Aufgabenstellung:
Die Leiterbahn einer Platine hat eine Breite von
- Um welchen Faktor unterscheidet sich die Stromdichte innerhalb der Leiterbahn von der des Bond-Drahtes?
- Bei einer 2-adrigen isolierten Kupferleitung mit einer Querschnittsfläche von
liegt der maximal zulässige Strom bei 23 A. Bei einem Bond-Draht mit einem Durchmesser von liegt hingegen der maximal zulässige Strom bei rund . Vergleichen Sie die Stromdichte der Kupferleitung mit der des Bond-Drahtes.
Wie erklären Sie sich den Unterschied?
Lösungsweg:
a) Um welchen Faktor unterscheidet sich die Stromdichte innerhalb der Leiterbahn von der des Bond-Drahtes?
Um ein Verhältnis der Stromdichten zueinander zu erhalten, werden zunächst beide Werte berechnet.
Die Querschnittsfläche der Leiterbahn entspricht einem einfachen Rechteck.
Daraus ergibt sich mit dem im Leiter fließenden Strom die Stromdichte zu
Das identische Vorgehen wird bei dem Bond-Draht angewendet. Anstatt einer rechteckigen Leiterbahn wird hier lediglich ein Draht mit rundem Querschnitt verwendet.
Die Stromdichte im Bond-Draht ist
Das Verhältnis beider Werte zueinander ist damit
Die Stromdichte im Bond-Draht ist um den Faktor 4,35 größer als die Stromdichte in der Leiterbahn.
b) Vergleich der Stomdichten
Da Strom wie auch Querschnittsfläche des Kupferleiters gegeben sind, können die Werte einfach eingesetzt werden.
Da der Durchmesser des Bond-Drahtes dem aus Aufgabenteil a) entspricht, kann die Fläche von dort übernommen werden.
Erklärung:
Der enorme Unterschied beider Stromdichten ist dadurch zu erklären, dass das Verhältnis von Drahtoberfläche zu Innenvolumen des Bauteilgehäuses beim Bond-Draht sehr klein ist.
Daraus resultiert eine bessere Wärmeabgabe und somit eine höhere zulässige Stromdichte.
Die 2 -adrige Kupferleitung besitzt wegen ihrer deutlich schlechteren Wärmeabfuhr, bedingt durch Isolation und ggf. einer Unterputzverlegung, eine um ein Vielfaches geringere zulässige Stromdichte.
Lösung:
- Die Stromdichte im Bond-Draht ist um den Faktor 4,35 größer als die Stromdichte in der Leiterbahn.