Elektronik / PCB
Berechnung der Leiterbahnbreite auf Leiterplatten (IPC-2221)
Ermittle anhand der IPC-2221-Formel die Mindestbreite einer Leiterplattenleiterbahn für eine bestimmte Stromstärke, einen zulässigen Temperaturanstieg, das Kupfergewicht und die Lage der Leiterbahn – einschließlich ihres Widerstands und Spannungsabfalls.
Berechnung der Leiterbahnbreite auf Leiterplatten (IPC-2221): IPC-2221 setzt die Stromstärke mit dem Querschnitt der Leiterbahn in Beziehung: I = k × ΔT^0.44 × A^0.725, wobei A in Quadratmil angegeben wird, k = 0.048 für Außenlagen und 0.024 für Innenlagen. Die Fläche wird durch die Kupferdicke (1.378 mil bzw. 35 µm pro Unze) geteilt, um die Breite zu erhalten. Bei 1 A, einem Temperaturanstieg von 10 °C und 1 oz Kupfer auf einer Außenlage ergibt sich eine Breite von etwa 11.8 mil bzw. 0.30 mm. Läuft zu 100% lokal in deinem Browser, ohne Datei-Uploads zum Server.
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Die IPC-2221-Formel lautet: current = k × ΔT^0.44 × area^0.725, wobei die Fläche in Quadratmil angegeben wird und k = 0.048 für äußere Lagen sowie 0.024 für innere Lagen beträgt, die Wärme schlechter ableiten. Sie ist ein konservativer Ausgangspunkt; die neueren IPC-2152-Diagramme erlauben oft schmalere Leiterbahnen. Plane eine Reserve ein und verbreitere Stromversorgungsleiterbahnen, wo Platz dafür ist.
Beispiele
Bei 1 oz Kupfer auf einer Außenlage und einem Temperaturanstieg von 10 °C sind für 0,5 A etwa 4,5 mil, für 1 A etwa 11,8 mil, für 2 A etwa 30,8 mil und für 3 A etwa 54 mil erforderlich. Bei 2 oz Kupfer halbiert sich jede Breite.
Für Drähte, die von der Platine wegführen, liefert der Drahtstärkenumrechner Kabelgrößen und Widerstand.
Praktische Tipps
Leiterplattenhersteller legen eine Mindestbreite und einen Mindestabstand fest, bei Standardplatinen oft 5 oder 6 mil; die strombasierte Breite ist ein zusätzliches Minimum. Verwende bei hohen Strömen Kupferflächen oder mehrere Vias und führe breite Leiterbahnen zu den Anschlüssen.
Kurze Leiterbahnen zu Versorgungspins profitieren auch bei niedriger Stromstärke von einer größeren Breite, weil dadurch ihr Widerstand und ihre Induktivität sinken.
So benutzt du es
- Gib die Stromstärke ein, die die Leiterbahn führt, sowie den zulässigen Temperaturanstieg.
- Gib das Kupfergewicht ein, normalerweise 1 oz/ft², und wähle eine Außen- oder Innenlage.
- Lies die Mindestbreite in mil und Millimetern ab; ergänze die Länge, um den Widerstand zu berechnen.
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Häufige Fragen
Welchen Temperaturanstieg sollte ich zulassen?
10 °C ist eine häufig verwendete konservative Wahl; 20 °C sind oft akzeptabel. Heißere Leiterbahnen erhöhen die Temperatur der Leiterplatte und den Widerstand des Kupfers.
Warum müssen Innenlagen breiter sein?
Innenliegende Leiterbahnen sind von Leiterplattenmaterial umgeben und geben Wärme langsamer ab. Deshalb halbiert die Formel k, wodurch die Breite etwa 2.6-mal so groß sein muss.
Ist IPC-2221 der aktuellste Standard?
IPC-2152 hat ihn durch ausführlichere Diagramme ersetzt, die oft schmalere Leiterbahnen erlauben. IPC-2221 bleibt jedoch ein weit verbreiteter, konservativer Ausgangspunkt.
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