

Bert schrieb:
> Hast wohl auch beruflich damit zu tun wenn du so viel darüber weißt?

Uwe N. schrieb:
> Ein Bimetall besteht, wie der Name es bereits sagt aus 2
> unterschiedlichen Metallen (die Oberfläche wie z.B. ch. Zinn der LP-
> lass ich mal aussen vor, die ist zu dünn). Zwei Cu-Flächen, die isoliert
> voneinander gegenüberstehen haben nix mit einem Bi-Metall zu tun.

Hallo zusammen,

nein, ich habe beruflich gar nichts damit zu tun, komme aus einer ganz 
anderen Richtung.

@Uwe:
hast Du schonmal gesehen, wie sich eine erwärmte Leiterplatte verbiegt? 
Sehr eindrucksvoll ist das bei einseitigen Hartpapierleiterplatten mit 
großen Masseflächen zu sehen. Das Basismaterial hat eben einen anderen 
Temperaturausdehnungskooeffizienten als das Kupfer, das Kupfer 
allerdings die größere Dehnsteifigkeit. Oder wenn ganz billiges 
Hartpapier naß wird - gleicher Effekt. Eben wie beim Bimetall.

Ha-jetzt Aber schrieb:
> Es geht noch um mehr. Eine wabenartige Masse hat weniger Kapazitaet

Danke, den Effekt habe ich vergessen. Allerdings glaube ich, ehrlich 
gesagt, daß in mehr als 90% der Fälle dieser Effekt nicht bewußt genutzt 
wird sondern aus einem Akt der Esotherik heraus eingebracht wird.

viele Grüße
Nicolas

>> ... die Leitung hat dann eine hoehere Impedanz.
Auch nicht gewünscht, vor allem lässt diese sich nicht wirklich
berechnen und die Wirkung auf die Signalintegrität kaum vorhersehbar/
simulierbar.

Aha. Sowas... Also es gibt Anwendungen wo man Signale mit hoher Impedanz 
hat, zB pH zellen oder so, da moechte man keine Kapazitaeten mehr 
umladen, aber trotzdem die Schirmwirkung geniessen. Natuerlich kann man 
Leitungen ueber einer Stuktur rechnen. Wenn unten nur ein viertel Kupfer 
ist, so ist die Kapazitaet naeherungsweise auch ein Viertel.

Ha-jetzt Aber schrieb:
> ..., zB pH zellen oder so, ...

Was bitte ??

> Natuerlich kann man
> Leitungen ueber einer Stuktur rechnen. Wenn unten nur ein viertel Kupfer
> ist, so ist die Kapazitaet naeherungsweise auch ein Viertel.

Du täuscht dich, das ist mathematisch komplexer und komplizierter als du 
meinst. Aber du kannst gerne das Verfahren erläutern - mit solchem Know 
How kannst du dich bei z.B. Polar Instruments als Programmierer oder 
Mathematiker bewerben. Die Jungs haben wirklich Ahnung von der Materie - 
aber für dieses Problem noch keine Lösung - du aber scheinbar. LOL.

Nachtrag:

Kapazitäten näherungsweise ermitteln ist (meistens) ok, bei Impedanzen 
ist dies kritischer. Bei Polar arbeitet man AFAIK an diesem Problem. Die 
erschlagen das Problem zur Zeit mit Korrektur-Faktoren - ist also nicht 
so genau wie gehofft.

Hallo Reinhard,

> Wahrscheinlich hat sich die Musterung von Flächen auch deswegen
> gehalten, weil solche Platinen für den Laien so professionell aussehen, > obwohl 
das überhaupt nicht zutrifft.

Bei Xilinx gibt es offenbar immer noch diese Vorstellung ;-), siehe
http://www.xilinx.com/products/devkits/EK-S6-SP601-G.htm

Ich glaube aber eher, hier geht es um eine möglichst gleichmässige 
Erwärmung und Wärmeabgabe der Platine beim Löten, um ein Verziehen des 
Multilayers weitgehend zu vermeiden.

Komisch ausschauen tut es trotzdem.


Gruss Uwe

Reinhard Kern schrieb:
> Da niemand mehr solche Platinen fertigt, hat sich das erledigt,
> durchgehende Masselagen sind elektrisch vorteilhafter.

Für's Selberätzen mach' ich das zuweilen aus o. gen. Gründen
(gleichmäßigerer Tonerauftrag beim Laserdrucker) trotzdem nach wie
vor so.

Für eine gefertigte Platine müsste es schon gute Gründe geben, es
so machen zu lassen.

Bert schrieb:
> Um Kupfer zu sparen?
Wo wird denn da gespart? :-)

Bert schrieb:
> Impedanzen sind nur komplexe Widerstände, du meinst wohl
> Kapazität/Induktivität ;)

Nein - ich schrieb von Impedanzen, weil ich die auch meinte.
In der Praxis wird seltenst eine bestimmte Kapazität der Power Plane 
spezifiziert, es ist immer die Impedanz der Signale, die mit +/-10% 
Genauigkeit gefordert wird.

Hast du schon mal mit definierten Impedanzen (z.B. 50 Ohm) gearbeitet ?

>Eine wabenartige Masse hat weniger Kapazitaet, die
>Leitung hat dann eine hoehere Impedanz.

wieso höher ? aus dem Bauch würd ich sagen die wird geringer.

>stammt aus einer Zeit, als
>auf Platinen Bleizinn aufgebracht und dann der Lötstopplack darüber
>gedruckt wurde

Wieso wurde das früher so gemacht ?

Laborsauron

Wenn das als Plotterdatei abgespeichert wird, brauchen Waben weniger 
Speicherplatz, das könnte früher mal ein Grund gewesen sein. Oder der 
Plotter braucht nicht so lange zur Ausgabe.
Reinhards Argument stimmt aber auch, die Verzinnung wird gleichmäßiger, 
und der Lötstoplack bekommt nicht die "Orangenhaut".

Die Leitungsimpedanz ist Induktivitaetsbelag (nH/m) dividiert durch 
Kapazitaetsbelag (nF/m). Dh mit einem Kapazitaetsbelag gegen Null steigt 
die Impedanz.

Den Kapazitaetsbelag kann man rechnen. Man muss die Feldverteilung mit 
finiten Elementen rechnen - das war's. Eventuell mal bei CST 
vorbeischauen. Ich arbeit da mit der Mikrowellensimulation und es gibt 
auch eine Simulation die fuer Frequenzen gegen Null geht. Die 
Gleichungen sind nicht wirklich schwierig. Ich sollt diese Polar-Leute 
beraten...

@ Hacky:

Ich sprach NICHT vom Kapazitätsbelag, den rechnet das Polar Tool auch 
aus.
Es ging um Impedanzberechnungen mit einer Wabenförmigen Masse-Struktur 
als Referenz. Und das schafft auch CST nur Näherungsweise.

Michael Sauron schrieb:
>>Eine wabenartige Masse hat weniger Kapazitaet, die
>>Leitung hat dann eine hoehere Impedanz.
>
> wieso höher ? aus dem Bauch würd ich sagen die wird geringer.

Dein Bauch sagt falsch. Die Kapazität ist ein komplexer Leitwert, kein 
Widerstand. Deswegen heissts ja auch Xc=1/jwC!

Reinhard Kern schrieb:
> weil man meines Wissens
> bleifreie Lötlegierungen nicht galvanisch aufbringen kann.

Nö, Reinzinn (was ja durchaus auch als "bleifreie Lötlegierung"
gelten kann, zumindest ist es RoHS-kompatibel und beliebig mit
einem normalen bleifreien oder bleihaltigen Lot kombinierbar)
dürfte sich deutlich einfacher galvanisch aufbringen lassen als
eine Blei-Zinn-Mischung.  Metallmischungen sind in der Galvanik
immer ein Problem.

Sorry, so ganz habe ich dich hier noch nicht verstanden.

Hast du vielleicht einen Link auf irgendeinen Artikel, der das mal
etwas detaillierter beschreibt?  (Während meiner Technologie-
Ausbildung hat noch nichtmal jemand von RoHS geträumt. ;-)

Reinhard Kern schrieb:
> Was vielleicht noch nicht klar ist: HAL ist der letzte Prozessschritt,
> nach Ätzen, Galvanik und LSM drucken.

Das ist mir schon klar.  Aber warum diese Schicht kein reines Zinn
ist, die da vorher (galvanisch) aufgebracht wird, ist mir nicht klar.
Ein reines Metall ist doch (so zumindest das, was man mir mal
beigebracht hat ;) in der Galvanik immer einfacher handhabbar als
eine Mischung von Metallen (von "Legierung" kann man ja da noch
nicht sprechen), und der Unterschied im Schmelzpunkt zwischen den
üblichen Bleifrei-Loten (217 °C) und reinem Zinn (232 °C) ist ja nun
nicht gerade riesig.

Was mir auch nicht ganz klar ist ist, was du mit "Ätzreserve" meinst.
Ich dachte, dass die Schicht sogar als Ätzresist benutzt wird.  Wie
gesagt, LP-Technologie habe ich irgendwann Mitte/Ende der 1980er
Jahre das letzte mal gehört bzw. auch im Praktikum selbst gemacht.

Es gibt noch einen Grund warum wabenartige Masseflächen nach Möglichkeit 
nicht verwendet werden sollten. Unser Platinenhersteller hat uns gebeten 
nach Möglichkeit bei Masseflächen Gitterstrukturen zu vermeiden.

Der Grund ist, dass gewisse CAM Gerber Ueberpruefungen seitens der PCB 
Firma nicht komplett von einem CAM Programm durchgeführt werden können 
und die Gitterstrukturen visuell sehr ermüdend sind, hauptsächlich weil 
Leitungsstrukturen im Meer der Linien untergehen.

Ich unterhalte mich ab und zu mit den Leuten von der CAM Abteilung und 
es wurde mir beschrieben wie der Arbeitsablauf vom CAM Editing vor sich 
geht. Dabei wurde mir erst klar welchen Arbeitsaufwand solche Strukturen 
diesen Leuten verursachen können.

Ich bin der Meinung dass man unseren Kollegen in anderen Firmen nicht 
vorsätzlich das Leben schwer machen sollte, auch wenn sie nicht 
unmittelbar Kollegen der eigenen Firma sind.

Ich kann hier nur von der Firma sprechen die unsere Prototypen Platinen 
fertigt. Inwieweit dieses Problem andere PCB Firmen betrifft kann ich 
nicht beurteilen und es ist möglich dass viele andere Firmen wenig 
Probleme damit haben.


mfg,
Gerhard