Kupferdicke und Leiterbahnbreite bei Leiterplatten: Warum der Strom mehr als nur eine Zahl benötigt

“Verwenden Sie dickeres Kupfer” ist keine vollständige Antwort auf ein Problem bei der Stromführung. Eine sinnvolle Überprüfung verfolgt den Stromverlauf durch die Leiterplatte, ermittelt die engsten Stellen und berücksichtigt die Betriebsumgebung der Schaltung. Die Kupferdicke ist ein Aspekt, der bei dieser Überprüfung berücksichtigt wird.

Beginnen Sie mit den Betriebsanforderungen

Halten Sie den erwarteten Dauerstrom, etwaige kurzzeitige Spitzenwerte, die Betriebsumgebungstemperatur und den zulässigen Spannungsabfall fest. Vermerken Sie außerdem, ob das Produkt in einem Gehäuse oder mit Luftumwälzung betrieben wird. Halten Sie die Annahmen sichtbar fest, damit ein späterer Prüfer erkennen kann, für welchen Betriebsfall das Layout ausgelegt wurde.

Verstehen, was sich durch dickeres Kupfer ändert

Bei gleichem Leitermaterial und gleicher Länge senkt ein größerer Kupferquerschnitt den Widerstand. Sowohl die Breite als auch die Dicke tragen zu dieser Fläche bei. Der Temperaturanstieg hängt jedoch auch von der umgebenden Leiterplatte und der Art und Weise ab, wie die Wärme von dieser abgeführt wird. In den Leitlinien zum thermischen Design von Texas Instruments werden Kupferdicke, Verteilungsfläche und Leiterplattenaufbau gemeinsam betrachtet, anstatt das Kupfergewicht als isolierten Wert zu behandeln.

Folgen Sie dem gesamten Weg

Eine breite Kupferfläche kann auch eine schmale Verbindung an einem Pad oder einer Via-Übergangstelle versorgen. Überprüfen Sie den gesamten Pfad vom Eingangsstecker bis zur Last und zurück über den Rückleitungspfad. Berücksichtigen Sie dabei Verengungen, Schichtwechsel, Sicherungsanschlüsse und alle bewusst eingefügten Strommesselemente. Markieren Sie die Bereiche, die berechnet oder gemessen werden müssen, anstatt davon auszugehen, dass die größte sichtbare Kupferfläche das Ergebnis bestimmt.

• Wo ist die Strecke am engsten?
• Welche Abschnitte werden zwischen den Ebenen verschoben?
• Stimmen die Grenzwerte für Steckverbinder und Bauteile mit den Anforderungen an die Leiterplatte überein?
• Welche Strom- und Umgebungsbedingungen werden für die Validierung herangezogen?

Rechner-Annahmen zusammen mit dem Ergebnis speichern

Wenn Sie einen Rechner zur Berechnung der Leiterbahnbreite verwenden, notieren Sie sich die Eingabewerte und die verwendete Methode. Ergebnisse, die unter unterschiedlichen Annahmen zum Temperaturanstieg erzielt wurden, sind nicht direkt vergleichbar. Betrachten Sie die Berechnung als Auslegungsgrundlage und validieren Sie anschließend den zusammengebauten Prototyp unter repräsentativen Bedingungen. In diesem Artikel wird bewusst keine Nennstromstärke für “1 oz” oder “2 oz” Kupfer ohne Angabe der Geometrie und des Betriebsfalls zugewiesen.

Den Entwurf in einen Auftrag umsetzen

Geben Sie das erforderliche Kupfergewicht für die entsprechenden Schichten an und überprüfen Sie, wie der Hersteller das fertige Kupfer beschreibt. Erkundigen Sie sich nach den damit verbundenen Einschränkungen hinsichtlich Leiterbahnen, Abständen und Fertigungsprozessen, bevor Sie ein dichtes Layout endgültig festlegen. Falls eine Änderung am Kupfer eine Änderung der Leiterbahnführung erforderlich macht, erstellen Sie eine neue Entwurfsrevision, anstatt die Angebotsparameter stillschweigend anzupassen.

Technische Hinweise: Texas Instruments: Leitfaden zur thermischen Auslegung von DSP- und ARM-Anwendungsprozessoren, einschließlich Überlegungen zum thermischen Design von Leiterplatten. Bei den hier aufgeführten Prüfpunkten handelt es sich um allgemeine Planungshinweise und nicht um eine Berechnung der Strombelastbarkeit.