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Forum: Platinen Wärmeentwicklung bei Leiterbahnen


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Autor: Fabian Prein (Gast)
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Hallo,

vielleicht könnt Ihr mir helfen. Ich habe vor Jahren Aufnahmen einer 
Wärmebildkamera gesehen die Leiterbahnen mit unterschiedlichen Winkeln 
aufnahm. Also die Wärmeentwicklung von Leiterbahnen mit 45°, 90° und 
>90° Winkeln zeigt. Leider finde ich diese Aufnahmen nicht mehr. Kann 
mir da jemand weiterhelfen.

Vielen Dank

: Verschoben durch Moderator
Autor: Klaus R. (klara)
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Autor: Fabian Prein (Gast)
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Hallo Klaus,
das ist nicht was ich suche.

Autor: Peter Petersson (Gast)
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Kenne die Aufnahmen nicht aber was ist denn die zugrunde liegende Frage?

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Klingt so, als ob der Winkel eine Rolle bei der Wärmeableitung spielen 
könnte. Kann ich mir aber nicht vorstellen.

Autor: Fabian Prein (Gast)
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Die Frage ist: Wie ist die Wärmeverteilung innerhalb einer Leiterbahn 
bei unterschiedlichen "Knickwinkeln"

Autor: Fabian Prein (Gast)
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Hier ist mal eine Simulation. Ich weiß aber das es im Netz original 
Wärmebild aufnahmen gibt

Autor: Wühlhase (Gast)
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Stromdichte != Temperatur

Autor: Ingo Less (Gast)
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Wühlhase schrieb:
> Stromdichte != Temperatur
Stromdichte ~ Temperatur

Autor: Fabian Prein (Gast)
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Kennt niemand Simulationen oder Wärmebildaufnahmen eines gewinkelten 
Leiters?

Autor: Physikinteressierter (Gast)
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Ich bezweifle, dass es hierbei mehr als theoretische Unterschiede in der 
Temperatur geben dürfte.
Auch wenn, wie ein Vorposter bemerkte, die Stromdichte mit der 
Wärmeentwicklung korreliert, kommen dann etliche weitere Punkte zum 
tragen:
* die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist ausgesprochen gut,
  die vom Platinenmaterial im Vergleich sehr schlecht
* die Wärmeabstrahlung findet also über die Oberfläche statt, dabei 
spielen Winkel der Leiterbahnen keine Rolle.
* dies wäre anders, wenn die Leiterbahnen mehrere mm dick wären, weil 
dann auf der Aussenseite eines Winkels deutlich mehr Wärme abgeben 
würde, als innerhalb eines Winkels, wo sich die umgebende Luft dann auch 
noch mehr erwärmen würde.
Insofern bin ich wirklich gespannt, ob es hier mehr als akademische 
Unterschiede im 1/10°C Bereich gibt. Zumal ja eine Leiterbahn, die 
merklich warm wird, ohnehin falsch dimensioniert ist (Wärmeleitflächen 
ausgenommen).

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Bei den heute üblichen Geschwindigkeiten sollte man die Kurven nicht zu 
eng machen, sonst fliegen die Elektronen heraus :-)

Autor: georg (Gast)
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Stefanus F. schrieb:
> sollte man die Kurven nicht zu
> eng machen, sonst fliegen die Elektronen heraus :-)

Dagegen spricht aber, dass die Leiterbahnen laut Simulation innen heiss 
und aussen kalt sind - geradeaus fliegende Elektronen müssten aber 
aussen gegen das Ende der Leiterbahn prallen, innen wären garkeine.

Ich schätze die Simulation ist für Leiterbahnen von einigen mm Breite 
erstellt worden und soll die end- und sinnlose Diskussion über 
45-Grad-Ecken befeuern. Für heutige Leiterbahnen um die 5 mil Breite ist 
das ganze völlig irrelevant.

Georg

Beitrag #5837081 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Peter Petersson (Gast)
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Ich denke deine Simulation zeigt den prinzipiellen Einfluss sehr gut. 
Wobei du in der Realität ein Layout nie so an der Grenze dimensionieren 
solltest, dass die etwas ausmachen. Wenn überhaupt ist eher der 
Hintergedanke wichtig, dass du dir eine höhere Kapazität einfängst, je 
spitzer der Winkel der Leiterbahn ist. Das ganze wird aber wiederum erst 
bei sehr hohen Frequenzen wichtig.

Autor: Wühlhase (Gast)
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Ingo Less schrieb:
> Wühlhase schrieb:
>> Stromdichte != Temperatur
> Stromdichte ~ Temperatur

Überleg dir mal, wie sich die Leitfähigkeit von Cu zur Temperatur 
verhält. Und was daß mit der Stromdichteverteilung macht. Da korrelieren 
noch einige andere Faktoren mit.

Aufgrund der Stromdichte auf die Temperatur zu schließen halte ich daher 
für unsinnig. Und ich schätze, der Effekt der Leitfähigkeitsänderung bei 
Temperaturänderung wurde in der Simulation da oben nicht berücksichtigt.

Autor: Msd (Gast)
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Peter Petersson schrieb:
> Das ganze wird aber wiederum erst
> bei sehr hohen Frequenzen wichtig.

Nein es wird auch bei hohen Frequenzen nicht "wichtig". Es hat einen 
Effekt, aber der ist zu vernachlässigen was die EMI-Eigenschaften 
angeht.

Siehe hier 
http://montrosecompliance.com/wp-content/uploads/2014/09/corners-USA.pdf

Autor: michael_ (Gast)
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Fabian Prein schrieb:
> Hier ist mal eine Simulation. Ich weiß aber das es im Netz
> original
> Wärmebild aufnahmen gibt

Hast du die selbst gemacht?
Wo ist die her?

Sieht mir eher nach einer mechanischen Belastung unter Finite Elemente 
aus.

Warum sollten die Elektronen im Spitzwinkel die Kurve nicht kriegen?
Eigentlich ist es nur eine Verbreiterung der Leiterbahn.
Je spitzer, desto mehr Cu, desto bessere Kühlung.

Deine Simulation leuchtet mir nicht ein.

Autor: Sebastian (Gast)
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Der Strom nimmt den kürzesten Weg. Um die Ecke ist die Stromdichte somit 
höher als aussen. Dadurch hat man eine Erwärmung und eine bessere 
Leitfähigkeit.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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michael_ schrieb:
> Warum sollten die Elektronen im Spitzwinkel die Kurve nicht kriegen?

Das war ein Witz

Autor: Wolfgang (Gast)
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Physikinteressierter schrieb:
> Zumal ja eine Leiterbahn, die merklich warm wird, ohnehin falsch
> dimensioniert ist (Wärmeleitflächen ausgenommen).

Was meinst du wohl, warum bei der Dimensionierung von Leiterbahnen neben 
der Stromstärke als weiterer zentraler Parameter die zulässige Erwärmung 
in die Rechnung eingeht.

Autor: HildeK (Gast)
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Physikinteressierter schrieb:
> Zumal ja eine Leiterbahn, die
> merklich warm wird, ohnehin falsch dimensioniert ist

Ja. Layouter haben zwar üblicherweise Tabellen zur Hand, die ihnen bei 
geg. Stromstärke und Breite eine Temperaturerhöhung angeben. Der 
Hintergrund sind Sicherheitsaspekte. Meist sind die Tabellen nutzlos 
bzw. nicht hilfreich:
Bei vielen modernen Designs mit FPGAs, schnellen Prozessoren etc. sind 
die Core-Spannung relativ klein (bis <1V), demnach die Ströme größer und 
außerdem die Spannungstoleranz der ICs oftmals <5%, so dass das 
Hauptproblem der Spannungsabfall auf den Zuleitungen ist.
Zwangsweise will man den so klein wie möglich halten und damit tritt das 
Problem einer Erwärmung der Leiterbahn weit in den Hintergrund. Die sind 
dann möglichst als Fläche ausgeführt und an den Ecken passiert nichts 
messbares.

Das ist sicher anders bei der Versorgung einer Hochstromlast aus 12V 
oder mehr, wo der Spannungsabfall oft nicht so sehr im Vordergrund 
steht. Da wird man entsprechend breite (und dicke) Leiterbahnen 
verwenden und dann fallen Effekte an Ecken auch nicht auf und sind nur 
noch akademisch.

Autor: Robert S. (robert_s68)
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Sebastian schrieb:
> Der Strom nimmt den kürzesten Weg. Um die Ecke ist die Stromdichte
> somit
> höher als aussen. Dadurch hat man eine Erwärmung und eine bessere
schlechtere
> Leitfähigkeit.

Metalle haben üblicherweise einen höheren Widerstand bei höherer 
Temperatur (positiven Temperatur-Koeffizienten).

Autor: Wolfgang (Gast)
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Sebastian schrieb:
> Der Strom nimmt den kürzesten Weg. Um die Ecke ist die Stromdichte somit
> höher als aussen. Dadurch hat man eine Erwärmung und eine bessere
> Leitfähigkeit.

Die fehlen wohl noch ein paar Grundlagen.

Die Länge des Weges ist dem Strom völlig egal.

Der orientiert sich am Weg des kleinsten Widerstandes, d.h. je größer 
der Widerstand des Stromweges, um so weniger Strom fließt dort.
Um Hochfrequenz geht es hier wohl nicht.

Und das mit dem positiven TK hat Robert schon ganz richtig angemerkt.

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