Software: FEMM - Elektrostatik - Geometrie

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Geometrie-Modellierung

Noch einmal zur Erinnerung der abstrahierte Aufbau des Verdrahtungsträgers:

• Die Kupferschichten sind jeweils 35 µm dick.
• Das Laminat FR4 zwischen Masse-Ebene und Leiterbahnen ist jeweils 0,5 mm dick.
• Die Breite einer Leiterbahn beträgt 0,2xx mm (xx=01 bis 99).
• FR4-Laminat: ε_r = 4,7

In einem ersten FEMM-Modell Leiterplatte1_xx.FEE werden wir einen hinreichend großen Luftraum modellieren, um damit das unendliche Feld zu erfassen:

• Wir modellieren nur die obere Hälfte des Verdrahtungsträgers.
• Unter Ausnutzung der Symmetrie genügt z.B. die rechte obere Verdrahtungsträger-Hälfte.

Es existieren einige Besonderheiten im FEMM-Programm:

• In FEMM (Elektrostatik) wird nur das elektrische Feld in den Isolatoren berechnet. Leiter werden als feldfrei angenommen (als ideal leitend).
• Mittels geometrischer Objekte beschreibt man nur den betrachteten Raum für die Isolatoren (Luft/Laminat).
• Grenzen zwischen Isolator und Leiter werden im Sinne einer Randbedingung mit dem Leiter-Potential [V] belegt.
• Grenzen zum nicht betrachteten Raum müssen mit geeigneten Randbedingungen versehen werden.

In diesem Sinne beschreiben wir nun die Geometrie der Isolator-Bereiche:

1. Konfiguration des Arbeitsbereiches

• Anpassen des sichtbaren Koordinaten-Bereichs an die Objektgröße mittels View > Keyboard .
• Aktivieren der Rasteranzeige und des Rasterfangs .
• Vorläufige Rastergröße von 0.5 mm in Kartesischen Koordinaten.

2. Laminat-Geometrie (Rechteck)

• Die 0.5 mm hohe Laminatschicht liegt direkt auf der X-Achse.
• Mit 5 mm Breite für die rechte Symmetriehälfte erfasst man die 10-fache Entfernung zwischen Masseschicht und Leiterbahn.
• Definition der Eck-Knoten (linke Maustaste).
• Definition der Kanten zwischen den Knoten.

3. Berücksichtigter Luftraum (und Leiterbahn)

• Im FEMAP-Modell hatten wir aufgrund der beschränkten Netzgröße nur ca. 1 mm Luft über dem Laminat berücksichtigt.
• Wir nehmen nun mindestens 2 mm, was dem 4-fachen Abstand zwischen Masseschicht und Leiterbahn entspricht.
• Den Bereich der Leiterbahn müssen wir von dem Luftraum aussparen.
• Definition der Eck-Knoten
  
  • Den gemeinsamen Knoten zum Laminat kann man verwenden (nicht neu definieren!).
  • Die "krummen" Werte am Leiterzug sollte man manuell als Koordinaten eingeben:
    • Mit Cursor ohne Klick nächste Koordinate fangen (aktueller Wert sichtbar in Statuszeile!)
    • Tab-Taste öffnet die Koordinateneingabe mit aktuell gefangener Cursor-Position.
    • Die Werte kann man beliebig ändern. Da Formeln möglich sind, kann man damit Rechenfehler vermeiden (Siehe Bild).
• Definition der Kanten zwischen den Knoten.
  • Die gemeinsame Kante zum Laminat kann man verwenden (nicht neu definieren!)
  • Zur Bearbeitung der Kanten um den winzigen Leiterzug sollte man die Zoom-Funktionen nutzen:

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