Warum Ingenieure Kupferleiterbahnen in PCB wählen

Warum Ingenieure Kupferleiterbahnen in PCB wählen

Kupferspur spielen eine wichtige Rolle für die Gesamtfunktionalität einer Leiterplatte (PCB). Sie sind die leitenden Pfade, die alle Komponenten auf einer Leiterplatte miteinander verbinden. Ohne Kupferleiterbahnen wären Leiterplatten unbrauchbar. Es gibt viele verschiedene Arten von Leiterbahnen, aber alle haben eines gemeinsam: Sie bestehen aus extrem dünnen Kupferplatten. Die Dicke einer Kupferleiterbahn kann von wenigen Mikrometern (0,001 mm) bis zu mehreren Millimetern reichen.

Leiterbahnen aus Kupfer können entweder ein- oder doppelseitig sein. Einseitige Leiterbahnen finden sich auf weniger komplexen Leiterplatten, wie sie in einfachen Elektronikprojekten verwendet werden. Doppelseitige Leiterbahnen findet man auf komplexeren Leiterplatten, wie z. B. bei Computer-Motherboards und anderen hochwertigen elektronischen Geräten. Unabhängig davon, mit welcher Art von Leiterplatte Sie arbeiten, ist es wichtig, dass Sie die Funktionsweise von Leiterbahnen gut verstehen. Nur so können Sie Ihre Leiterplatte so gestalten, dass sie richtig funktioniert.

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    Was sind Kupferspuren in PCB

    Auf Leiterplatten sind Kupferleiterbahnen dünne Kanäle, die für ihre Leitfähigkeit bekannt sind. Kupferspuren sind wichtig für die Verbindung der verschiedenen Teile einer Leiterplatte, da sie Strom leiten. Zur Herstellung der Leiterbahnen wird eine Kupferfolie auf ein Substrat geklebt. Die Kupferfolie kann entweder geätzt oder gebohrt werden, um das gewünschte Leiterbahnmuster zu erzeugen.

    Leiterbahnen können entweder oberflächenmontiert oder durchkontaktiert sein. Leiterbahnen für die Oberflächenmontage sind in der Regel dünner und haben ein geringeres Profil als Leiterbahnen mit Durchgangslöchern. Dadurch eignen sie sich gut für den Einsatz in kleineren elektronischen Geräten. Durchkontaktierte Leiterbahnen sind dicker und haben ein höheres Profil, wodurch sie haltbarer und zuverlässiger sind.

    Während die meisten Leiterplatten nur eine Lage Kupferleiterbahnen haben, können einige mehrere Lagen haben. Dies ist bekannt als mehrlagige Leiterplatten (MLPBs). MLPBs bieten mehr Flexibilität beim Routing und können komplexere Designs unterstützen.

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    So berechnen Sie die Kernspurdicke

    Fachleute ziehen es vor, die Dicke der Kupferleiterbahnen während des gesamten PCB-Designprozesses zu prüfen. Die Breite der Leiterbahn bestimmt die Stromstärke, die durch sie fließen kann, und die Dicke der Leiterbahn wirkt sich darauf aus, wie viel Wärme die Leiterbahn ableiten kann.

    Es gibt verschiedene Methoden zur Berechnung der Leiterbahndicke, und jede hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die gängigste Methode ist die Verwendung der IPC-2221-Formel, die die Breite der Leiterbahn, die zulässige Stromdichte und den gewünschten Wärmewiderstand berücksichtigt.

    Eine andere beliebte Methode ist die Verwendung eines Tools namens T-Spice, mit dem Sie verschiedene Parameter wie Kupferdicke, Leiterplattengröße und Leiterbahnbreite eingeben können. T-Spice gibt dann eine Zahl aus, die den maximalen Strom repräsentiert, der durch Ihre Leiterbahn fließen kann. Welche Methode Sie auch immer wählen, es ist wichtig, dass Ihre Berechnungen genau sind, um Probleme während der Entwicklung zu vermeiden.  PCB-Lötprozess.

    Wie berechnet man den Widerstand einer Kupferleitung?

    Wenn Sie mit einer Leiterplatte arbeiten, deren Leiterbahnen aus Kupfer bestehen, müssen Sie wissen, wie Sie den Widerstand der Leiterbahnen berechnen können. Dies ist aus zwei Gründen wichtig:

    Um die Verlustleistung in der Leiterbahn zu bestimmen, müssen Sie den Widerstand kennen.

    (2) Der Widerstand der Leiterbahn bestimmt den maximalen Strom, der von der Leiterbahn übertragen werden kann.

    Es gibt zwei Hauptfaktoren, die den Widerstand einer Kupferleiterbahn beeinflussen: Dicke und Breite. Je dicker die Leiterbahn ist, desto geringer ist der Widerstand. Je breiter die Leiterbahn ist, desto geringer ist der Widerstand.

    Um den Widerstand einer Kupferleitung zu berechnen, müssen Sie die folgenden Parameter kennen:
    Leiterbahnbreite (W): Dies ist die Breite des leitenden Teils der Leiterbahn (ohne Lötmaske oder anderes dielektrisches Material).

    Spurendicke

    Dicke der Leiterbahn (t): Dies ist die Dicke des leitenden Teils der Leiterbahn (ohne Lötmaske oder anderes dielektrisches Material).

    Kupferwiderstand (ρ): Dies ist eine Eigenschaft von Kupfer, die seine Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, beeinflusst. Für unsere Zwecke werden wir einen Wert von 1,68 x 10-6 Ω-m verwenden.
    Da wir nun alle unsere Parameter haben, können wir sie in unsere Gleichung einsetzen:
    R = ρ - l/A
    wo:
    R = Widerstand (Ω)
    ρ = Widerstandswert (Ω-m)

    Verhältnis zwischen Kupfergewicht, Kupferleiterbahnbreite und Strombelastbarkeit

    Auch die Breite einer Kupferleitung wirkt sich auf ihren Widerstand aus. Breitere Leiterbahnen haben einen geringeren Widerstand als schmalere, sodass sie mehr Strom übertragen können.

    Kupferleiterbahnen sind umgekehrt proportional zu ihrer Breite in Bezug auf die Stromstärke, die sie übertragen können. Mit zunehmender Breite der Leiterbahn nimmt die Stromstärke, die sie übertragen kann, ab. Der Grund dafür ist, dass der Widerstand der Kupferleiterbahn direkt von der Breite der Kupferleiterbahn abhängt.

    Die Breite der Kupferleiterbahnen spielt eine wichtige Rolle für die maximale Strommenge, die durch sie fließen kann. Da das Gewicht von Kupfer zunimmt, vergrößert sich die Querschnittsfläche der Leiterbahn. Da die Leiterbahn nun eine größere Querschnittsfläche hat, kann sie einen größeren Strom leiten, ohne dass sich der Widerstand erhöht.

    Bei der Wahl der Breite einer Kupferleiterbahn sind sowohl das Gewicht des Kupfers als auch die Menge des durch die Leiterbahn fließenden Stroms zu berücksichtigen. Bei der Herstellung einer Leiterplatte, die ausreichend Strom übertragen kann, müssen alle diese Aspekte berücksichtigt werden.

    Je breiter eine Kupferleitung ist, desto größer ist in der Regel die Strommenge, die sie transportieren kann. Zum Beispiel kann eine 18 AWG (0,8 mm2) Kupferleiterbahn bis zu 24 Ampere übertragen, während eine 16 AWG (1,3 mm2) Kupferleiterbahn bis zu 40 Ampere übertragen kann.

    Die Faktoren der Kupferspur im Detail betrachten

    Die Faktoren der Kupferspur im Detail betrachten

    Wenn es um Leiterbahnen aus Kupfer geht, gibt es einige Dinge zu beachten. Die Breite der Leiterbahn, die Dicke der Leiterbahn und der Abstand zwischen den Leiterbahnen sind alle wichtig. 

    Die Impedanzkontrolle ist bei Leiterbahnen aus Kupfer von wesentlicher Bedeutung, da sie den Weg des elektrischen Stroms bestimmt. Die Gesamtimpedanz hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. von der Breite der Leiterbahn und der leitenden Schicht zwischen der Leiterbahn und der Seite des Substrats.

    Es gibt verschiedene Methoden zur Regulierung der Impedanz:

    Dazu gehört, dass der Abstand zwischen der Leiterbahn und der Grundplatte vergrößert wird. Die Impedanz der Leiterbahn wird dadurch erhöht.
    ● Verwenden Sie ein anderes dielektrisches Material. Eine Möglichkeit, den Widerstand einer Leiterbahn zu erhöhen, ist die Verwendung von Materialien mit einer höheren Dielektrizitätskonstante.

    Mindestanforderungen für die Herstellung

    Bei der Festlegung der Mindestanforderungen für die Herstellung von Begleitheizungen aus Kupfer gibt es eine Reihe von Überlegungen, die geprüft werden müssen.
    Der erste zu berücksichtigende Faktor ist die Tiefe des Kupfers. Diese bestimmt die maximale Breite, die verwendet werden kann, sowie den Abstand zwischen den Linien.
    Der zweite zu berücksichtigende Faktor ist die ideale Stromdichte. Aus diesem Grund werden die minimale Breite und der minimale Abstand, die verwendet werden können, bestimmt.
    Das Ätzen ist der dritte und letzte Schritt des Prozesses. Daher werden die minimale Breite und der minimale Abstand, die verwendet werden können, festgelegt.
    Schließlich muss die Breite der Leiterbahn größer sein als die kleinste Breite, die verwendet werden kann.

    Temperaturkontrolle

    Wenn es um die Aufrechterhaltung einer angemessenen Temperatur für Ihre Kupferleiterbahn geht, müssen Sie eine Reihe wichtiger Faktoren berücksichtigen. Der erste Faktor ist die Dicke der Kupferspur. Kupferspuren mit einer größeren Dicke sind in der Lage, eine größere Wärmemenge abzuleiten. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Breite der Leiterbahn. Eine größere Leiterbahn hat eine größere Oberfläche und kann daher mehr Wärme aus dem System ableiten.

    Folgende Faktoren sind zu berücksichtigen: die Gesamtentfernung, die die Spur zurücklegt

    Je länger die Leiterbahn ist, desto mehr Widerstand hat sie und desto mehr Wärme wird sie erzeugen.

    Bei der Bestimmung der Länge der Leiterbahn müssen Sie berücksichtigen, wie viel Strom die Leiterbahn führen muss.

    Sie müssen an die Atmosphäre denken, in der die Leiterbahn betrieben werden soll. Wenn sie sich in einer Atmosphäre mit hohen Temperaturen befinden wird, müssen Sie sicher sein, dass das Kupfer diese Temperaturen aushalten kann, ohne sich zu verformen oder aufzulösen. Dies ist besonders wichtig, wenn das Klima sehr heiß ist.

    Wie hilft die Kupferspur beim Wärmemanagement von Leiterplatten im Detail?

    Da die elektronischen Geräte immer kleiner und leistungsfähiger werden, steigt der Bedarf an effektiven Wärmemanagementlösungen. Eine Möglichkeit, die von der Elektronik erzeugte Wärme zu steuern, ist die Verwendung von Kupferleiterbahnen auf der Leiterplatte.

    Kupfer ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter

    Kupfer ist ein hervorragender Wärmeleiter, so dass die Verwendung von Kupfer für Leiterbahnen dazu beiträgt, die Wärme von den empfindlichen Bauteilen weg und in die Umgebungsluft abzuleiten.

    Eine breitere Kupferleiterbahn hat eine größere Kontaktfläche mit den Bauteilen und kann daher mehr Wärme von diesen Bauteilen ableiten. Wenn es darum geht, wie effizient sie Wärme von den Bauteilen ableiten kann, ist die Dicke der Kupferleiterbahn ein weiterer zu berücksichtigender Faktor. Je dicker die Leiterbahn ist, desto größer ist der Widerstand gegen den Wärmefluss und desto effektiver kann sie die Wärme von den Bauteilen ableiten.

    Die ●Groundplane wird häufig verwendet von PCB-Hersteller damit die Platine besser mit Wärme umgehen kann. Durch die große Oberfläche der Grundplatte kann die Wärme der Systemteile leichter an die Umgebungsluft abgegeben werden. Dadurch, dass die elektronischen Teile eine kühlere Temperatur haben, kann die Elektronik besser funktionieren.

    Bei der Verwendung von Kupferleiterbahnen für das Wärmemanagement sind einige Dinge zu beachten

    1. zunächst sollte die Breite der Leiterbahn der Stromstärke entsprechen, die sie führen soll.

    2. zweitens sollte die Dicke des Kupfers ausreichen, um die entstehende Wärmemenge zu bewältigen.

    3. drittens sollte das Layout der Leiterbahnen unter Berücksichtigung des Wärmemanagements entworfen werden. So können Sie beispielsweise breitere Leiterbahnen in Bereichen mit höherer Wärmeentwicklung anbringen oder Durchkontaktierungen (Löcher, die verschiedene Schichten der Leiterplatte miteinander verbinden) in der Nähe heißer Stellen anbringen, um die Wärmeabfuhr zu unterstützen.

    Die Verwendung von Kupferleiterbahnen ist ein wirksames Mittel, um die Wärmeentwicklung von elektronischen Geräten zu kontrollieren. Wenn Sie bei der Verwendung einige wichtige Punkte beachten, können Sie die Lebensdauer Ihrer Geräte verlängern und Überhitzungsprobleme vermeiden.

    Schlussfolgerung

    Leiterbahnen aus Kupfer, die für die Leistung elektronischer Geräte wichtig sind, aber nicht gut durchdacht oder richtig ausgeführt werden, müssen entfernt werden. Elektrische Bauteile brauchen immer Leiterbahnen, und die besten Leiterbahnen bestehen aus Kupfer.

    Kupferleiterbahnen minimieren die Verzerrung und senken gleichzeitig die Impedanz. Durch die daraus resultierende Verringerung des Widerstands wird dieses Ziel erreicht. Wann immer Sie Fragen oder Sorgen haben, sollten Sie nie zögern, mit qualifizierten Fachleuten über das Thema zu sprechen.

    FAQ

    Auf einer Leiterplatte sind Kupferleiterbahnen dünne Kanäle, die für ihre Leitfähigkeit bekannt sind. Kupferleiterbahnen sind wichtig für die Verbindung der verschiedenen Teile einer Leiterplatte, da sie Strom leiten. Zur Herstellung der Leiterbahnen wird eine Kupferfolie auf ein Substrat geklebt. Die Kupferfolie kann entweder geätzt oder gebohrt werden, um das gewünschte Leiterbahnmuster zu erzeugen.
    Fachleute ziehen es vor, die Dicke der Kupferleiterbahnen während des gesamten PCB-Designprozesses zu prüfen. Die Breite der Leiterbahn bestimmt die Menge des Stroms, der durch sie fließen kann, und die Dicke der Leiterbahn wirkt sich darauf aus, wie viel Wärme die Leiterbahn ableiten kann. Die gängigste Methode ist die Verwendung der IPC-2221-Formel, die die Breite der Leiterbahn, die zulässige Stromdichte und den gewünschten Wärmewiderstand einbezieht. Eine andere beliebte Methode ist die Verwendung eines Tools namens T-Spice, mit dem Sie verschiedene Parameter wie Kupferdicke, Leiterplattengröße und Leiterbahnbreite eingeben können. T-Spice gibt dann eine Zahl aus, die den maximalen Strom darstellt, der durch Ihre Leiterbahn fließen kann.
    Wenn Sie mit einer Leiterplatte arbeiten, deren Leiterbahnen aus Kupfer bestehen, müssen Sie wissen, wie Sie den Widerstand der Leiterbahnen berechnen können. Dies ist aus zwei Gründen wichtig: 1) Sie müssen den Widerstand kennen, um die Verlustleistung der Leiterbahn zu bestimmen. 2. der Widerstand der Leiterbahn bestimmt den maximalen Strom, der von der Leiterbahn übertragen werden kann.

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