Die Leiterbahnbreite ist eine der entscheidenden Entscheidungen beim Entwurf des Leiterplattenlayouts. Sie kann die optimale Leistung und Zuverlässigkeit elektronischer Geräte beeinflussen. Bei der Berechnung der Leiterbahnbreite müssen viele Faktoren berücksichtigt werden, darunter Strombelastbarkeit, Temperaturanstieg, Fertigungsbeschränkungen usw. Dieser Leitfaden führt Sie durch die wesentlichen Faktoren, die die Wahl der Leiterbahnbreite auf der Leiterplatte beeinflussen, und erläutert, wie Sie die ideale Breite berechnen.
Was ist die Leiterbahnbreite auf Leiterplatten und warum ist sie wichtig?
Ein in das Substrat geätzter leitender Kanal heißt PCB-Spur. Seine Funktion besteht darin, jede Art von elektrischem Signal (digital, analog oder Strom) zwischen zwei Knoten zu verbinden. Der Verbindungspunkt einer Spur kann ein Komponentenstift, ein Spurzweig, ein leeres Pad oder ein Testpunkt sein. Die Leiterbahnbreite einer Leiterplatte ist die Breitenabmessung des Leiterpfads und wird normalerweise in Mils oder Tausendstel Zoll angegeben.
Die Leiterbahnbreite einer Leiterplatte beeinflusst direkt den zulässigen Strom in der Leiterbahn. Die ideale Leiterbahnbreite verursacht keinen Wärmestau. Sie kann effektiv bei Stromfluss, Wärmemanagement, Signalintegrität usw. helfen.
Welche Faktoren beeinflussen die Wahl der Leiterbahnbreite?
Erfahren Sie mehr über die Bedeutung der Leiterbahnbreite. Wir werden die 7 wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl der geeigneten Leiterbahnbreite zu berücksichtigen sind, eingehend untersuchen.
Aktuelle Tragfähigkeit
Der Hauptzweck der Leiterbahnen besteht in der Verarbeitung elektrischer Signale. Die Leiterbahnbreite einer Leiterplatte wirkt sich direkt auf die Stromleitfähigkeit der Leiterbahn aus. Die Leiterbahnbreite sollte in der Lage sein, den erwarteten Strom des Schaltkreises zu bewältigen, ohne zu überhitzen. Bei Schaltkreisen, die höhere Ströme benötigen, sollte die Breite der Leiterbahnen erhöht werden, damit der Widerstand auf relativ niedrigem Niveau gehalten wird und eine Überhitzung vermieden wird.
Leiterbahnabschluss
Bei der Auslegung der Leiterbahnbreite muss normalerweise die Padgröße der Anschlussverbindung berücksichtigt werden. In SOIC-Gehäusen ist die Leiterbahnbreite normalerweise kleiner als die Padbreite. Mit dieser Auslegung kann ein ausreichender Abstand zwischen benachbarten Leiterbahnen sichergestellt und eine Verletzung der Mindestabstandsregeln vermieden werden.
Impedanz Kontrolle
Bei Niederfrequenz-Leiterplatten ist der Impedanzeffekt gering. Bei Hochfrequenz-Leiterplatten ist die Impedanz ein wichtiger Faktor, der die Leiterbahnbreite beeinflusst. Hochfrequente Signale breiten sich entlang der Leiterbahnen aus. Die erzeugten magnetischen und elektrischen Felder beeinflussen die Impedanz direkt. Probleme mit der Signalintegrität können durch die Steuerung der Leiterbahnbreite behoben werden.
Wärmemanagement
Der Stromfluss erzeugt Wärme. Leiterplattenspuren können als Wärmeableitungspfade für von Komponenten oder Stromfluss erzeugte Wärme verwendet werden. Diese breiteren Spuren haben eine größere Oberfläche, über die sie die Wärme besser verteilen. Sie überhitzen nicht bei der Handhabung höherer Ströme, wodurch der Temperaturanstieg auf der Leiterplatte reduziert wird.
Kupfergewicht und -dicke
Die Dicke und das Gewicht der Kupferleiterbahn bestimmen auch die Strombelastbarkeit der Leiterbahnen. Dickere Leiterbahnen können höhere Ströme durchlassen, was eine geringere Leiterbahnbreite ermöglicht.
Platzbeschränkungen auf der Platine
Die Größe der Leiterplatte begrenzt den Platz für die Leiterbahnen und auch die maximale Breite, die verfolgt werden kann. Für Leiterbahnen mit geringem Stromverbrauch wird empfohlen, eine kleinere Leiterbahnbreite zu wählen, um den verfügbaren Routing-Platz zu vergrößern. Es muss ein Gleichgewicht zwischen einer Leiterbahnbreite gefunden werden, die ausreicht, um den Strom zu leiten, und der auf der Platine verfügbaren Fläche.
Herstellungsbeschränkungen
Die Mindestbreite der Leiterbahnen hängt vom Hersteller ab. Die Möglichkeiten des Leiterplattenherstellers müssen vollständig berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die ausgewählte Leiterbahnbreite sowohl die elektrischen Anforderungen erfüllt als auch hergestellt werden kann. Natürlich ist auch die Herstellung schmalerer Leiterbahnen kostspielig und erfordert bessere Technologien und Werkzeuge.
Wie berechnet man die Leiterbahnbreite einer Leiterplatte?
Die Auswahl der Leiterbahnbreite auf der Leiterplatte kann von zahlreichen Faktoren beeinflusst werden. Als Nächstes sehen wir uns an, wie man sie berechnet und die beste Breite auswählt.
Warum den PCB-Leiterbahnbreitenrechner verwenden?
Der PCB-Leiterbahnbreitenrechner ist ein professionelles Designtool. Er kann die am besten geeignete PCB-Leiterbahnbreite basierend auf eingegebenen Designparametern berechnen. Zu diesen Parametern gehören maximaler Strom, Umgebungstemperatur, Kupferdicke usw. Durch Eingabe dieser Parameter in den Rechner können Designer empfohlene Werte für die Leiterbahnbreite erhalten.
Der PCB-Leiterbahnbreitenrechner kann für Designer hilfreich sein, um die beste Breite herauszufinden. Designer können mithilfe des Rechners elektrische Ausfälle oder Brandrisiken effektiv vermeiden. Der Rechner kann komplexe Berechnungsprozesse vereinfachen und die Designeffizienz verbessern. Er kann Designern helfen, während des Berechnungsprozesses viele Variablen zu berücksichtigen. Dadurch kann die Leiterplatte unter verschiedenen Betriebsbedingungen normal funktionieren.
Rechner nach den Standards IPC-2221 oder IPC-2152
Es gibt viele Leiterbahnbreitenrechner, die auf Industrienormen basieren. IPC 2221 und IPC 2152 sind die beiden am häufigsten verwendeten Normen.
IPC-2221-Rechner:
Der IPC 2221-Rechner verwendet Diagramme und Formeln, um Designern bei der Bestimmung der Strombelastbarkeit von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte zu helfen. Der IPC-2221-Standard enthält die Formel (ich = kΔTbAc) zur Bestimmung des zulässigen Stroms über eine Leiterbahn.
Mit dieser Formel lässt sich dann die Leiterbahnbreite berechnen, die den Querschnitt angibt, über den der gewünschte Strom sicher fließen kann.
Berechnen Sie zunächst die Fläche:
Querschnittsfläche = (Strom / (k × Temperaturanstieg^b))^(1/c)
Kennzahlen:
Die Querschnittsfläche wird in Quadratmils (mil²) angegeben.
Der Strom wird in Ampere (A) angegeben.
Der Temperaturanstieg wird in Grad Celsius (°C) angegeben.
K-Wert: 0.024 für Innenschichten, 0.048 für Außenschichten.
1/c ist eigentlich 1/0.725, wobei c = 0.725.
Wobei die Konstanten k, b und c durch Anpassung der IPC-2221-Kurve bestimmt werden.
Berechnen Sie dann die Breite:
Leiterbahnbreite = Querschnittsfläche / (Kupfergewicht×1.378)
Kennzahlen:
Die Spurbreite wird in mils angegeben
Die Querschnittsfläche wird in Quadratmils (mils²) angegeben.
Das Kupfergewicht wird in Unzen (oz) angegeben
1.378 ist der Umrechnungsfaktor (mils/oz)
IPC-2152 Taschenrechner:
Der IPC-2152-Rechner verwendet eine bessere technische Methode zur Berechnung der Breite der Leiterplattenspur. Bei diesem Rechner müssen wir die computerintegrierten generischen Diagramme verwenden, um den nicht angepassten Querschnittsbereich zu ermitteln. Der Rechner berücksichtigt verschiedene Parameter, um die richtige Spurbreite zu berechnen. Einige dieser Parameter sind Wärmeleitfähigkeit, Spurdicke, Material, Plattendicke und Durchkontaktierungen usw.
Häufige Fragen zum Leiterbahnbreitenrechner
FRAGE 1: Kann es eine maximale Stromgrenze geben, für die eine Breite berechnet werden kann?
ANTWORT 1: Ja. Der IPC-2221-Rechner verfügt über bestimmte Wertebereiche zur Berechnung der Leiterbahnbreite.
Strombereich: 0 bis 35 Ampere
Leiterbahnbreite: 0 bis 10.16 mm
Kupferdicke: 0.5 oz bis 3 oz
Temperaturanstieg: 10 °C bis 100 °C
FRAGE 2: Was bedeutet Temperaturanstieg?
ANTWORT 2: Der Unterschied zwischen der höchsten sicheren Betriebstemperatur einer Leiterplatte und ihrer normalen Betriebstemperatur wird als Temperaturanstieg bezeichnet. Wenn der Strom ansteigt, entsteht mehr Wärme. Die Faustregel für die Sicherheit besagt, dass die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der meisten elektronischen Geräte gewährleistet ist, wenn der Temperaturanstieg innerhalb von 10 °C verborgen bleibt.
FRAGE 3: Warum müssen interne Leiterbahnen breiter sein als externe Leiterbahnen?
ANTWORT 3: Die äußeren Spuren weisen eine bessere Wärmeleitung auf, da die Wärmeableitung über Luftkonvektion erfolgt. Dielektrisches Material umgibt die inneren Leiterbahnen mit schlechten Wärmeableitungseigenschaften und Wärmestau. Breitere innere Leiterbahnen sind erforderlich, um die Wärme abzuleiten und einen übermäßigen Temperaturanstieg zu vermeiden. In speziellen Umgebungen wie Vakuum und verpackten Komponenten kann sich die Leitungsführung der äußeren Schicht nicht auf Luftkonvektion verlassen, um die Wärme abzuleiten. Alle Leitungsführungen sollten zu diesem Zeitpunkt das Breitendesign der Leitungsführung der inneren Schicht verwenden.
Schlussbemerkungen
Beim PCB-Design wird die Leiterbahnbreite sorgfältig berücksichtigt. Sie ist für die Zuverlässigkeit und Funktion elektronischer Geräte von entscheidender Bedeutung. Die Stromstärke, die eine PCB-Leiterbahn tragen kann, hängt stark von der Leiterbahnbreite ab. Bei der Berechnung der Leiterbahnbreite müssen mehrere Einflussfaktoren sorgfältig berücksichtigt werden. Ein gutes Tool zur Berechnung der Breite ist der PCB-Leiterbahnbreitenrechner. Er kann Designern sehr dabei helfen, die Designeffizienz zu steigern. Der Rechner kann unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren eine ideale PCB-Leiterbahnbreite ermitteln. Mit einer Berechnung können Designgenauigkeit und PCB-Zuverlässigkeit erreicht werden.
