Gleiche Leiterbahn, doppelt so viel Kupfer
Eine Unze Kupfer entspricht etwa 35 µm, zwei Unzen etwa 70 µm. Durch die Verdopplung der Dicke verdoppelt sich der Querschnitt jeder Leiterbahn auf dieser Schicht, wodurch sich der Widerstand halbiert: Eine 1-Unzen-Leiterbahn hat einen Widerstand von etwa 0,5 mΩ pro Quadrat, eine 2-Unzen-Leiterbahn etwa 0,25 mΩ.
Das ist die gesamte elektrische Argumentation. Alles andere – Kosten, minimale Strukturgröße, Ätzkontrolle, Ebenheit der Oberfläche – ergibt sich aus dem Prozess, der zur Herstellung der dickeren Schicht erforderlich ist.
Was der höhere Widerstand bringt
Bei einem Strom von 1 A durch eine Leiterbahn mit einer Länge von 100 Quadraten verbraucht die Leiterbahn bei 0,5 mΩ pro Quadrat etwa 0,5 mW pro Quadrat, insgesamt 50 mW, mit einem Spannungsabfall von etwa 49 mV. Bei 2 Unzen beträgt der Spannungsabfall etwa 25 mV und der Verbrauch 25 mW.
Bei einer 3,3-V-Schiene entscheiden diese Werte über die Auslegungssicherheit. Bei einer 48-V-Schiene ist der Spannungsabfall deutlich weniger relevant, und der Temperaturanstieg – nicht der Abfall – ist ausschlaggebend für die Verwendung von Kupfer.
Kosten und Designregeln
Das Kupfergewicht wird doppelt bezahlt: durch die Folie und die benötigte Galvanisierungszeit. Dickere Folien lassen sich zudem anders ätzen, sodass sich die minimale Leiterbahnbreite und der Platzbedarf mit steigendem Kupfergewicht vergrößern. Eine Leiterplatte mit 0,06 mm Strukturbreite und 2 oz Kupfer überall ist aufwendiger zu fertigen als eine, bei der das dicke Kupfer in Flächen und großen Bereichen verwendet wird.
Drei praktische Konsequenzen:
Layout zuerst, Gewicht danach. Die Leiterbahnbreite sollte auf den verfügbaren Platz erweitert werden, anschließend wird das Kupfergewicht gewählt, das den angestrebten Temperaturanstieg erfüllt.
Dichtes Kupfer dort einsetzen, wo Strom fließt. Ein gemischter Aufbau mit 2 oz Kupfer auf den Versorgungsebenen und 1 oz auf den Signalebenen ist günstiger als ein einheitlicher Aufbau mit 2 oz und in der Regel genauso gut.
Prüfen Sie den Stecker, nicht nur die Leiterbahn. Eine dicke Leiterbahn, die einen Stecker mit feiner Rasterung versorgt, verlagert den Engpass, anstatt ihn zu beseitigen.
Die richtige Wahl treffen
Für die meisten digitalen und analogen Low-Power-Platinen reichen 1 oz (28 g) aus, und 0,06 mm breite Leiterbahnen sind wichtiger als zusätzliches Kupfer. Bei Netzteilen, Motorstufen und Batteriehardware sind 2 oz (56 g) der übliche Ausgangspunkt. Lässt sich der Strompfad nicht verbreitern, kommt dickeres Kupfer zum Einsatz.
Wenn Stromstärke und verfügbare Leiterbahnbreite über 3 oz (85 g) liegen, Seite für schwere Kupfer-Leiterplatten listet die veröffentlichte Spanne auf (0,5–20 oz außen, 0,5–10 oz innen) und die Designleitfaden erklärt, welche Änderungen am Layout vor der Angebotserstellung erforderlich sind.
