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spicer 05-06-2017 01:58

Leiterbahn / Strombelastbarkeit Faustregeln
 
Habe das Ganze von: https://www.multi-circuit-boards.eu/...stbarkeit.html

Wärmeentwicklung auf Außenlagen

Die folgenden Diagramme dienen der Abschätzung der Wärmeentwicklung auf einzelnen Außenlagen, abhängig von Strom und Leiterbahnbreite- bzw. dicke. Sie gelten für Leiterplatten mit Leiterbild auf einer Seite, 1.6 - 3.2mm Nenndicke und Kupfer als Leiterwerkstoff. Zusätzliche Metallisierungen wie Nickel, Gold oder Zinn bleiben unberücksichtigt.
(Grafik laut DIN IEC 326).

Leiterbahndicke 18µm

https://www.multi-circuit-boards.eu/...barkeit_18.gif




Leiterbahndicke 35µm

https://www.multi-circuit-boards.eu/...barkeit_35.gif




Leiterbahndicke 70µm

https://www.multi-circuit-boards.eu/...barkeit_70.gif




Leiterbahndicke 105µm

https://www.multi-circuit-boards.eu/...arkeit_105.gif









Maximale Stromstärke bei gewünschter Erwärmung von 20K / 20°C

Leiterbreitemax Stromstärke 100µm0,6 A200µm1,0 A300µm1,3 A400µm1,5 A500µm1,8 A600µm2,0 A


Die Berechnung der Werte ist eine Näherung aus den abgeleiteten Formeln der IPC 2221 (s. unten). Leichte Abweichung zu den Grafiken weiter oben (laut DIN IEC 326) sind der Komplexität des Themas geschuldet. Eine grobe Abschätzung sollte damit aber möglich sein.

Formeln zur Berechnung der maximalen Stromstärke

Die von uns verwendete Formeln basieren auf den Erkenntnissen von Oliver Betz (www.oliverbetz.de) und sind eine Näherung aus den Formeln der IPC*, Design News und Dr. Johannes Adam.

I[A] = K x h[mm]^0,5 x b[mm]^0,64 x ΔT[K]^0,5

I = Stromstärke
K = fester Faktor (2 Lagen: K = 3,3; 4 Lagen: K = 3,6)
b = Breite der Leiterbahn
h = Höhe der Leiterbahn
ΔT = Temperaturerhöhung in Kelvin (= Temperaturerhöhung in Grad °Celsius)
Bitte beachten: Trotz sorgfältiger Prüfung der Formeln kann keinerlei Garantie für die Richtigkeit übernommen werden!

Die originale* Formel der IPC:

I[A] = 9,6 x A[mm²]^0,68 x ΔT[K]^0,43

A = b x h der Leiterbahn

Die originale Formel der Design News:
I[A] = 6,4 x A[mm²]^0,69 x ΔT[K]^0,45

* In der original IPC-Dokumentation werden keine Formeln angegeben werden, diese wurden abgeleitet z.B. von Donald Brooks.

Weitere Hinweise

Durch das unvermeidbare Unterätzen in der Leiterplattenproduktion, verändert sich die maximale Strombelastbarkeit der Leiter nicht proportional zum (rechnerischen) Leiterquerschnitt, da durch das Unterätzen der Leiter vom idealen rechteckigen Querschnitt abweicht.

Verdoppeln wir den Leiterquerschnitt durch eine höhere Kupferschichtdicke ohne die Leiterbreite zu verändern, so erhöht sich die maximale Strombelastbarkeit des Leiters nur um ca. 30% - 40%.

Um eine höhere Strombelastbarkeit zu erreichen, empfehlen wir nicht nur die Dicke der Kupfergrundkaschierung des Basismaterials zu beachten, sondern besser die Leiterbreite zu vergrößern. Dadurch wird eine bessere Wärmeableitung und somit wirkungsvollere Steigerung der Strombelastbarkeit erreicht. Die Leiterplatte wird zudem günstiger zu produzieren.

Bei der Konzentration auf die Temperaturerhöhung (ΔT) des Leiters, kann die Länge der Leiterbahn meist(!) vernachlässigt werden. Laut dem Stefan-Boltzmann-Gesetz verhält sich die entstehende Wärmemenge (J) sowie die abgegebene Wärme direkt proportional zur Oberfläche, d.h. je mehr Wärme durch die Länge eines Leiters entsteht umso mehr Wärme kann abgegeben werden.

In Spezialfällen (sehr kurze Leiter, nahe an Wärmespreizern wie Stecker, etc.) greift diese Regel nicht und der Leiter bleibt kühler.

Die Orientierung der Leiter hat anscheinend einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Erwärmung: stehend erlaubt etwa 5% mehr Strom als liegend.

Innenliegende Leiter sind praktisch gleich belastbar wie außenliegende (hier irrte die IPC-2221).

Bei kritischen Anwendungen oder transienten Strömen empfiehlt sich im Vorfeld des Prototypenbaus eine rechnergestützte Optimierung mittels Simulation.


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