Defined Impedance Calculators

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Es gibt viele verschiedene Werkzeuge zur Berechnung des Leitungswellenwiderstand. Einige davon sind kostenlos, wie z.Bsp. die Onlineberechnung bei Eurocircuits. Andere wiederum sind kostenpflichtig.
Ziel ist es, die erforderlichen Werte eines bestimmten Leitungswellenwiderstandes für Leiterbahnbreite und -Abstände festzulegen.
Die Schnittstellen variieren von einem Programm zum anderen, ebenso die Art und Weise, wie die im Berechnungsprogramm verwendeten Parameter erfasst werden. Und hier muss der Benutzer aufpassen.

Seit dem sehr erfolgreichen Start von Eurocircuits DEFINED Impedance Pool Service haben wir Rückmeldungen erhalten, dass die Ergebnisse unserer Berechnung sich nicht immer mit den Ergebnissen anderer Berechnungen decken.
Dieses Thema haben wir sehr ernst genommen und eine Untersuchung eingeleitet, um festzustellen, warum es einen Unterschied gab.

Was haben wir festgestellt

Es stellte sich heraus, dass die für ein System erforderlichen Parameter sich von denen eines anderen unterscheiden.

Beispielsweise stimmt hier der Wert H1 in unserer Grafik links, nicht mit H1 in der Grafik rechts überein.

 

 

Außerdem ist der Wert H2 im anderen System rechts, in unserem System links, wie oben abgebildet, H1 + T.

Daher kann das übernehmen der Werte für H1 und H2 in der Eurocircuits Berechnung im Vergleich zu anderen unterschiedliche Ergebnisse liefern, da die entsprechenden Eingabeparameter wie in diesem Beispiel vertauscht sind.

Um zu überprüfen, ob der Eurocircuits-Rechner die richtigen Ergebnisse liefert, haben wir mehrere Tests durchgeführt:

  • Wir haben für beide Berechnungen die gleichen Werte eingegeben und erhielten erwartungsgemäß unterschiedliche Resultate.
  • Anschließend haben wir die im Altium-Rechner verwendeten Parameter auf die erforderlichen Werte korrigiert (z. B. H1 + T) und die Ergebnisse waren fast identisch (Zdiff = 100.035E gegenüber 99.146463E).

Zudem ist es wichtig, die richtige Dielektrizitätskonstante (εr) für das ausgewählte Material zu verwenden. Der Wert ändert sich in Abhängigkeit der ausgewählten Frequenz. In der Eurocircuits Online-Kalkulation werden alle bekannten Werte automatisch anhand des ausgewählten Lagenaufbau aktualisiert.

Beachten Sie auch, wie die Berechnung die Ergebnisse generiert. Wird diese mit der richtigen Formel oder einfach mit einer bekannten Faustregel kalkuliert?

Die Faustregel für den differentiellen Leitungswellenwiderstand ist beispielsweise das Doppelte des charakteristischen Leitungswellenwiderstand.

Dies ist nur ein grober und nicht mathematischer Wert, der reale Wert kann viel größer oder kleiner sein. Überprüfen Sie, wie die Werte abgeleitet werden.

Zusammenfassung

Bei der Berechnung des Leitungswellenwiderstand muss sichergestellt werden, dass die tatsächlich eingegebenen Werte den erforderlichen Parametern entsprechen und nicht einfach von einem Rechner zum nächsten kopiert werden.

  • Die Berechnung von Eurocircuits verwendet reale Werte, so wie sie in den Datenblättern der Materiallieferanten definiert sind.
  • Wir berechnen die korrekten Werte für den differentiellen Leitungswellenwiderstand auch mit einer korrekten Formel und nicht mit einer Faustregel.

Schließlich liefern alle Berechnungen theoretische Werte, da sie die Variablen und Toleranzen im Herstellungsprozess nicht berücksichtigen und nicht berücksichtigen können.

Dies bedeutet, dass der tatsächliche Messwert auf der Leiterplatte möglicherweise von dem berechneten Wert abweicht.

Eurocircuits hat die Erfahrung gemacht, dass die gemessenen Werte auf der Leiterplatte innerhalb +/- 10% der berechneten Werte liegen.

 

Insight Technology – Dickentoleranz bei Leiterplatten

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Wir fahren fort mit unserer Serie von Erklärungen zu Toleranzen auf einer Leiterplatte mit unserem 5. Leitfaden:

Dickentoleranz bei Leiterplatten

Wie bei allen Herstellungsprozessen wird die Dicke der fertigen Leiterplatte durch verschiedene Faktoren beeinflusst, daher wird eine Toleranz für die endgültige Dicke angewendet.

Der Herstellungsprozess einer Leiterplatte beginnt mit der Wahl des Basismaterial (z.Bsp.FR4) welches in verschiedenen Dicken verfügbar ist.

Eine typische Dickentoleranz für FR4 ist ±10% auf den Nominalwert.

Hinzu kommen die verschiedenen anderen Toleranzen, die sich während des gesamten Herstellungsprozesses angesammelt haben. Hieraus leitet sich die endgültige Leiterplatten-Dickentoleranz ab.

Wir richten uns nach der IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards (Industrial products) als Standard für Leiterplattendicke und Toleranzen.

Die Dicke einer Leiterplatte muss auf einem Laminatbereich gemessen werden, der frei von Lötstopplack, Kupfer und Bestückungsdruck ist.

Dickentoleranz, Leiterplatten

Weitere Info dazu, wie und warum diese Faktoren die Toleranzen der Leiterplattendicke beeinflussen finden Sie hier.

 

 

Insight Technology – Langloch-Endmaß-Toleranz

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Wir fahren fort mit unserer Serie von Erklärungen zu Toleranzen auf einer Leiterplatte mit unserem 4. Leitfaden:

Langloch-Endmaß-Toleranz

Die Definition für ein Langloch ist “eine längliche Bohrung oder Nut“.

Wir definieren ein Langloch oder eine Ausfräsung als eine Öffnung innerhalb des Leiterplattenkontur, unterscheiden diese jedoch aus produktionstechnischer Sicht.

Ein Langloch ist vereinfacht ausgedrückt ein länglicher Schlitz, während eine Ausfräsung ein Ausbruch in beliebiger Form darstellt.

Langlöcher sind auf Leiterplatten sehr verbreitet und können wie Bohrungen durchkontaktiert (DK) oder nicht durchkontaktiert (NDK) sein.

Der Grund für Langlöcher kann unterschiedlich sein, meist jedoch werden Sie zur Bestückung von Bauteilen benötigt.

Andere Gründe dafür können Kabeldurchführungen, Belüftungen, galvanische Trennung usw. sein.

Folgende Faktoren beeinflussen die Toleranz:

  • Typ des Langlochs – durchkontaktiert oder nicht durchkontaktiert.
  • Nominelle Größe bzw. verfügbarer Werkzeugdurchmesser.
  • Werkzeug-Toleranz.
  • Werkzeugabnutzung.
  • Langloch-Reinigung (Desmear).
  • Galvanisierungsprozess und Kupferverteilung.
  • Endoberfläche der Leiterplatte.

Wir produzieren alle unsere Leiterplatten entsprechend der IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards (Industrieprodukte).

Weitere Info und unser Video dazu, wie und warum diese Faktoren die Toleranzen eines Langlochs beeinflussen finden Sie hier.

 

 

 

 

Insight Technology – Registrierung Lage zu Lage Toleranzen

 

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Wir fahren fort mit unserer Serie von Erklärungen zu Toleranzen auf einer Leiterplatte mit unserem neuestem Leitfaden:

Registrierung Lage zu Lage Toleranzen

Die Registriergenauigkeit der einzelnen Lagen zueinander ist einer der wichtigsten Schritte in der Leiterplattenproduktion. Zu große Abweichungen können zu offenen Restringen führen.

Unser Ziel ist es immer, Ihre Leiterplatten so genau wie möglich zu fertigen.
Es gibt jedoch viele Faktoren die diese Genauigkeit beeinflussen können. Mit unserer Erfahrung und unserem Fachwissen versuchen wir diese während der Produktion auszugleichen.

Eine der neuesten und wichtigsten Ergänzungen in unseren Fertigungen ist das Direct Imaging (DI) – Direktbelichtungsverfahren.

Durch die Direktbelichtung von Leiterbild und Lötstopplack ist eine wesentlich genauere Ausrichtung der Lagen zueinander möglich, da herkömmliche Fotoplots nicht mehr erforderlich sind.

Herkömmliche Fotoplots sind extrem temperatur- und feuchtigkeitsempfindlich. Schon bei geringen Schwankungen wird die Genauigkeit beeinträchtigt.

DI ist ein Digitaldruckverfahren, welches modernste CCD-Kameras verwendet, die Ausrichtungsmerkmale wie Bohrungen oder Passermarken, erkennt um die Lagen auf den Produktionsnutzen genau auszurichten.

Für Innenlagen werden die Passermarken mit einem UV-Marker direkt auf L3 aufgebracht, während L2 belichtet wird. Dies verbessert die Passgenauigkeit der Innenlagen zueinander erheblich.

Wir produzieren alle unsere Leiterplatten entsprechend der IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards (Industrieprodukte).

Weitere Info und unser Video dazu, wie und warum diese Faktoren den Toleranzen Leiterbahnbreite & -abstände beeinflussen finden Sie hier:

 

 

 

 

 

Neu! – DEFINED IMPEDANCE pool

Neu! – DEFINED IMPEDANCE pool

 

Wir sind sehr erfreut die Einführung unserer neuen schnellen & kostengünstigen Lösung für Leiterplatten mit DEFINIERTER IMPEDANZ bekannt zu geben.

Unser DEFINED IMPEDANCE pool Service wurde für Leiterplatten entwickelt, die eine bestimmte Impedanz für bestimmte Leiterbahnen benötigen. Es gibt einen Online-Rechner, mit dem Sie die resultierenden Werte für Leiterbahnbreiten und -abstände festlegen können.

Der Service ist auf 50Ω Leitungswellenwiderstand und 90Ω differenzieller Leitungswellenwiderstand ausgelegt und verwendet ein Basismaterial mit einer garantierten Dielektrizitätskonstante (εr).

Für weitere Informationen lesen Sie unsere DEFINED IMPEDANCE Seite auf der Eurocircuits Homepage.

 

 

 

 

Insight Technology – Toleranzen Leiterbahnbreite & -abstände

 

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Wir fahren fort mit unserer Serie von Erklärungen zu Toleranzen auf einer Leiterplatte mit unserem neuestem Leitfaden:

Toleranzen Leiterbahnbreite & -abstände.

Leiterbahnbreiten und -abstände sind wichtig, weil sie die maximale Spannung, Impedanzwerte und die generelle elektronische Signalintegrität einer Leiterplatte definieren.

Die Werte im CAD-System basieren auf den Ansätzen: “Design for Manufacturing, auf Anhieb richtig” es soll zudem die geforderte Funktionalität der Leiterplatte sichergestellt sein.

Dabei muss man sich bewusst sein, dass die Leiterbahnbreite und -abstände in Wechselwirkung stehen und nicht voneinander getrennt betrachtet werden können.

Wenn die Leiterbahn überätzt ist (kleinere Leiterbahnbreite), dann erhöht sich der Leiterbahnabstand. Ist die Leiterbahn unterätzt (größere Leiterbahnbreite), dann verringert sich der Leiterbahnabstand.

Im schlechtesten Fall führt Unterätzung zu Kupferrückständen zwischen den Leiterbahnen und damit zu Kurzschlüssen.

Dennoch ist der Ätzprozess nur ein Teilprozess, weswegen wir als Hersteller mehrere Faktoren berücksichtigen, welche das Endmaß der Leiterbahnbreite und des Leiterbahnabstandes beeinflussen:

  • Basiskupferdicke.
  • Art des Belichtungsprozesses (Direkt- vs konventionelle Belichtung).
  • Kupferverteilung (auf der Leiterplatte).
  • Ätzprozess.

Wir produzieren alle unsere Leiterplatten entsprechend der IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards (Industrieprodukte).

Weitere Info und unser Video dazu, wie und warum diese Faktoren den Toleranzen Leiterbahnbreite & -abstände beeinflussen finden Sie hier:

 

 

 

 

 

Insight Technology – Toleranz Endlochdurchmesser

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Toleranzen gibt es überall. Sie gelten für alles was hergestellt wird, egal ob es dabei um eine einfache Schraube, Mobiltelefon oder Raumfahrzeug geht.

Selbst unser europäisches Stromnetz hat eine Toleranz von +/- 6%.

Wenn Sie ein neues Produkt entwickeln, geschieht das unter Berücksichtigung bestimmter Abmessungen, die als Nominalmaß bezeichnet werden.

Diese Abmessungen unterliegen bestimmter Toleranzen, da dies fertigungstechnisch und aus Kostengründen nicht anders realisierbar ist.

Dabei gilt die Regel, je kleiner die Toleranz desto größer die Herstellkosten.

Für die industrielle Leiterplattenproduktion gibt es internationale Standards für Toleranzen. Wir produzieren alle unsere Leiterplatten gemäß der IPC-A-600 Abnahmekriterien für Leiterplatten -Version F – Klasse II (Industrieprodukte).

Nutzen Sie die Eurocircuits Plattform gemeinsam mit Eurocircuits TV, hier haben wir eine Reihe informativer Anleitungen erstellt, die diese Herstellungstoleranzen erläutern.

Unser erster Leitfaden ist:

Endlochdurchmesser Toleranzen

Folgende Faktoren beeinflussen die Toleranz:

  • Typ der Bohrung – durchkontaktiert, nicht durchkontaktiert oder Via.
  • Nomineller Durchmesser bzw. verfügbarer Werkzeugdurchmesser.
  • Werkzeug-Toleranz.
  • Werkzeugabnutzung.
  • Lochwandreinigung (Desmear).
  • Galvanisierungsprozess und Kupferverteilung.
  • Endoberfläche der Leiterplatte.

Weitere Info und unser Video dazu, wie und warum diese Faktoren den Endlochdurchmesser beeinflussen finden Sie hier:

 

 

 

 

Welche Lötoberfläche passt zu Ihrem Design?

 

Löt-Oberflächen auf Leiterplatten

Die Auswahl der richtigen Löt-Oberfläche ist ebenso wichtig wie die Auswahl des passenden Herstellers für die Leiterplattenfertigung. Die Auswahl der falschen Oberfläche kann zu Problemen bei der Bestückung führen. Die Löt-Oberfläche schützt die Kupferpads gegen Oxidation und Verunreinigungen. Ohne Löt-Oberfläche würde das Kupfer oxidieren, wodurch das Löten von Bauteilen fast unmöglich gemacht wird. Da alle Oberflächen Ihre Vor- und Nachteile haben, ist es wichtig sich ihre Anwendung anzuschauen und die Behandlung der Leiterplatte bei der Bestückung mit einzubeziehen. Wir bieten folgende Löt-Oberflächen an: bleifreie Heissluftverzinnung (HAL), chemisch Nickel-Gold (ENIG), chemisch Silber (ImAg). Alle sind bleifrei und können für ein RoHS Design ebenso genutzt werden, wie für die verbleite (SnPb) Bestückung. Steckergold kann mit Hartgold beschichtet werden (galvanisch Nickel-Gold Ni/Au)

 bleifrei unspezifiziert

Falls Sie keine spezifische Oberfläche auswählen, wird Ihre Leiterplatte auf einem Produktionsnutzen entweder in HAL bleifrei, chemisch Silber, oder chemisch Nickel-Gold produziert. Die Auswahl richtet sich nach den anderen auf diesem Nutzen gefertigten Leiterplatten.

HAL bleifrei

Die Verwendung von HAL als Oberfläche führt zur höchsten Stufe der Lötbarkeit und Löt-Robustheit im Hinblick auf eine mehrstufige Bestückung und Lagerung, bei einem gleichzeitig günstigen Preis. Andererseits erfordert der HAL-Prozess das Eintauchen der kompletten Leiterplatte in flüssiges Lot und ist damit für eine zusätzliche thermische Belastung der Leiterplatte verantwortlich. Aus diesem Grund ist HAL nicht die beste Wahl, falls Ihre Leiterplatte kleine Durchsteiger besitzt, oder dicker als normal – also der Aspect Ratio zu hoch – ist. Ein weiterer Aspekt ist die balligere Oberfläche dieses Verfahrens. Obwohl wir bemüht sind eine möglichst planare Oberfläche zu erreichen, kann die Schwankung der Menge des Lotes auf den Pads diese Oberfläche weniger geeignet für kleine Bauteile mit kleinen Pad-Größen sein.

ENIG (chem. Ni/Au)

Viele Kunden wählen diese Oberfläche wegen der planaren Oberfläche, der guten Lötbarkeit und der akzeptablen Lagerfähigkeit, aber auch, weil sie diese Oberfläche schon vor der Einführung der bleifreien Bestückung kannten. Zumindest dieser Parameter konnte unverändert bleiben und gab zu dieser Zeit etwas Sicherheit. Wie auch immer, der ENIG-Prozess ist kompliziert und hat ein höheres Risiko von Fehlstellen (fehlende Beschichtung, “black Pad” oder Kontaktversprödung). Bei ENIG wird die Lötverbindung zwischen dem Lot und der Nickelschicht der Nickel-Gold-Oberfläche hergestellt, nicht mit dem darunter liegenden Kupfer. Das Gold wird in der Lötverbindung komplett aufgelöst. Diese Verbindung ist bedeutend brüchiger als eine Kupfer-Zinn-Verbindung und wird deswegen nur bei Anwendungen empfohlen bei denen Stöße, Biegungen oder starke Vibrationen keine Rolle spielen. Zudem ist ENIG die teuerste Oberfläche. Für manche Anwendungen, wie Tastaturkontakte oder Draht-Bonding, ist es die bessere Wahl.

chemisch Silber (chem. Ag)

Diese Oberfläche ist häufig ein Zankapfel, manche lieben diese Oberfläche, manche nicht. Sie bietet eine planare Oberfläche, eine gute Lötbarkeit und eine lange Lagerfähigkeit. Die Lötverbindung wird zum darunterliegenden Kupfer hergestellt, da das Silber beim Löten aufgelöst wird. Klingt gut, aber chem. Ag ist empfänglich für Schwefeldioxid (SO²), welches die Oberfläche überzieht und eine AgS² Lage herstellt. Diese Lage beeinflusst die Lötbarkeit nachteilig. Zur Vermeidung dieses Überzugs verpacken wir die Leiterplatten vakuumdicht in silbernes Packpapier, um zu verhindern das Feuchtigkeit und SO² aus der Atmosphäre eindringt. Im Falle einer mehrstufigen Bestückung, sollte die teilbestückten Leiterplatten besser in einer schwefelfreien Umgebung aufbewahrt werden. Falls derlei Handhabung kein Problem darstellt, ist chem. Ag die beste und preiswerteste Wahl.

Steckergold

Wegen der Abriebfestigkeit von Steckverbindungen, können wir diese Stecker mit einer Lage von galvanischem Nickel-Gold (NiAu, Hartgold) versehen. Diese Oberfläche wird in einer Badkonstruktion spezieller Größe verarbeitet und kann nur für Stecker verwendet werden. Die Verarbeitung von Hartgold an anderen Stellen der Leiterplatte ist nicht Möglich.

Karbon

Karbon kombiniert eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit und kann häufig als Ersatz für Goldkontakte verwendet werden. Es wird direkt auf dem Kupfer apliziert und für Schaltkontakte und Folientastaturen genutzt. Es kann die Herstellung von Leitungskreuzungen ermöglichen. Karbon ist widerstandsfähig gegenüber HAL und Lötprozessen und zeigt praktisch keine Veränderung des Widerstandes. Karbon wird mit leitender Paste gedruckt. Die Genauigkeit und das Bild ist deswegen durch den Druckvorgang begrenzt.

tabellarische Zusammenfassung

Auswirkung unterschiedlicher Kupferdicken auf die Kühlung eines SMD-Spannungsreglers

Gemeinsam mit Prof. Dr.-Ing. Francesco P. Volpe Professor für Mikrocomputertechnik und Digitaltechnik an der Hochschule Aschaffenburg haben wir die Auswirkung von unterschiedlichen Kupferlagenzahl und Kupferdicken auf die Kühlung eines SMD-Spannungsreglers gemacht. Das dazu gemachte Experiment, wird im Folgenden erläutert:

Möchte man ein linear geregeltes Netzteil aufbauen, steht man sofort vor der Frage, wie man die Verlustwärme am linearen Spannungsregler ableitet. Weshalb dieses Problem auftritt, wird an einem einfachen Design gezeigt:

Es soll ein linear geregeltes Netzteil mit einer Ausgangsgleichspanung von 24 V und einem maximalen Strom von 0,25 A entwickelt werden. Ferner sollen hautsächlich Bauteile in SMD zum Einsatz kommen. Ein solches Netzteil ist in Bild 1 zu sehen. Dabei handelt es sich um ein reines Prinzipschaltbild.


Bild 1: Linear geregeltes 24V-Netzteil.

Als Startpunkt wird die Ausgangsspannung gewählt und arbeitet sich in Richtung Transformator vor. Ausgehend von 24 V Ausgangspannung müssen vor dem Spannungsregler 3 V mehr anliegen. Diese sogenannte Dropout-Spannung benötigt der Spannungsregler um zu arbeiten. Über den Brückengleichrichter verliert man zusätzlich die Durchlass-Spannung von zwei Dioden, also ca. 1 V (es wurden Schottky-Dioden verwendet). Damit muss der Transformator an der Sekundärseite 24V+3V+1V=28V liefern. Das ist dann die Spitze-Spitze-Spannung. Die Ausgangsspannung von Transformatoren wird üblicherweise als Effektivwert angegeben. Die berechnete Spitze-Spitze-Spannung von 28V muss noch durch den Faktor 1,4142 (Wurzel aus 2) dividiert werden. Man erhält somit eine effektive Sekundärspannung von 28V/1,4142=19,8V. Es wird ein Transformator benötigt, der bei einer Netzspannung von 230V eine Ausgangsspannung von ca. 19,8V liefert. Leider ist das nicht die ganze Wahrheit. Die Netzspannung kann 230V+/-23V betragen. Also muss der Transformator bei der minimalen Netzspannung von 203V bereits 19,8V am Ausgang liefern. Somit wird ein 24V-Transformator gewählt. Dieser ist in der Lage, auch die minimale Spannung von 19,8V bei geringer Netzspannung zu liefern.

Wie sehen die Spannungsverhältnisse bei dem gewählten Transformator nun aus? Dieser wird eine Spitze-Spitze-Spannung von 24V x 1,4142 = 33,94V am Brückengleichrichter bereit stellen. Nach dem Brückengleichrichter werden es immer noch 32,94V sein (1V weniger wegen zwei leitender Schottky-Dioden). Der Spannungsregler wird eine Verlustleistung von Pv=(32,94V – 24V)x0,25A=2,24W umsetzen, die in Form von Wärme abgeben wird. Dazu wird der Regler, der in SMD ausgeführt ist und ein SOT-263 Gehäuse besitzt, die Wärme an das Kupfer der Leiterplatte abführen. Zur Messung, wie warm der Spannungsregler wird, wurden Messungen durchgeführt (siehe Bild 2). Als Last wurde ein einstellbarer Widerstand verwendet und für die Schaltung aus Bild 1 wurden drei Leiterplatten hergestellt, die sich in der Lagenzahl und Kupferdicke unterscheiden (siehe Tabelle 1). Anschließend wurden alle drei Schaltungen auf den unterschiedlichen Leiterplatten gemessen. Dazu wurde am Eingang des Spannungsregler 10V und der Ausgang mit 0,25A belastet. Damit ist sichergestellt, dass alle drei Messungen mit exakt der gleichen Verlustleistung von 2,5W durchgeführt wurden. Die Erwärmung des Spannungsregler und der Leiterplatte wurde mit einer IR-Kamera aufgenommen. Die Ergebnisse sind in den Bilder 3a bis 3c zu sehen: Bei der einseitigen Leiterplatte steht dem Spannungsregler weniger Kupferfläche zur Abführung der Wärme zu Verfügung und erwärmt sich auf ca. 88°C. Die Kupferfläche beträgt bei dieser Leiterplatte ca. 1.000mm2 (siehe Bild 3a). Bei der zweiseitigen Leiterplatte mit einer Kupferdicke von 35µm sind beide Lagen über 70 Vias miteinander verbunden. Dadurch werden Teile der Wärme auch auf die untere Lage geleitet und die zur Verfügung stehende Kupferfläche ist ca. doppelt so groß (ca. 2.160mm2). Es muss aber beachtet werden, dass durch die Vias die thermische Anbindung nicht optimal ist. Der Spannungsregler erwärmt sich auf knapp 74,5°C (siehe Bild 3b). Schließlich ist in Bild 3c die Messung für die zweiseitige Leiterplatte mit einer Kupferdicke von 70µm gezeigt. Hier kann sich aufgrund des stärkeren Kupfers die Wärme besser ausbreiten und der Spannungsregler erwärmt sich auf ca. 69,8°C.


Bild 2: Messaufbau. Ein Trennstelltrafo wurde verwendet, um die Netzspannung zwischen 203V und 253V einzustellen.

Tabelle 1: Messungen mit unterschiedlichen Kupferlagen und -dicken

Leiterplatte Kupferlagen Kupferdicke / µm
1 1 35
2 2 35
3 2 70

Die Leiterplatte 1 ist mit einem Fräsbohrplotter und Leiterplatte 2 und 3 sind bei Eurocircuits hergestellt worden.


Bild 3a: IR-Bild der einseitigen Leiterplatte mit 35µm Kupferdicke.


Bild 3b: IR-Bild der zweiseitigen Leiterplatte mit 35µm Kupferdicke.


Bild 3c: IR-Bild der zweiseitigen Leiterplatte mit 70µm Kupferdicke.

Fazit:
Zur Kühlung von SMD-Spannungsregler wird eine große Kupferfläche benötigt. Diese kann auch durch eine zweilagige Leiterplatte erfolgen, indem die zwei Kupferlagen mit vielen Vias durchkontaktiert werden, um die Wärme auf die untere Kupferlage zu bringen. Mit dieser Maßnahme konnte die Erwärmung des Spannungsreglers von 88°C auf 74,5°C gesenkt werden. Die Erhöhung der Kupferdicke von 35µm auf 70µm und damit des Querschnitts der Fläche brachte eine weitere Temperatursenkung auf 69,8°C.

Direktbelichtung + Spray Coating EC Aachen

Eurocircuits – Standort Aachen investiert in Direktbelichtung

 

Eurocircuits investiert regelmäßig in seine Fertigungsstätten. Vergangenes Jahr erhielt die ungarische Produktion einen Ledia-Direktbelichter. Dieses Jahr standen und stehen in der deutschen Fertigung umfangreiche Investitionen an. Neben Ritzmaschine (LHMT), Schablonenlaser (LPKF), Einbrennofen (Beltron) und einem zweiten Bestückungsdrucker (Orbotech), lag der Fokus auf einer neuen Spray Coating Anlage (All4PCB) und einem MDI Direktbelichter (Schmoll).

Unser Ziel war es, durch die Investition in Spray Coating und Direktbelichtung, die Voraussetzungen für eine durchgängige Direktbelichtung in allen Fertigungsbereichen zu schaffen. Das heißt, dass bei allen Belichtungsvorgängen für Innen- und Außenlagen, als auch für den Lötstopplack die Direktbelichtung zum Einsatz kommen soll. Darüber hinaus sollten die europäischen Fertigungen auf diese Weise verfahrenstechnisch angeglichen werden.

Derzeit werden Direktbelichter wegen der längeren Belichtungszeiten im Vergleich zur herkömmlichen Belichtung mit Filmen, überwiegend für die Belichtung von Innen- und Außenlagen eingesetzt.

Obwohl ein Direktbelichter natürlich nicht zwingend zur Belichtung von Lötstopplack eingesetzt werden muss, ist dies aber zur Minimierung von Toleranzen ratsam. Zudem erhöht es die Wirtschaftlichkeit der Investition. Über lange Zeit lag der Fokus der Direktbelichtung auf dem Foto-Resist. Doch das Laminar wurde in den vergangenen Jahren an die geringere Energiedichte von LEDs und Dioden angepasst. In Verbindung mit energiereicheren LEDs verkürzt sich die Belichtungszeit des Lötstopplacks und diese Technologie rückt ins Blickfeld. Mittlerweile gibt es verstärkte Bemühungen bei der Entwicklung von Lötstopplacken, um die Direktbelichtungsdauer zu verkürzen. Doch auch die Anforderungen an den Auftrag des Lötstopplacks steigen. Ein gleichbleibendes Belichtungsergebnis erfordert eine zunehmend homogene und hochwertige Beschichtung des Lötstopplacks. Deswegen erfordert die durchgängige Nutzung des Direktbelichters auch für den Lötstopplack eine Investition in eine neue Beschichtungstechnologie. Dies haben wir über die Investition in eine neue Spray-Coating-Anlage erreicht, welche sämtliche Anforderungen in Bezug auf ein gleichbleibend hochwertiges und homogenes Beschichtungsergebnis erfüllt und damit die Voraussetzung für die Direktbelichtung schafft.

In Bezug auf die Belichtungstechnologien sind aktuell am Markt sehr unterschiedliche System vertreten. Bei der von uns eingesetzten MDI-Technologie wird das UV-Licht durch Mikrospiegelchips mit hoher Auflösung auf die Leiterplatte übertragen. Dabei werden vier verschiedene Wellenlängen generiert, um ein passendes Spektrum für Resist-und Lötstopplackanwendungen gewährleisten zu können.