Captain Malu
Warum die Leiterbahnbreite zählt
Eine Leiterbahn ist der Kupferpfad auf einer Platine — der physische Stromweg zwischen Bauteilen. Gemeinsam mit der Kupferdicke bestimmt sie, wie viel Strom sicher fließen kann, wie stark sich die Bahn erwärmt und wie groß der Spannungsabfall über die Länge ist. Eine zu schmale Bahn kann überhitzen, Spannungsabfall verursachen oder im schlimmsten Fall beschädigt werden.
Die drei Größen, die du im Blick behalten musst
Für eine sinnvolle Abschätzung reichen meistens drei zentrale Betrachtungen: Strom, Kupferdicke und erlaubter Temperaturanstieg. Kurz zusammengefasst: mehr Strom → breitere Bahn; dickeres Kupfer → weniger Widerstand; geringerer erlaubter Temperaturanstieg → größere Querschnitte.
Die Erwärmung folgt vereinfacht der Verlustleistung P = I²·R. Weil der Widerstand proportional zum Längengradienten und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche ist, hilft eine breitere Bahn, den Widerstand zu reduzieren und damit die Erwärmung zu begrenzen. Länge und Spannungsabfall sind ebenso wichtig: Eine lange, schmale Versorgung kann thermisch in Ordnung sein, aber wegen des Spannungsfalls Probleme an empfindlichen Verbrauchern verursachen.
Sinnvolle Faustregeln für eine erste Abschätzung
Für Prototypen und einfache Projekte genügen häufig grobe Richtwerte als Startpunkt. Sie sind kein Ersatz für eine detaillierte Auslegung, helfen aber, Layout-Entscheidungen früh zu treffen.
- 1 A auf 1 oz (≈35 µm) Außenlage: ca. 0,3–0,5 mm
- 2 A auf 1 oz Außenlage: ca. 0,8–1,2 mm
- 5 A auf 1 oz Außenlage: ca. 2–4 mm
Innenlagen brauchen in der Regel deutlich mehr Querschnitt, weil die Wärme schlechter abgeführt wird. Bei 2 oz-Kupfer (≈70 µm) können die nötigen Breiten deutlich kleiner ausfallen. Plane immer eine Reserve ein — 20–50 % ist ein gutes Erfahrungsmaß, sofern Platz vorhanden ist.
Schritt für Schritt: So kommst du von Strom zur groben Breite
1. Dauer- und Spitzenstrom unterscheiden
Lege Dauerstrom (thermisch maßgeblich) und Spitzenstrom (kurzzeitig kritisch) fest. Dimensioniere primär für den Dauerstrom; wiederkehrende Spitzen aber in die Auslegung einbeziehen — sie können die Lebensdauer beeinflussen.
2. Kupferdicke und Lage notieren
Notiere die Schicht (Außen- oder Innenlage) und das Kupfergewicht (z. B. 1 oz ≈ 35 µm, 2 oz ≈ 70 µm). Achte auf benachbarte Kupferflächen, die Wärme mit ableiten können.
3. Erlaubten Temperaturanstieg wählen
Statt einer absoluten Zieltemperatur rechnet man praktisch oft mit einem erlaubten Temperaturanstieg über Umgebung. Für empfindliche Bauteile oder Enclosures wähle einen kleineren Anstieg, sonst kannst du etwas aggressiver sein.
4. Rechner oder Faustregel anwenden
Nutze einen Online-Rechner oder eine IPC-basierte Tabelle als Plausibilitätscheck. Trage Dauerstrom, Kupferdicke, Lage und Temperaturanstieg ein und vergleiche das Ergebnis mit deiner Platzsituation im Layout.
5. Reserve einplanen und Layout prüfen
Überprüfe Engstellen, Ecken, Durchkontaktierungen (Vias) und Verbindungspunkte — oft sind es die schmalen Stellen, die Probleme verursachen. Wenn möglich, erhöhe die Breite leicht oder nutze Kupferflächen statt langer, schmaler Trassen.
Praktische Beispiele: LED, Raspberry Pi, Motor
Kleine Signale (LEDs, Sensorleitungen) sind meist unkritisch — 5–20 mA erfordern keine breiten Bahnen. Bei Versorgungszweigen für Microcontroller oder Raspberry Pi (typ. hunderte mA bis ~2 A) lohnt sich eine breitere Leitung und eine große Massefläche, besonders bei längeren Wegen. Motoren und Heizelemente brauchen dagegen deutlich konservativere Maßnahmen: Kupferflächen, parallele Leiterbahnen, dickeres Kupfer oder sogar zusätzliche Drahtverstärkung.
Außenlage, Innenlage und die Rolle von Kupferflächen
Außenlagen kühlen durch Luftkontakt besser, Innenlagen sind vom FR-4 umgeben und geben Wärme schlechter ab. Große Kupferflächen (Polygon Pours) verteilen Strom und Wärme oft effizienter als eine lange, schmale Leiterbahn — sie sind deshalb für Versorgungsnetze meist die bessere Wahl.
{{image:Querschnitts-Illustration einer Multilayer-Platine, die Außenlage vs. Innenlage und Wärmeabfuhr zeigt}}Typische Fehler — und wie du sie vermeidest
- Nur Mittelwert betrachten: Berücksichtige Startströme und PWM-Spitzen.
- Innenlagen wie Außenlagen behandeln: konservativer dimensionieren.
- Zu knapp planen: lieber 20–50 % Reserve einrechnen.
- Auf Lötzinn als Lösung vertrauen: Lötzinn ist kein verlässlicher Ersatz für richtiges Kupfer.
Wann eine grobe Abschätzung nicht mehr ausreicht
Bei Netzspannung, sicherheitsrelevanten Funktionen, hohen Dauerströmen, EMV-kritischen Designs oder wenn Zulassungen nötig sind, reicht eine grobe Daumenregel nicht. Dann brauchst du IPC-Richtwerte, Fertigerdaten und gegebenenfalls thermische Simulationen oder Messreihen.
Werkzeuge und Checks für den Alltag
Nutze Online-Trace-Width-Rechner als ersten Check und lege in deinem CAD Net Classes mit passenden Breiten fest. Erstelle dir eine kleine Tabelle mit häufigen Kombinationen (z. B. 1 A/1 oz → 0,4 mm) als persönliche Spickliste. Nach dem Layout immer Spannungsabfall und thermische Hotspots prüfen — bei Bedarf mit einer Wärmebildkamera im Prototypenbetrieb.
{{image:Screenshot-Style-Illustration: KiCad-Netclass-Einstellungen und ein Beispiel für Netze mit unterschiedlichen Breiten}}Kurz-FAQ
Wie breit für 1 A / 2 A / 5 A? Siehe Faustregeln weiter oben — immer mit Lage und Kupferdicke abgleichen. Reicht 1 oz immer? Für viele Fälle ja, aber nicht für hohe Ströme oder kleine Temperaturreserven. Lötzinn als Verstärkung? Nur als kurzfristiger Prototyp-Trick, nicht als Standardlösung.
