Trace

Eine Leiterbahn ist ein Streifen aus leitendem Material, üblicherweise Kupfer, das auf eine Leiterplatte (PCB) laminiert oder in diese geätzt wird, um elektrische Signale zwischen Komponenten zu übertragen. Im Gegensatz zu einzelnen Drähten sind Leiterbahnen flach, starr und ein fester Bestandteil der Platine. In Stromverteilungs- und Steueranlagen in Energieeinrichtungen bilden Leiterbahnen das Rückgrat der Kommunikation zwischen Mikrocontrollern, Sensoren, Relais und Leistungselektronik.

Leiterbahnen entstehen bei der PCB-Herstellung durch ein subtraktives Verfahren: Eine Kupferschicht wird auf das Platinen-Substrat (üblicherweise Glasfaser oder Epoxidharz) aufgebracht, dann definiert eine Fotolack-Maske das gewünschte Muster. Säureätzen entfernt das ungeschützte Kupfer und hinterlässt nur das Muster. Die Kupferdicke liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 3 Unzen pro Quadratfuß (etwa 18 bis 105 Mikrometer), wobei dickere Leiterbahnen für die Stromverteilung und dünnere für Signalleitungen verwendet werden. Die Breite variiert von unter 0,1 Millimetern in dichten Layouts bis zu mehreren Millimetern für Stromwege mit hohem Strom.

Bei Anwendungen in Energieversorgungsnetzen erfordert die Leiterbahnauslegung besondere Aufmerksamkeit für Strombelastbarkeit, Impedanz und Wärmeleitung. Eine zu schmale Leiterbahn für den fließenden Strom wird sich aufheizen und ausfallen; Designer nutzen Bahnbreite und -dicke, um die Stromdichte zu regeln und übermäßigen Spannungsfall zu vermeiden. Signalleiterbahnen müssen so geführt werden, dass Übersprechen minimiert wird und die Zeitintegrität in Digitalsystemen gewährleistet bleibt; eine schlecht geführte Leiterbahn kann Störungen in eine benachbarte Signalleitung einkoppeln und so Daten verfälschen oder fehlerhafte Auslösungen in einem Schutzrelais verursachen.

Leiterbahnen sind anfällig für Ausfallarten, die Drähte nicht haben. Thermische Wechselbelastung, häufig in Außenanlagen, kann zu Rissen im Kupfer an kritischen Punkten führen, besonders an Bauteilpads oder wo sich Leiterbahnen scharf ändern. Lötbrücken (unbeabsichtigte Verbindungen zwischen benachbarten Leiterbahnen) und Unterbrechungen (Bruchstellen im Kupfer) sind häufige Herstellungsfehler, die möglicherweise erst sichtbar werden, wenn die Platine unter Spannung steht. Korrosion in feuchten Umgebungen kann Leiterbahnen im Lauf der Zeit abbauen und den Widerstand erhöhen.

Der Begriff "Leiterbahn" spiegelt das Aussehen der fertigen Platine wider: Die Kupferwege sehen aus wie eingezeichnete Linien auf der Oberfläche. In Hochleistungs-Leistungselektronik können Platinen mehrere Schichten haben, wobei Leiterbahnen in inneren Schichten für Stromverteilung und äußeren Schichten für Signale und Steuerung verwendet werden. Die Anzahl der Schichten und die Komplexität des Leiterbahnverlaufs beeinflussen direkt die Platinekosten und Zuverlässigkeit, daher ist Fachkompetenz im Layout kritisch für Ausrüstungen in Energiequalität.