Das Saturn PCB Design Toolkit ist ein bewährtes, kostenloses Tool für PCB-Ingenieure.
Damit finden Sie offline schnell die erforderliche Leiterbahnbreite für 10 A, prüfen die Impedanz eines 90-Ω-Differenzialpaars oder schätzen den Via-Strom ab.
Dieser Leitfaden zeigt, wie Sie Saturn im Alltag einsetzen, typische Eingabefehler vermeiden und Ergebnisse mit Altium oder Polar abgleichen.
Warum Ingenieure das Saturn PCB Toolkit nutzen
Wer nach „Saturn PCB“ oder „Saturn PCB Design Toolkit“ sucht, möchte praxisnahe Rechner. Übliche Ziele:
- Geregelte Impedanz berechnen (Microstrip, Stripline, Differenzialpaare).
- Leiterbahnbreite vs. Strom vs. Temperaturanstieg gemäß IPC-2152 bestimmen.
- Leistungsverlust oder Spannungsabfall auf einer Kupferbahn prüfen.
- Verstehen, warum Altium und Saturn bei der Impedanz unterschiedliche Werte liefern.
Das Toolkit vereint Rechner für Impedanz, Kupferwiderstand, Via-Strom und thermischen Anstieg in einer kleinen Windows-App.
Vor dem Start: Eingabedaten sind entscheidend
Die Ergebnisqualität hängt von Ihren Eingaben ab.
Die meisten Fehler stammen von falschen Schichtdicken, fehlendem Kupfer-Plating oder falscher Modellwahl.
a) Gepressten Lagenaufbau verwenden
Fordern Sie vom Leiterplattenhersteller die Dielektrikumsdicken nach dem Pressen und die endgültige Kupferdicke an.
In Saturn stehen H1 und H2 für die Abstände von der Signallage zu den oberen/unteren Referenzebenen nach der Laminierung.
Geben Sie keine rohen Prepreg-Dicken ein.
Vertauschte oder falsche H1/H2-Werte sind der Hauptgrund für Abweichungen zu Altium oder Polar.
b) Kupferdicke
Berücksichtigen Sie bei Außenlagen Basiskupfer + galvanische Aufdickung.
Bei Differenzialpaaren sollten beide Leiter die gleiche Dicke haben.
Beispiel: 1 oz ≈ 35 µm Basiskupfer + 25 µm Plating ⇒ ~60 µm gesamt.
c) Modellwahl
Saturn bietet verschiedene mathematische Modelle:
| Modell | Beste Verwendung | Hinweis |
|---|---|---|
| IPC-2152 | Leiterbahnbreite, Strom, Temperaturanstieg | Neueste thermische Daten |
| Wadell / IPC-2141 | Stripline-Impedanz | Genau bei symmetrischen Fällen |
| Default | Allgemein, asymmetrische Strukturen | Oft am nächsten an Feldlösern |
Impedanzberechnung (Microstrip, Stripline, Differenzial)
a) 50-Ω-Microstrip (Außenlage)
- Microstrip Impedance Calculator öffnen.
- H, T, Er und ggf. Lötstoppmaske eingeben.
- Target Impedance = 50 Ω wählen und Solve for Width.
- Breite W notieren.
In die Impedanz-Notiz aufnehmen:
Layer = Top, Reference = GND, Z₀ = 50 Ω ± 10 %, Test @ 1 GHz.
b) 90-Ω-Differenzialpaar
- Differential Pair Calculator wählen.
- W, S, H, T, Er eingeben.
- Kleinere S → stärkere Kopplung → niedrigere Zdiff.
- W und S gemeinsam anpassen für 90 Ω (USB 2.0) bzw. 100 Ω (Ethernet).
Saturn kann zeigen, wie sich Z bei variierendem S ändert – hilfreich für Toleranzen.
c) Asymmetrische Stripline
- Asymmetric Stripline wählen.
- H1 und H2 sorgfältig eingeben (unterschiedliche Dielektrika oben/unten, gepresst).
- Default, Wadell und IPC-2141 vergleichen.
- Bei H1 ≠ H2 liefert Default oft Werte nahe Polar/Feldlöser.
Wirkt das Ergebnis doppelt/halb so groß wie erwartet, prüfen Sie zuerst die Reihenfolge H1/H2.
d) Abgleich mit Altium oder Polar
Gleicher Lagenaufbau, gleiche Kupfer- und Er-Werte in beiden Tools.
1–2 % Abweichung sind normal; große Unterschiede bedeuten meist unterschiedliche Definitionen oder fehlendes Plating.
Leiterbahnbreite, Strom und Temperaturanstieg
Diese Saturn-Sektion wird am häufigsten genutzt – ideal für Leistungs- und Hochstrom-Layouts.
a) Leiterbahnbreite für einen gegebenen Strom
- Trace Width / Current / Temperature Rise öffnen.
- Strom I, Kupferdicke und gewünschten ΔT eingeben.
- Solve for Width.
Beispiel: 10 A, Außenlage, 1 oz, ΔT = 10 °C ⇒ benötigte Breite ≈ 4,5 mm (umgebungsabhängig).
Bei ΔT = 20 °C sinkt die Breite deutlich – ΔT ist eine wichtige Designentscheidung.
b) Leistungsverlust und Spannungsabfall prüfen
Mit Copper Resistance:
L, W, T eingeben → R erhalten.
Dann P = I²R, ΔV = IR berechnen.
Zeigt Saturn gleiche Leistung/ΔT bei verschiedenen Strömen, prüfen Sie Länge und Einheiten.
c) Via-Strom und parallele Vias
Der Via Current-Rechner schätzt den sicheren Strom je Via.
Für höhere Ströme mehrere Vias parallel einsetzen – verringert Widerstand und Hotspots.
Warum unterscheiden sich Altium- und Saturn-Ergebnisse?
Häufige Gründe:
- Schichtdicken passen nicht – Altium nutzt Prepreg-Daten, Saturn erwartet gepresste Werte.
- Kupfer-Plating bei Außenlagen wird ignoriert.
- Unterschiedliches Modell – Altium oft IPC-2141, Saturn evtl. Wadell oder Default.
- Er-Frequenz unterschiedlich.
- Lötstopp nicht einbezogen – senkt die Impedanz etwas.
Wenn Sie diese Punkte angleichen, liegen die Tools meist innerhalb von 1–2 % zusammen.
Häufige Fragen (FAQ)
F1. Warum ist meine Impedanz in Saturn doppelt so hoch?
Meist sind H1/H2 vertauscht oder das Modell passt nicht zur Asymmetrie. Default nutzen oder Lagenreihenfolge prüfen.
F2. Warum erhalte ich bei unterschiedlichen Strömen denselben Temperaturanstieg?
Möglicherweise Länge = 0 oder falsche Einheiten. R prüfen und gleiche Umgebungsbedingungen sicherstellen.
F3. Welches Modell für Hochstrom-Leiterzüge?
IPC-2152, weil es aktuelle Daten zu Erwärmung/Kühlung nutzt.
Vom Rechenwert zur Fertigung: Übergabe an den Hersteller
In die Controlled-Impedance-Notiz gehören:
- Zielimpedanz (single / differential).
- Toleranz (typisch ±10 %).
- Referenzlage und Testfrequenz.
- Endgültige Kupferdicke und Dielektrikumsdicken nach dem Pressen.
- Lötstoppmaske (ja/nein).
Bitten Sie den Hersteller um Verifizierung mit Polar oder internem Solver.
Bei Abweichungen die Materialdaten gemeinsam prüfen – nicht jedes FR-4 verhält sich gleich.
Schlussgedanken
Das Saturn PCB Toolkit ist ein simples, aber starkes Hilfsmittel.
Es schließt die Lücke zwischen Design und Fertigung und macht aus Berechnungen baubare Leiterplatten.
Wenn Sie H1/H2 korrekt setzen, das passende Modell wählen und Ihre Eingaben prüfen, können Sie den Saturn-Ergebnissen vertrauen – und sprechen dieselbe Sprache wie Ihr Leiterplattenhersteller.
