Probleme, die bei der Masseverbindungen von Leiterplatten entstehen können

 

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Leiterplatten werden oft auch als Platinen, Leiterkarten oder PCBs (englisch: printed circuit board; deutsch gedruckte Schaltungen) bezeichnet. Letztendlich bedeuten diese Begriffe alle dasselbe. Auf PCBs werden elektronische Teile befestigt und sie erzeugen elektrische Verbindungen. Die Meisten können sich unter dem Begriff Platine etwas vorstellen. Diese sind in allen modernen, elektrischen Geräten verbaut. Als Massefläche wird im Leiterplattendesign eine mit dem Massepotenzial verbundene große Fläche auf einem PCB(einer gedruckten Schaltung) bezeichnet. Auf dieser Massefläche werden elektronische Verbindungen erzeugt, die unter gewissen Umständen störanfällig sein können.

Mögliche Störungen auf Leiterkarten, die durch Masseverbindungen gemindert werden

Eine Masseleitung dient in erster Linie dazu, Spannungsabfälle auf Platinen zu verhindern. Sie wirkt sich auf verschiedene Schaltkreise einer Platine aus und erzielt Ihre ausgleichende Wirkung, wie ihr Name schon sagt, über ihre Masse. Die Masseleitung wird dabei einfach als Massefläche ausgenutzt.

Ursache für weitere Störungen im Stromkreislauf sind durch Leiter verursachte Magnetfelder, die von den PCBs abstrahlen und die elektromagnetische Verträglichkeit einzelner Komponenten im Stromkreislauf beeinträchtigen  können. Auch hier können Masseflächen mit ihren dazugehörigen Masseverbindungen dazu eingesetzt werden, Wechselmagnetfelder zu induzieren mit denen überschüssige Energie absorbiert wird. Insbesondere bei Spulen auf einer Platine ist diese Technik äußerst effizient. Auf elektrische Felder haben Masseflächen ebenfalls eine abschirmende Wirkung.

Auch bei der Kontrolle der Wellenimpedanz spielen Masseflächen und die dazugehörigen Masseverbindungen eine wichtige Rolle. Hier werden die Signalleitungen mit einem bestimmten Abstand zwischen zwei Masseflächen geroutet.

Insbesondere auch Dioden und andere verdrahtete brauchen Masseflächen und Masseverbindungen, damit sie die von Ihnen ausgehende Wärme ableiten können.

Besteht ein PCB aus mehreren Schichten, können 2 Layer als Kupferfläche ausgeführt werden. Diese Kupferfläche schafft einen Plattenkondensator, der ähnliche Funktionen ausführt wie ein Stützkondensator. Die Kupferflächen werden oft ergänzend zu echten Stützkondensatoren eingesetzt.

Außerdem erhöhen Masseflächen und Masseverbindungen die Stabilität von Schaltern und Buchen auf einer Platine. Ohne dazugehörige Masseverbindung würden diese leicht vom PCB abbrechen, wenn das dazugehörige elektronische Gerät Stößen oder leichten Stürzen ausgesetzt sein sollte. Die Massefläche verhindert, dass sich elektronische Teile innerhalb eines Geräts lösen oder abfallen.

Wenn eine defekte oder teilweise defekte Leiterkarte durch Ätzen nachbearbeitet werden muss, so müssen nur die Stellen geätzt werden, an denen keine Kupferverbindungen und Masseflächen aus Kupfer sind. Dies spart viel Aufwand. Es werden nur die Stellen zwischen den Leiterbahnen abgetragen, wodurch das Ätzmittel geschont wird. Dadurch wird das Risiko minimiert, dass ein PCB bei der Nachbearbeitung erneut beschädigt wird oder sogar ganz kaputt geht.

Fazit

Die Wichtigkeit von Masseverbindungen mit Ihren zugehörigen Masseflächen wurde durch obige Beispiele dargelegt. Aus der modernen Elektronik und Mikrotechnik sind Masseverbindungen und Masseflächen nicht mehr wegzudenken. Die Fachwissenschaft unterscheidet dazu noch zwischen analogen und digitalen Masseverbindungen. Diese miteinander zu verbinden ist nicht immer ganz einfach. So tritt zum Beispiel bei Mixed-Signal-Schaltungen oft ein Masseproblem auf. Sternpunkt-Masseverbindungen können bei dieser Problematik Abhilfe verschaffen. Sollten Sie sich für dieses Thema interessieren besuchen Sie doch einfach den Altium Blog. Dort finden Sie mehr zum Thema analoge und digitale Masseverbindungen und wie Sie einen Sternpunkt dafür nutzen können, um diese miteinander zu verbinden.

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