Tach, wieso sind manche Masseflächen wabenartig strukturiert? Um Kupfer zu sparen? Dass Masseflächen eine Impedanz haben ist klar, nur ist mir nicht klar wie diese Struktur das beeinflussen könnte. Grüße Bert
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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
Vielen Dank für die ausführliche und aufschlussreiche Antwort :) Hast wohl auch beruflich damit zu tun wenn du so viel darüber weißt?
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.
Hallo, die Empfehlung für strukturierte Masselagen stammt aus einer Zeit, als auf Platinen Bleizinn aufgebracht und dann der Lötstopplack darüber gedruckt wurde - beim Löten schwamm der Lötstopplack auf dem flüssigen Zinn und zerriss dabei oft auf grösseren Masseflächen. Die Unterbrechungen in der LSM boten dem Lötstopplack Halt auf dem FR4-Material. Da niemand mehr solche Platinen fertigt, hat sich das erledigt, durchgehende Masselagen sind elektrisch vorteilhafter. 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 Flex ist das was anderes, aber auch da ist die Strukturierung rein elektrisch von Nachteil, man muss also einen Kompromiss schliessen. Zweifellos liesse sich eine LP am besten biegen, wenn garkeine Massefläche drauf wäre, aber das lässt halt die (elektromagnetische) Physik nicht zu. Gruss Reinhard
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.
> Wo wird denn da gespart? :-)
Wird bei "professionellen" Platinen jenseits 2lagig nicht nur mit einer
dünnen Kupferschicht (17u oder so) gearbeitet, wo nach dem Ätzen die
Restmenge noch galvanisch aufgebracht wird? Dann spart man wirklich...
Uwe N. schrieb: > Kapazitäten näherungsweise ermitteln ist (meistens) ok, bei Impedanzen > ist dies kritischer. Impedanzen sind nur komplexe Widerstände, du meinst wohl Kapazität/Induktivität ;)
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!
Michael Sauron schrieb: >>stammt aus einer Zeit, als >>auf Platinen Bleizinn aufgebracht und dann der Lötstopplack darüber >>gedruckt wurde > > Wieso wurde das früher so gemacht ? Hallo, soweit ich mich erinnere, das war wohl so 1980, 1990: die damalige Glanzzinntechnologie war massiv problembehaftet, v.a. grosse Überhänge von Zinn nach dem Ätzen, die wegbrachen und Kurzschlüsse verursachten, und selektiv verzinnen oder bleiverzinnen war zu aufwendig. Bleizinn als Ätzreserve und LSM drüber war am billigsten. Deswegen hat man das für billige Versionen auch noch lange beibehalten, aber eigentlich müsste ROHS der Methode den Garaus geacht haben, weil man meines Wissens bleifreie Lötlegierungen nicht galvanisch aufbringen kann. Heute nimmt man als Ätzreserve Zinn oder Nickellegierungen, die diese Nachteile nicht haben und die auch nicht unter der LSM schmelzen. Oder man entfernt die Ätzreserve ganz, druckt LSM aufs (ev. schwarzoxidierte) Kupfer und die noch offenen Pads werden heissluftverzinnt (je nach Anforderung mit oder ohne Blei = ROHS). Nennt sich HAL, ist üblich und auch ziemlich optimal. Gruss Reinhard
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. Um die geht es ja auch nur in 2. Linie, der Effekt tritt auf zwischen Materialien verschiedener thermischer Ausdehnung, völlig unabhängig davon ob es sich um Metalle handelt - in dem Fall zwischen Kupfer und FR4-Material. Es sei denn, er wird ausgeglichen durch eine gleiche Kupferfläche auf der anderen Seite - das ist dann sozusagen ein BiBi-Material. Dadurch wird auch verständlich, warum die Kupferbelegungen symmetrisch sein müssen. Dass eine Wabenstruktur die Biegung komplett vermeidet ist auch nur ein Gerücht. Geringer wird sie schon. Das mit der Isolierung ist wohl eine Verwechslung mit thermoelektrischen Effekten und hat hier nichts zu suchen. Gruss Reinhard
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.
Jörg Wunsch schrieb: > 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. Hallo, da geht was komplett durcheinander. An der Stelle geht es um eine Metallschicht als Ätzreserve, und da bilden sich immer Überhänge an den Flanken, bei Zinn sogar recht grosse. Daher MÜSSEN solche Schichten umschmolzen werden, sowohl um die Überhänge zu beseitigen (die führen sonst zu Kurzschlüssen) als auch um die sonst offenen Flanken zu schützen. Das geht mit Zinn nun mal nicht, bzw. das Material würde die nötigen Temperaturen nicht überstehen. Umschmelzen geht praktisch nur mit Legierungen. Eben deshalb wird heute ja auch heissluftverzinnt, natürlich nicht mit Zinn, sondern mit einer geeigneten und ROHS-konformen Legierung, und zwar aus dem gleichen Grund: es heistt zwar heissluftverzinnen, aber mit Zinn geht es nicht. Und auch nicht mit Nickel, Silber oder Gold. Natürlich gehe ich hier nicht auf irgendwelchen Murks ein wie das Entfernen von Ätzüberhängen mit der Wurzelbürste (wer hat schon eine 100 µ Wurzelbürste), sondern nur auf bewährte Prozesse. Gruss Reinhard
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. ;-)
Jörg Wunsch schrieb: > Sorry, so ganz habe ich dich hier noch nicht verstanden. > Hast du vielleicht einen Link auf irgendeinen Artikel, der das mal > etwas detaillierter beschreibt? Hallo, es gibt Hersteller, die ihren Herstellungsprozess beschreiben, aber nicht, WARUM sie das so machen - ist ja auch in Teilen Betriebsgeheimnis. Ich fürchte ich müsste das selber schreiben, aber wozu? Es käme fast von selbst ein Buch über LP-Technologie heraus, und dafür gibt es nicht genug Kunden. Was vielleicht noch nicht klar ist: HAL ist der letzte Prozessschritt, nach Ätzen, Galvanik und LSM drucken. Da kannst du also kein galvanisches Zimm mehr aufbringen, weil ja Pads und Leiterbahnen schon getrennt sind und keinen Stromanschluss mehr haben. Allenfalls ginge chemisch Zinn, aber die Bäder sind teuer, und galvanisch abgeschiedenes Metall ist aufgeschmolzenem nicht gleichwertig wegen der eingebauten Spannungen. Für einen Bastler kann chemisch Zinn attraktiv sein weil eine HAL-Anlage mehrere 100 kEUR kostet und mehr Strom braucht als ein Haushalt normalerweise hat. Gruss Reinhard
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.
Jörg Wunsch schrieb: > Was mir auch nicht ganz klar ist ist, was du mit "Ätzreserve" meinst. > Ich dachte, dass die Schicht sogar als Ätzresist benutzt wird. Hallo, einigen wir uns auf Ätzresist, das meine ich ja auch. Ich zitiere mich mal selbst: "An der Stelle geht es um eine Metallschicht als Ätzreserve, und da bilden sich immer Überhänge an den Flanken, bei Zinn sogar recht grosse." Das kann man nicht so lassen, aber wenn du darauf hinweist, dass man das mit etwas höheren Temperaturen ja umschmelzen könnte, läufst du genau in die Falle, die wir gerade umgangen haben: dann schmilzt dir das Zeug eben auch beim Löten unter der Maske. Die Gefahr ist heute sowieso viel grösser als zu Bleizinn-Zeiten, weil die Löttemperaturen generell höher geworden sind. Damals konnte man sich noch darauf verlassen, dass Reinzinn beim Löten nicht schmilzt, würde ich heute nicht mehr. Man kann also Zinn als metallischen Ätzresist verwenden, ist auch nicht unüblich, aber das wird nach dem Ätzen entfernt. Nebenbei braucht man fürs Ätzen nur recht dünne Schichten. Die LSM ist am besten auf schwarzoxidiertem Kupfer untergebracht. Wenn du dir z.B. Motherboards anschaust, sind die Leiterbahnen meistens dunkelbraun bis schwarz. Damit ist die Haftung optimal, wie auch bei ML-Innenlagen. Falls jetzt jemand der Meinung ist, Leiterplatten herstellen sei ja ganz primitiv - das ist nur ein kleiner Ausschnitt der technologischen Fragen. Gruss Reinhard
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
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