Stromdichte bei Leiterbahnen

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo Mit-Elektroniker!

Leistungselektronik war noch nie meine Spezialität, aber nun muss ich da mal ran.
Bei einem Projekt sollen schonmal so zwischen 5 und 12 Ampere fließen. Das gibt bei Standard-Platinen mit 35 um natürlich etwas kobige Leiterbahnen.
Naja, unser Lieferant kann auch bis 210 um Kupfer.
Für eine erste Abschätzung bin ich mal von 10 A/mm² ausgegangen. Aber hier lohnt es sich sicher, mal genauer zu rechnen. Welche zulässige Stromdichte kann ich denn für breite Leiterbahnen dieser Dicke ansetzen? Die Wärmeabfuhr dürfte ja erheblich besser sein als in NYM.

Andere Aufbau-Möglichkeiten sind natürlich auch willkommen. Und, nein, ich möchte nicht 2,5 mm²-Kupferdrähte auf Nägeln verlegen …

Danke schonmal!
Gruß
Arndt

#2

Hallo Arndt,

Bei einem Projekt sollen schonmal so zwischen 5 und 12 Ampere
fließen. Das gibt bei Standard-Platinen mit 35 um natürlich
etwas kobige Leiterbahnen.

In den „Mechatronik-Tabellen“ werden als Orientierungswerte für die Strombelastbarkeit von Leiterbahnen auf Platinen angegeben:
bei 70 µm: 4 A je mm;
bei 35 µm: 2.5 A je mm.

Vielleicht sind 70-µm-Platinen und 5 mm breite Bahnen eine Lösung für Dich?

Mit freundlichem Gruß
Martin

#3

Lötschutzlack aussparen
Beim automatische Löten im Schwall- (oder so) kann man auch über den strombelasteten Leiterbahnen Fenster im der Lötstoppmaske vorsehen. Der Zinnfilm bringt einen deutlich erhöhten Leiterquerschnitt mit sich. Wie dick müsstest Du aber die Fertigung (Löter) fragen.

Gruß

Stefan

#4

Hallo Martin,

Bei einem Projekt sollen schonmal so zwischen 5 und 12 Ampere
fließen. Das gibt bei Standard-Platinen mit 35 um natürlich
etwas kobige Leiterbahnen.

In den „Mechatronik-Tabellen“ werden als Orientierungswerte
für die Strombelastbarkeit von Leiterbahnen auf Platinen
angegeben:
bei 70 µm: 4 A je mm;
bei 35 µm: 2.5 A je mm.

Dies sind aber die Grenzwerte, damit der Print nicht abfackelt.
Spannungsabfälle werden hierbei nicht weiter berücksichtigt.

MfG Peter(TOO)

#5

Hallo Arndt,

Andere Aufbau-Möglichkeiten sind natürlich auch willkommen.

Also die Stromdichte ist ja das Eine, wie du mit dem Spannungsabfall zurechtkommst dann noch was Anderes.

Es gibt auch Stromschienen welche eingelötet werden können.
z.B. http://www.vogt.ch/katalog/PDF/G/g_3_4.pdf

MfG Peter(TOO)

#6

Hallo,

Beim automatische Löten im Schwall- (oder so) kann man auch
über den strombelasteten Leiterbahnen Fenster im der
Lötstoppmaske vorsehen. Der Zinnfilm bringt einen deutlich
erhöhten Leiterquerschnitt mit sich. Wie dick müsstest Du aber
die Fertigung (Löter) fragen.

durch den relativ großen Widerstand von Zinn gegenüber Kupfer bringt der größere Querschnitt kaum einen Vorteil. Hat unser ‚Leistungsspezialist‘ damals bei Schneider mal ausprobiert.
Gruß
Axel

#7

Hallo,
es kommt wirklich drauf an, was genau da wohin fließen muss. Die Strombelastbarkeit hängt nicht nur von der Dicke des Kupfers, sondern auch von der Kühlung und der Temperaturbelastbarkeit des Platinenmaterials und des Klebers ab. Insofern hilft meist nur ausprobieren. Insbesondere darfst Du ja nicht nur den minimalen Querschnitt berücksichtigen, sondern die komplette Verlustleistung über die ganze Leiterbahn, eigentlich sogar die komplette Schaltung. Wenn ein dicker Widerstand oder ein ordentlich heizender Transistor über der Leiterbahn sitzt (oder mit seinen einglöteten, heißen Füßen die Bahn erwärmt), nutzt Dir die Grenzstrombelastung gar nichts.
Des weiteren ist evt. der erlaubte Spannungsabfall wichtig. Und die Störungen, die der hohe Strom mit evt. Wechselanteilen erzeugt.
Allgemein kann ich nur sagen: mach die Leiterbahn so kurz wie möglich, die Fläche zwischen Hin- und Rückleitung so klein wie möglich (evt. mittendrin überkreuzen, damit sich die Felder kompensieren) und die ganze Schaltung so kühl wie möglich.
Besorg Dir halt mal die ‚dickeren‘ Platinen und auch andere Platinenmaterialien und probier’s aus. Nachdem Du Dein Layout nochmal überprüft hast.
Btw., ein Autorouter beachtet sowas im allgemeinen gar nicht, also macht es selbst.
Und: Anschlüsse an einer Platine müssen nicht immer alle am Rand sitzen.
Gruß
Axel

#8

Andere Aufbau-Möglichkeiten sind natürlich auch
willkommen.
Und, nein, ich möchte nicht 2,5 mm²-Kupferdrähte auf
Nägeln verlegen …

Nach eigenen Erfahrungen mit 10 Aeff, die quer durch Europlatine gelaufen sind und mir die auf der anderen Seite befindlichen 10 000 uF gekocht haben, würde ich auch zu lötbaren Stromschienen tendieren, wie schon unten von geschätzten Mitstreitern vorgeschlagen.

MfG

C.

#9

Hallo Martin!

In den „Mechatronik-Tabellen“ werden als Orientierungswerte
für die Strombelastbarkeit von Leiterbahnen auf Platinen
angegeben:
bei 70 µm: 4 A je mm;
bei 35 µm: 2.5 A je mm.

Das ist ja mal ein Ansatzpunkt.
Wenn ich das auf Stromdichten umrechne und extrapoliere, lande ich bei etwa 40 A/mm² für 210 µm. Das ergibt wiederum 8,4 A/mm.

Vielleicht sind 70-µm-Platinen und 5 mm breite Bahnen eine
Lösung für Dich?

Auch in Anbetracht der anderen Postings vielleicht eher 3 bis 4 mm bei 210 µm.

Danke!

Gruß
Arndt

#10

Hallo Peter!

Also die Stromdichte ist ja das Eine, wie du mit dem
Spannungsabfall zurechtkommst dann noch was Anderes.

Ja, sicher. Ist aber prinzipiell unproblematisch zu rechnen. Die Leitfähigkeit von Kupfer kann ich nachschlagen und Querschnitt und Länge krieg ich auch noch hin. :wink:

Es gibt auch Stromschienen welche eingelötet werden können.
z.B. http://www.vogt.ch/katalog/PDF/G/g_3_4.pdf

Das wäre natürlich auch nicht schlecht.
Ich werde erst mal die Schaltung fertig entwickeln und zunächst normal entflechten. Dann schaun wir mal, wo da was wie weit fließen muss.

Vielen Dank!
Gruß
Arndt

#11

Hallo Axel!

…

ab. Insofern hilft meist nur ausprobieren. Insbesondere darfst
Du ja nicht nur den minimalen Querschnitt berücksichtigen,
sondern die komplette Verlustleistung über die ganze
Leiterbahn, eigentlich sogar die komplette Schaltung. Wenn ein
dicker Widerstand oder ein ordentlich heizender Transistor
über der Leiterbahn sitzt (oder mit seinen einglöteten, heißen
Füßen die Bahn erwärmt), nutzt Dir die Grenzstrombelastung gar
nichts.

Da is was dran …

Des weiteren ist evt. der erlaubte Spannungsabfall wichtig.

Klar, daran hab ich schon gedacht.

Und die Störungen, die der hohe Strom mit evt. Wechselanteilen
erzeugt.

… daran weinger.

Allgemein kann ich nur sagen: mach die Leiterbahn so kurz wie
möglich, die Fläche zwischen Hin- und Rückleitung so klein wie
möglich (evt. mittendrin überkreuzen, damit sich die Felder
kompensieren) und die ganze Schaltung so kühl wie möglich.

Ich werde da besonders drauf achten.

Btw., ein Autorouter beachtet sowas im allgemeinen gar nicht,
also macht es selbst.

Iiiih! Er hat „Autorouter“ gesagt!! (Ich hätte gern eine Hand voll kleine spitze und zwei mittelgroße flache.) :wink:

Und: Anschlüsse an einer Platine müssen nicht immer alle am
Rand sitzen.

Noch so ne Allerweltsweisheit, die man sich manchmal wieder ins Gedächtnis rufen sollte.

Danke!

Gruß
Arndt

#12

Hallo,

Auch in Anbetracht der anderen Postings vielleicht eher 3 bis
4 mm bei 210 µm.

Denke bei der Dimensionierung an die Unterätzung beim Herstellen der Platine. Das dicke Kupfer ist dann an den Seiten der Leiterbahn ziemlich dünn, Reserve einplanen!

Gruß
André

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#13

Moin!

Und, nein, ich möchte nicht 2,5 mm²-Kupferdrähte auf Nägeln
verlegen …

Das muß auch nicht sein. Ich hatte mal ein ähnliches Problem bei einer Platine mit einseitigem Layout. Da Ätzen, Bohren und Bestücken einer neuen Platine zu lange gedauert hätte, kamen auch keine Stromschienen in Frage. Ich habe auf die betroffenen Leiterbahnen eine 1,5mm^2 Kupferader gelötet. Der Vorteil war, daß ich die Leiterbahn mit der Ader nachmodellieren konnte. Brücken gingen auch, sind aber nicht so elegant.

Es ist nur darauf zu achten, daß die Aderenden möglichst dicht an den Bauteilbeinchen enden, damit sich die Angelegenheit an den Verbindungsstellen zum Bauteil nicht selbst auslötet.

Bei einer neuen Platine kannst Du auch die Bauteilbeinchen länger lassen und zur Ader biegen, um so einen besseren Kontakt herzustellen.

Munter bleiben… TRICHTEX