12.1.8 Leiterbahnen
Es gibt keine empfohlenen Standards für Leiterbahnbreiten. Welche Leiterbahnbreiten sie verwenden, hängt von den elektrischen Erfordernissen des Designs, dem Platz/Raum für das Routen, den Leiterbahnabständen und natürlich Ihren persönlichen Vorlieben ab. Jedes Projekt wird eine Vielzahl unterschiedlicher elektrischer Notwendigkeiten haben, die sich dann unterschiedlich im Design auswirken.
Alle, sogar schon die eher unkritischen Projekte, werden eine Mixtur von Leiterbahnbreiten erfordern. Grundsätzlich gilt: je breiter die Leiterbahn, umso besser. Breite Leiterbahnen haben einen niedrigen Gleichstrom-Widerstand, eine niedrigere Induktivität, können leichter und billiger hergestellt werden und sind leichter zu prüfen und zu überarbeiten.
Die untere Grenze Ihrer Leiterbahnbreite ist abhängig von den Leitebahnbreiten/-abständen, die Ihr Hersteller produzieren kann. Beispiel: ein Leiterplattenhersteller gibt Ihnen diesbezüglich eine 10/8 Breite/Abstand Konstellation an. Das bedeutet, dass Leiterbahnen nicht kleiner als 10thou sein dürfen und der Abstand zwischen den Leiterbahnen (oder Pads oder welchem Kupferelement auch immer) nicht kleiner als 8thou. Diese Angaben werden fast immer in thou angegeben mit Leiterbahnbreite zuerst und dann dem Leiterbahnabstand. In der Praxis üblich sind 10/10 und 8/8 für normale Leiterplatten.
Der IPC Standard empfiehlt 4thou als untere Grenze. Sollten Sie an die Grenze von 6thou und darunter stoßen, so kommen Sie eigentlich an das Ende der Möglichkeiten und sie sollten zuerst Ihren Leiterplattenhersteller befragen. Denn je kleiner diese Breite/Abstand-Angabe, um so größer ist der Fertigungsaufwand des Leiterplattenherstellers, den er Ihnen natürlich in Rechnung stellen wird. Stellen Sie sicher, dass sie nicht schmaler designen als unbedingt erforderlich.
Orientiere Sie sich an "hausgemachten" Herstellungsprozessen (Lasergedruckte Folien, beschichtete Photoresist-Platten). Es ist Möglich, dass man hier 10/10 oder gar 8/8 hinbekommt.
Nur weil ein Leiterplattenhersteller eine bestimmte minimale Breite/Abstand konstellation produzieren kann, sollten Sie nicht an diese Grenzen gehen. Verwenden Sie so große Breite/Abstand- Weiten wie möglich, es sei denn, dass Ihr Projekt etwas anderes verlangt.
Am Beginn verwenden Sie vielleicht 25thou für Leiterbahnbreiten, 50thou für Power und GND und 10 bis 15thou um zwischen ICs hindurch zu kommen oder auch für die Abstände der Bauteil Pads.
Einige Designer mögen schmale (<15thou) Signalbahnen, während andere ihre Leiterbahnen eher "klobig" mögen. Die Praxis zeigt, dass man die Leiterbahnen lieber so groß wie möglich hält und nur eine dünnere Leiterbahn wählt, wenn es z.B. der Leiterbahnabstand erfordert.
Man kann die Leiterbahn von breit nach schmal und wieder zurück verändern. Im amerikanischen Sprachgebrauch ist diese Technik als "necking" oder "necking down" bekannt. Dies ist oft erforderlich, wenn man zwischen den Beinchen eines ICs oder eines anderen Bauteils hindurch muss. Es erlaubt, Leiterbahnen mit niedriger Impedanz erreicht und gleichzeitig an engen Stellen zu routen.
"necking down"
In der Praxis wird die Leiterbahnbreite vorgegeben von der Stromstärke und dem maximal tolerablen Temperaturanstieg auf der Leiterbahn. Bedenken Sie, dass jede Leiterbahn einen bestimmten Widerstandswert aufweisen wird, so dass die Leiterbahn, wie ein Widerstand Wärme aufnehmen wird. Je bereiter die Leiterbahn, desto geringer ihr Widerstand. Die Dicke des Kupfers auf der Leiterplatte wird ebenfalls eine Rolle spielen, genau wie eine zusätzliche Verzinnung.
Die Dicke des Kupfers auf der Leiterplatte wird nominal spezifiziert durch Unze pro Quadratfuß wobei eine Unze üblich ist. Man kann andere Dicken bestellen, z.B. 0,5oz, 2oz und 4oz. Je dicker die Kupferlagen sind um so leichter lassen sie hohe Ströme hindurch und umso geeigneter sind sie für Projekte mit hohen Ansprüchen.
Die Berechnungen um die erforderlichen Leiterbahnbreiten in Abhängigkeit der Ströme, die hindurchfließen und des maximalen Temperaturanstiegs darzustellen, sind komplex. Dabei sind sie sogar eher ungenau, da sie auf nicht linearen Graphen basieren, deren Messdaten von vor einem halben Jahrhundert stammen. Diese werden im IPC-Standard immer noch verwendet. Ein guter Kalkulator für Leiterbahnbreiten findet sich unter www. ultra cad.com/calc.htm. Er liefert Ergebnisse, die auf diesem IPC Standard basieren. Als Faustregel kann gelten: ein 10°C Temperaturanstieg auf Ihrer Leiterbahn ist akzeptabel.
Folgende Referenztabelle gibt für einen 10°C Teperaturanstieg Leiterbahnbreiten und entsprechende Stromstärken an. Der DC-Widerstand in Milliohm pro inch ist ebenfalls aufgezeigt. Wie auch immer: Je breiter je besser. Verwenden Sie diese Tabellenwerte also nicht blindlings.
Navigator:
12.1 Einführung
...
12.1.7 Die Arbeit "von oben"
12.1.8 Leiterbahnen
12.1.9 Lötfüßchen (Pads)
...
12.2 Bauteilplatzierung und Layout
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(c) 1989...3001 Ing.-Buero FRIEDRICH, http://www.ibfriedrich.com
