Planen und Dimensionieren von Leiterplatten

13.01.11 | Redakteur: Gerd Kucera

Kostenlos und online: Mit der Internet-Toolbox von LeitOn kann der Entwickler prüfen, ob beispielsweise Leiterbahnen ausreichend dimensioniert sind
Kostenlos und online: Mit der Internet-Toolbox von LeitOn kann der Entwickler prüfen, ob beispielsweise Leiterbahnen ausreichend dimensioniert sind

Eine Sammlung kostenloser Online-PCB-Tools berechnet nicht nur die Leiterbahnerwärmung einer definierten Strom-Querschnitt-Kombination, sondern u.a. auch das Gewicht der Platine.

Hardware-Entwickler, die mit Wärmemanagement von Aluminiumleiterplatten, Hochfrequenzen, Hochstromanwendungen und flexiblen Leiterplatten zu tun haben, finden beim Berliner Leiterplattenhersteller LeitOn nützliche Online-Werkzeuge zur Berechnung kritischer Werte. Die Ergebnisse lassen sich einfach ausdrucken, teils mit berechneten Kennlinien. Ebenfalls wurde das kostenlose Glossar „Leiterplattenlexikon“ mit über 1000 erklärten Begrifflichkeiten von „A-Zustand“ bis „Zwangsdurchflutung“ freigeschaltet. Nachfolgend ein kurzer Überblick der einzelnen Tools.

Wärmemanagement mit Aluminiumleiterplatten

Wie viel Hitze leite ich auf den Kühlkörper ab? Wie gut muss das Aluminiumsubstrat sein? Wie viel bringt eine dickere Kupferschicht? Das sind Fragen, die ein Entwickler beim Wärmemanagement von Aluminiumleiterplatten oft nur umständlich beantworten konnte. Die Lösung von LeitOn erfordert lediglich die Angaben der Kontaktfläche der hitzeabstrahlenden Komponente und ihre Wärmeleistung. Anhand einer Liste mit verfügbaren Materialien kann der Aluminiumaufbau konfiguriert werden. Das Ergebnis ist die Temperaturdifferenz von Komponente zur Platinenrückseite, auf der dann weitere Kühlmaßnahmen eingeplant werden können.

Leiterbahnerwärmung durch hohen Strom

Ein klassisches Problem und seine Lösung: wie dick muss meine Leiterbahn mindestens sein? Dieses Tool berechnet nicht nur die Leiterbahnerwärmung einer bestimmten Strom-Querschnitt-Kombination, sondern erlaubt die freie Definition der Unbekannten: Temperaturdifferenz, Strom oder Leiterbahnbreite. Ein Beispiel: Sie wollen wissen, wie viel Strom durch eine 0,5-mm/35-μm-Leiterbahn fließen darf, wenn sich diese um maximal 35 °C erwärmen soll? Hier finden Sie die Antwort innerhalb von Sekunden und können sich die dazugehörige Temperaturkurve grafisch anzeigen lassen und ausdrucken.

Biegeradien von flexiblen Leiterplatten

Flexible Leiterplatten haben ihre Grenzen. Wo diese ungefähr liegen, lässt sich hier bezüglich der kleinsten Biegeradien berechnen. Aufgrund der in der IPC 2223 fehlerhaften Formel, hat LeitOn hier eine Konsensregel eingebaut, die auf Angaben verschiedenster Leiterplattenhersteller beruht. Die Standardaufbauten flexibler Leiterplatten lassen sich sehr leicht selektieren und individualisieren, wobei sich die vorgeschlagene Biegegrenze automatisch ändert.

Spannungsabfall auf Leiterbahnen

Ob Leiterbahnen ausreichend dimensioniert sind, sodass erforderliche Spannungen noch erreicht werden, lässt sich hier berechnen. Eine bequeme Umstellung der Formel erlaubt die Angabe der erforderlichen Leistung anstatt dessen. Leiterlänge und Kupferdicke vervollständigen die Unbekannten und das Ergebnis ist die erforderliche Leiterbahnbreite. Die Angabe der Umgebungstemperatur (welchen Einfluss sie auf den spezifischen Widerstand von Kupfer hat) ist ebenfalls möglich. Ein Einflussfaktor, der in Grenzregionen oft kritisch wird.

Betrachung der Leiterbahn-Impedanz

Für die Leiterplattenkonstruktion unter Beachtung von Impedanzen hilft dieses Tool bei der Berechnung von Näherungswerten. Die klassischen Kopplungen Microstrip, Embedded Microstrip, Stripline, Dual Stripline und Asymmetric Stripline, Differential Microstrip und Differential Stripline lassen sich hier grob bestimmen. Es wird aber darauf hingewiesen, dass dieses Tool nur sehr grobe Näherungswerte liefern kann. Für kritische Impedanzen empfiehlt LeitOn weiterhin die Verwendung von professioneller Software wie der von Polar Instruments.

Ein Rechner für das Volumen und Gewicht der Leiterplatte

Zum Abschluss stellt LeitOn ein nützliches Tool für die Lager-, Logistik- und Einkaufsmanager zur Lösung einer simplen Frage vor: wie schwer und groß wird mein Leiterplattenpaket? Erfahrungswerte für Standardleiterplatten existieren, doch was wenn es 105 μm Kupfer auf 2,4 mm FR4 oder gar Aluminium sein soll? Das Rätselraten ist dann oft groß und gerade bei größeren Serien können diese Faktoren kritisch sein. Händler von Leiterplatten können noch bequem einen Versandpreis pro Kilo angeben und anhand der spezifischen Gewichte und Kupferauslastung ergeben sich Gesamtfläche, Volumen und Gewicht der Lieferung. //KU

Hier geht es zur Toolbox

* * Marcus Knopp ... ist Geschäftsführer bei LeitOn, Berlin.

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