4 goldene Regeln für das PCB-Design

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4 goldene Regeln für das PCB-Design

Beim Entwurf einer Leiterplatte gibt es einige goldene Regeln, die Sie beachten müssen. Dazu gehören die möglichst häufige Überprüfung der Entwurfsregeln (Design Rule Check, DRC), die Gruppierung von Bauteilen, die Trennung von Leiterbahnen und das thermische Entlastungsmuster. All dies trägt zu einem reibungsloseren Designprozess und zur Kostensenkung bei. Darüber hinaus helfen Ihnen diese Regeln, Zeit und Geld zu sparen, indem sie Entscheidungen über den Bestand erleichtern.

Design Rule Check (DRC), so oft Sie es ertragen können

Design Rule Checking (DRC) ist ein wichtiger Prozess, der Ingenieuren hilft, kostspielige Designfehler zu vermeiden. Er hilft ihnen, Fehler zu erkennen, bevor sie in ihre Leiterplattenentwürfe eingebaut werden. Die Designregelprüfung ist ein effizientes Verfahren, um zu überprüfen, ob ein Entwurf seinen Spezifikationen entspricht und bei der Endmontage keine Probleme verursacht.

Leiterplattendesigner können einen DRC für ihre Schaltpläne und Layouts durchführen, um Fehler zu erkennen und zu beheben. Diese Werkzeuge erstellen einen umfassenden Bericht, in dem alle Verstöße detailliert aufgeführt sind. Diese Berichte enthalten Details wie die verletzten Regeln und die spezifischen Komponenten, die durch den Referenzdesigner betroffen sind. Diese Werkzeuge können auch manuell verwendet werden. Sie sollten jedoch bedenken, dass sie einen DRC nicht ersetzen können.

Die DRC-Prüfung des PCB-Designs nimmt zwar einige Zeit in Anspruch, kann Ihnen aber später viel Kopfzerbrechen ersparen. Selbst wenn Ihr Leiterplattenentwurf einfach ist, erspart Ihnen die regelmäßige Überprüfung stundenlange mühsame Arbeit. Es ist eine gute Angewohnheit, die man sich angewöhnen sollte, besonders wenn man an einer komplexen Leiterplatte arbeitet.

Gruppierung von Komponenten

Die Gruppierung von Bauteilen ist ein wichtiger Bestandteil des PCB-Designs. Komponenten mit ähnlichen Funktionen sollten zusammen platziert werden. So sollten beispielsweise Power-Management-ICs mit LDOs und anderen ähnlichen Bauteilen gruppiert werden. Darüber hinaus sollten Power-Management-ICs und andere Bauteile mit hohen Strömen von analogen und digitalen Bauteilen getrennt werden. Auch Komponenten mit hohen Schaltfrequenzen und hohem elektromagnetischem Rauschen sollten von anderen Bauteilen getrennt werden. Durch die Gruppierung von Bauteilen nach ihrer Funktion haben Sie eine bessere Kontrolle über den Rückweg und können auch eine Überhitzung bestimmter Bauteile vermeiden.

Die Gruppierung von Komponenten in einem Leiterplattendesign ist unerlässlich, um Nebensprechen und Interferenzen zwischen digitalen und analogen Signalen zu vermeiden. Nebensprechen ist ein Problem, das die Integrität des Signals beeinträchtigen kann. Die einfachste Lösung zur Vermeidung dieses Problems ist die Gruppierung inhomogener Komponenten in getrennten Bereichen. Auf diese Weise können sich die analogen und digitalen Massen nicht gegenseitig stören.

Die Platzierung von Bauteilen ist wichtig, da sie den Gesamtprozess und das Gesamtdesign des Produkts beeinflusst. Eine unsachgemäße Platzierung kann zu einer schlechten Funktionalität, Herstellbarkeit und Wartung führen. Einige Signale können bei falscher Platzierung auch verfälscht werden. Die richtige Platzierung von Bauteilen kann den Entwurfsprozess verbessern und viel Zeit sparen.

Trennen von Spuren

Bei der Entwicklung von Leiterplatten müssen die Leiterbahnen getrennt werden. Die genaue Breite und Anzahl der Leiterbahnen hängt von der Art des zu übertragenden Signals ab. Dünne Leiterbahnen werden in der Regel für TTL-Signale mit geringem Stromverbrauch verwendet, die keinen Rauschschutz oder eine hohe Strombelastbarkeit benötigen. Sie sind die häufigste Art von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte. Einige Leiterplattendesigns benötigen jedoch dickere Leiterbahnen, um Hochstromsignale und andere strombezogene Funktionen zu übertragen.

Die Geometrie der Leiterbahnen ist für den ordnungsgemäßen Betrieb der Schaltung von großer Bedeutung. Da Leiterbahnen zur Übertragung elektrischer Signale verwendet werden, müssen sie die richtige Breite haben, um Überhitzung zu vermeiden und die Fläche der Leiterplatte zu minimieren. Im Internet gibt es viele Rechner, mit denen Sie die richtige Breite einer Leiterbahn berechnen können.

Beim Entwurf einer Leiterplatte ist es wichtig, analoge Signale von digitalen Signalen zu trennen. Diese Signale können sich gegenseitig stören, und es ist wichtig, sie getrennt zu halten, um ein Übersprechen zu verhindern.

Thermisches Entlastungsmuster

Ein thermisches Entlastungsmuster hilft Leiterplatten, Wärme über einen großen Bereich abzuleiten. Dies ist beim Löten von Geräten mit Durchgangslöchern nützlich. Es ist wichtig, dass die Leiterplatte so gestaltet ist, dass das Risiko eines Wärmestaus während des Lötvorgangs minimiert wird.

Thermische Entlastungsmuster sollten überall dort verwendet werden, wo eine Bauteilplatte auf ein Via oder eine Grundplatte trifft. Sie bieten zusätzliche Unterstützung für das Bauteil und helfen, die thermische Belastung zu verringern. Thermische Entlastungen sollten während der Entwurfsphase regelmäßig überprüft werden. Werden sie frühzeitig erkannt, können Probleme minimiert oder ganz vermieden werden.

Wichtig ist auch, dass die Größe der thermischen Entlastung mit der Breite der Leiterbahn übereinstimmen muss. Eine zu kleine thermische Entlastung kann zu übermäßiger Hitze und einem durchgebrannten Anschluss führen. Ein besseres Design der thermischen Entlastung ist eines, das genügend Metall und weniger Speichen aufweist.

5 Tipps für die Erstellung individueller Leiterplatten

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5 Tipps für die Erstellung individueller Leiterplatten

Wenn Sie eine kundenspezifische Leiterplatte entwerfen wollen, sollten Sie vier wichtige Tipps beachten. Dazu gehört die Auswahl der richtigen Software für den Leiterplattenentwurf und der richtigen Komponenten zu Beginn des Entwurfsprozesses. Die Wahl der richtigen Materialien ist ein weiterer wichtiger Schritt. Schließlich sollten Sie darauf achten, dass Ihre Komponenten im Schaltplan physisch und elektrisch nahe beieinander liegen.

Die Wahl der richtigen Software für den Leiterplattenentwurf

Es gibt verschiedene Softwarelösungen, aus denen Sie wählen können. Die Wahl der richtigen Software für Ihr Projekt kann die Gestaltung Ihrer Leiterplatten erleichtern. Einige Optionen bieten mehr erweiterte Funktionen als andere. OrCAD PCB Designer zum Beispiel enthält Bibliotheken für Signalintegrität, Schaltplanerfassung, automatisches Routing und Constraint-Management. Die Software unterstützt außerdem eine Vielzahl von elektronischen Lösungen, die englische Sprache und Windows-Betriebssysteme.

Software für den Entwurf von Leiterplatten ist ein wesentlicher Bestandteil jedes elektronischen Produktentwurfs. Sie hilft Ingenieuren, elektronische Schaltungen zu visualisieren und zu analysieren. Sie hilft ihnen auch, ihre Entwürfe mit Maschinenbauingenieuren zu teilen. Eine gute Software für den Leiterplattendesign verfügt über eine umfangreiche Bibliothek von Komponenten, aus der man auswählen kann. Mit einer Bibliothek vordefinierter Komponenten müssen Sie nicht jedes Mal das Rad neu erfinden, wenn Sie ein neues Teil erstellen.

Es gibt zwar viele EDA-Tools, aber die besten sind nicht kostenlos. Sie sind Premium-Tools mit robusten Funktionen. Es kann schwierig sein, die richtige Software für Ihre Bedürfnisse zu finden. Das Wichtigste ist die Unterstützung der Community für die Software, die Sie auswählen. Die Wahl der richtigen Software für Ihre kundenspezifischen Leiterplatten kann die Herstellung Ihres Entwurfs erleichtern.

Auswahl von Komponenten in einem frühen Stadium des Entwurfsprozesses

Bei der Entwicklung kundenspezifischer Leiterplatten ist es entscheidend, die Komponenten bereits in einem frühen Stadium des Entwurfsprozesses auszuwählen. Eine frühzeitige Auswahl der Komponenten hilft Ihnen, Probleme beim Layout und bei der Herstellung der Leiterplatte zu vermeiden. Der Entwurfsprozess umfasst mehrere Schritte, um sicherzustellen, dass Ihre Leiterplatte Ihren Anforderungen entspricht. Der erste Schritt besteht darin, den Umfang Ihrer Leiterplatte zu definieren. In diesem Prozess legen Sie alle Bauteile und ihre Position auf der Leiterplatte fest.

Die Größe Ihrer kundenspezifischen Leiterplatte bestimmt, welche Komponenten am besten geeignet sind. Die Wahl der richtigen Größe hängt von der endgültigen Funktionalität Ihrer Schaltung ab. So kann es zum Beispiel sein, dass Sie eine Leiterplatte mit einer bestimmten Größe wählen müssen, damit das gesamte Gerät hineinpasst. Auch passen größere Schaltungen möglicherweise nicht auf eine einzige Kupferschicht, so dass Sie zwei Kupferschichten wählen müssen. In einem solchen Fall müssen die Leiterbahnen auf beiden Seiten der Leiterplatte verlegt werden.

Die frühzeitige Auswahl von Komponenten ist entscheidend für die Leistung und Langlebigkeit Ihrer Leiterplatte. Die Platzierung der Komponenten kann die Wärmeverteilung, das Gewicht und die Leistung beeinflussen. Auch wenn Sie sich bei der Entwicklung kundenspezifischer Leiterplatten an die besten Praktiken der Industrie halten sollten, ist es eine gute Idee, auch etwas von Ihrem persönlichen Stil in den Designprozess einfließen zu lassen. Indem Sie Ihre persönlichen Ideen, Ihren Stil und Ihre Kreativität in den Designprozess einfließen lassen, können Sie Ihre kundenspezifischen Leiterplatten von denen der Konkurrenz abheben.

Durchführen einer Entwurfsregelprüfung

Die Durchführung eines Design Rule Check (DRC) ist ein wichtiger Prozess für Ingenieure, die kundenspezifische Leiterplatten erstellen. Er ermöglicht es ihnen, potenzielle Fehler zu erkennen und sie zu beheben, bevor die Fertigung beginnt. Design Rule Checks sollten häufig durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Leiterplattendesign alle Fertigungsparameter erfüllt. Die DRC-Regeln prüfen zum Beispiel, ob die Leiterplatte Leiterbahnen mit differentiellen Impedanzen enthält, die symmetrisch sein müssen.

Mit Hilfe einer Designregelprüfung können Ingenieure feststellen, ob die Leiterplatte den Anforderungen des Kunden entspricht. Eine Designregelprüfung kann auch dazu beitragen, die Herstellbarkeit einer kundenspezifischen Leiterplatte zu verbessern. Beim modernen Leiterplattendesign müssen Tausende von Komponenten und Verbindungen verwaltet werden. Einige Leiterplatten können mehrere Lagen haben, so dass eine Überprüfung der Designregeln unerlässlich ist, um eine akzeptable Fertigungsausbeute zu gewährleisten.

Ein DRC führt das Design und das Layout zusammen aus und ermöglicht eine enge Zusammenarbeit zwischen beiden. Auf diese Weise können die Designer sicherstellen, dass die Leiterplatte die erforderlichen Designregeln erfüllt und unerwartete SI-, EMI- oder Sicherheitsverstöße vermieden werden. Außerdem können sie die Tests so anpassen, dass sie den Designanforderungen entsprechen und kostspielige Leiterplattenausfälle minimiert werden. Diese Verbesserungen können die Markteinführungszeit des Produkts verkürzen und die Rentabilität maximieren.

Auswahl der Materialien

Bei der Auswahl der Materialien für Ihre kundenspezifischen Leiterplatten müssen Sie mehrere Faktoren berücksichtigen, darunter die Umgebung und die Anwendung, in der Ihre Leiterplatte eingesetzt werden soll. Sie sollten auch branchenspezifische Normen und gesetzliche Anforderungen berücksichtigen. So müssen Sie beispielsweise strenge Anforderungen in Bezug auf Brand- und Wärmeschutz erfüllen. Die Auswahl von Materialien mit den richtigen Eigenschaften hilft Ihnen, die gewünschte Leistung zu einem erschwinglichen Preis zu erzielen.

Das für Leiterplatten verwendete Material ist entscheidend für die Gesamtleistung Ihres Endprodukts. Verschiedene Leiterplattenmaterialien haben unterschiedliche elektrische Eigenschaften, die ihre Eignung für Ihre spezielle Anwendung bestimmen. Wenn Sie zum Beispiel eine Leiterplatte für die Übertragung von Hochfrequenzen entwerfen, müssen Sie ein Material mit niedrigen Wärmeausdehnungswerten (WAK) wählen.

Der erste Schritt bei der Auswahl eines Materials für Ihre kundenspezifische Leiterplatte besteht darin, zu verstehen, wie die Leiterplatte hergestellt wird. Eine Leiterplatte besteht aus zwei Komponenten, einem Substrat und einem Laminat. Das Substrat bildet die Struktur und die Grundlage der Leiterplatte, zu der auch die Kupferfolie und andere Oberflächenmaterialien gehören. Einige Leiterplatten enthalten auch ein Kernmaterial.

Was machen Leiterplatten?

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Was machen Leiterplatten?

Es gibt viele Komponenten und Teile, aus denen eine Leiterplatte besteht. In diesem Artikel werden die Komponenten und Funktionen von Leiterplatten besprochen. Er wird auch das Layout einer Leiterplatte behandeln. Sobald Sie ein grundlegendes Verständnis dieser Komponenten und Teile haben, können Sie besser verstehen, wie Leiterplatten funktionieren. Wenn Sie Fragen haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren! Unsere freundlichen Mitarbeiter beantworten gerne Ihre Fragen! Wir hoffen, dass dieser Artikel hilfreich für Sie sein wird!

Gedruckte Leiterplatten

Gedruckte Leiterplatten sind das Rückgrat der meisten elektronischen Geräte, von Handys bis zu Computern. Diese Leiterplatten bestehen aus Metallschichten mit Leiterbahnen zwischen ihnen. Sie bestehen in der Regel aus Schichten, die separat geätzt und dann zusammenlaminiert werden, um ein Muster zu erzeugen. Gedruckte Leiterplatten enthalten auch Leiterbahnen, d. h. die Pfade, auf denen Signale durch die Platte laufen und Informationen zwischen verschiedenen Komponenten übertragen werden.

Diese Schichten werden mit einem speziellen Gerät, dem Plotter, erzeugt. Diese Maschine erstellt Fotofilme von der Leiterplatte und kann präzise Details und einen hochwertigen Druck erzielen. Der Plotter druckt Tinte, die den verschiedenen Schichten auf der Leiterplatte ähnelt. Das Substrat besteht in der Regel aus Glasfaser oder Epoxidharz. Anschließend wird Kupfer auf eine oder beide Seiten der Platte geklebt. Anschließend wird die lichtempfindliche Folie auf die Platte aufgebracht.

Funktionen

Eine Leiterplatte besteht aus verschiedenen Komponenten, die zusammenarbeiten, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Die wichtigsten Komponenten sind Kondensatoren, Widerstände und Transistoren. Diese Bauteile ermöglichen den Stromfluss von einer höheren zu einer niedrigeren Spannung und sorgen dafür, dass ein Gerät die richtige Menge an Strom erhält.

Komponenten

Eine der wichtigsten Komponenten auf einer Leiterplatte ist ein Transformator. Er wandelt elektrische Energie um, indem er die Spannung ändert und so die Funktion der Schaltung ermöglicht. Diese Geräte können viele verschiedene Konfigurationen haben, und erfahrene Schaltungsdesigner berücksichtigen beim Entwurf einer Schaltung häufig den Prozess der Spannungsumwandlung. Ein Transformator besteht in der Regel aus einem Metallkern, der von einer Reihe von Spulen umgeben ist. Eine dieser Spulen wird als Sekundärspule bezeichnet, während die andere die Primärspule ist.

Andere PCB-Komponenten sind Schalter und Relais. Diese Geräte werden zur Regulierung und zum Ein- und Ausschalten von Strom verwendet. Eine Art von Halbleiterschalter ist der siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCR), der mit einem kleinen Eingang große Mengen an Strom steuern kann. Passive Bauelemente wie Kondensatoren und Widerstände sind ebenfalls auf einer Leiterplatte zu finden.

Layout

Das Layout von Leiterplatten ist ein wichtiger Teil des PCB-Designs. Dabei handelt es sich um einen komplexen Prozess, bei dem die Platzierung der verschiedenen Komponenten und Löcher auf der Leiterplatte festgelegt wird. Es gibt viele verschiedene Arten von Leiterplatten, darunter Schaltungen für die Industrie und die Unterhaltungselektronik. Obwohl diese Arten von Leiterplatten größtenteils ähnlich sind, muss der PCB-Layout-Designer die spezifischen Anforderungen für jede Technologie und die Umgebung, in der die Leiterplatten verwendet werden, berücksichtigen.

Elektromagnetische Verträglichkeit

Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist ein wichtiges Konzept bei der Entwicklung elektronischer Schaltungen. Es befasst sich mit dem Problem des elektromagnetischen Rauschens, das die Signale in einer Schaltung stören kann. Es ist wichtig, die EMV bereits in der frühen Entwurfsphase zu berücksichtigen, da sie erhebliche Auswirkungen auf das fertige Produkt haben kann. Mit dem richtigen Leiterplattendesign lassen sich EMV-Probleme vermeiden und die Funktionalität eines Systems sicherstellen.

Leiterplatten sollten den EMV-Normen und -Richtlinien entsprechen, um zu verhindern, dass elektromagnetische Störungen ihre Funktionalität beeinträchtigen. Die häufigsten EMV-Probleme entstehen durch unsachgemäß entworfene Schaltungen. Sie können dazu führen, dass sich inkompatible Signale gegenseitig stören und die Leiterplatte ausfällt. Dies lässt sich vermeiden, wenn die EMV-Konstruktionsprinzipien beachtet werden, die in der Schaltungskonzeption dargelegt werden sollten.

Dauerhaftigkeit

Die Langlebigkeit von Leiterplatten ist ein wichtiges Kriterium beim Elektronikdesign, vor allem, wenn die Leiterplatten rauen Umgebungen ausgesetzt werden sollen. Industrielle Leiterplatten müssen zum Beispiel robust und langlebig sein. Möglicherweise müssen sie auch hohen Temperaturen standhalten. Industrielle Leiterplatten können auch spezielle Montageverfahren erfordern, wie z. B. die Durchstecktechnik. Industrielle Leiterplatten werden häufig zur Stromversorgung von Geräten wie elektrischen Bohrmaschinen und Pressen verwendet. Andere Verwendungszwecke sind Gleichstrom-Wechselstrom-Wechselrichter und Solarstrom-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen.

Die Haltbarkeit von Leiterplatten kann durch den Einbau von passiven Komponenten und Geräten verbessert werden. Die Impulsfestigkeit ist einer der wichtigsten Parameter, die bei der Auswahl passiver und aktiver Bauelemente zu berücksichtigen sind. Sie hilft bei der Bestimmung der maximalen Verlustleistung und der Widerstandsänderung, die nach einem Impulsstoß auftritt. Dies kann auch bei der Bestimmung des Nutzens von Impulsschaltungen helfen. Um die Haltbarkeit von Leiterplatten zu verbessern, können Dünnschichtwiderstände auf der Oberfläche hergestellt oder in die Leiterplatte eingebettet werden. Ein Beispiel ist eine Nickel-Phosphor-Legierung auf einem FR-4-Laminat. Sie hat einen Schichtwiderstand von 25 O/qm.

Sicherheit

Leiterplatten sind ein wichtiger Bestandteil eines jeden elektronischen Geräts. Eine fehlerhaft arbeitende Leiterplatte kann dazu führen, dass ein Gerät nicht richtig funktioniert oder sogar ganz ausfällt. Aufgrund der steigenden Anforderungen des Verbrauchermarktes arbeiten die Ingenieure daran, kleinere, effizientere und flexiblere Leiterplatten zu entwickeln. Darüber hinaus müssen sie strenge Fristen für die Markteinführung einhalten. Dies kann zu Fehlern im Design führen, die den Ruf des Produkts schädigen können.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass der Arbeitsplatz sicher ist und die Mitarbeiter entsprechend geschult sind. Die Exposition gegenüber PCB kann schwerwiegende Folgen für die Gesundheit haben, einschließlich Augen- und Hautreizungen sowie Reizungen der Atemwege. Die Mitarbeiter sollten Schutzkleidung, einschließlich Atemschutzmasken und Handschuhe, tragen. Außerdem sollten sie gefährliche Chemikalien gemäß den EPA-Richtlinien ordnungsgemäß lagern und entsorgen.