Drei Tipps zur Verringerung des PCB-Designrisikos

Es gibt viele Möglichkeiten, das mit dem PCB-Design verbundene Risiko zu verringern. Einige davon sind die Ausrichtung aller Komponenten in dieselbe Richtung und die Verwendung mehrerer Durchkontaktierungen an den Lagenübergängen. Andere bestehen darin, analoge und digitale Schaltungen getrennt zu halten und oszillierende Schaltungen von der Hitze fernzuhalten.

Komponenten in dieselbe Richtung ausrichten

Das Risiko beim Leiterplattendesign wird minimiert, indem die Komponenten in dieselbe Richtung ausgerichtet werden. Diese Praxis trägt dazu bei, die Montage- und Handhabungszeit zu minimieren und Nacharbeit und Kosten zu reduzieren. Die Ausrichtung von Bauteilen in dieselbe Richtung verringert auch die Wahrscheinlichkeit, dass ein Bauteil während der Prüfung oder Montage um 180 Grad gedreht wird.

Die Ausrichtung der Bauteile beginnt mit der Konstruktion der Grundfläche. Ein falscher Footprint kann zu falsch angeschlossenen Teilen führen. Wenn beispielsweise eine Diode so ausgerichtet ist, dass ihre Kathode in eine Richtung zeigt, kann die Kathode an den falschen Pin angeschlossen werden. Auch Bauteile mit mehreren Pins können in der falschen Ausrichtung installiert werden. Dies kann dazu führen, dass die Teile auf den Pads schwimmen oder sich aufrichten, was einen Tombstoning-Effekt verursacht.

Bei älteren Leiterplatten war die Mehrzahl der Komponenten in eine Richtung ausgerichtet. Bei modernen Leiterplatten müssen jedoch Signale berücksichtigt werden, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen und Bedenken hinsichtlich der Stromversorgungssicherheit unterliegen. Darüber hinaus müssen auch thermische Aspekte berücksichtigt werden. Folglich müssen Layout-Teams ein Gleichgewicht zwischen elektrischer Leistung und Herstellbarkeit herstellen.

Verwendung mehrerer Durchkontaktierungen an Schichtübergängen

Es ist zwar nicht möglich, Durchkontaktierungen an Lagenübergängen vollständig zu eliminieren, aber es ist möglich, die von ihnen ausgehende Strahlung durch die Verwendung von Stitching-Vias zu minimieren. Diese Durchkontaktierungen sollten sich in der Nähe der Signaldurchkontaktierungen befinden, um den Weg, den das Signal zurücklegt, zu minimieren. Es ist wichtig, eine Kopplung in diesen Durchkontaktierungen zu vermeiden, da dies die Integrität des Signals während der Übertragung beeinträchtigt.

Eine weitere Möglichkeit, das Risiko beim Leiterplattendesign zu verringern, ist die Verwendung mehrerer Durchkontaktierungen an den Lagenübergängen. Dadurch wird die Anzahl der Stifte auf einer Leiterplatte reduziert und die mechanische Festigkeit verbessert. Außerdem wird dadurch die parasitäre Kapazität reduziert, was besonders bei hohen Frequenzen wichtig ist. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung mehrerer Durchkontaktierungen an Lagenübergängen auch die Verwendung von Differenzialpaaren und Bauteilen mit hoher Pinanzahl. Es ist jedoch wichtig, die Anzahl der parallelen Signale gering zu halten, um Signalkopplung, Übersprechen und Rauschen zu minimieren. Es wird auch empfohlen, Rauschsignale getrennt auf separaten Lagen zu verlegen, um die Signalkopplung zu verringern.

Wärme von Schwingkreisen fernhalten

Einer der wichtigsten Punkte beim Entwurf einer Leiterplatte ist es, die Temperatur so niedrig wie möglich zu halten. Um dies zu erreichen, ist eine sorgfältige geometrische Anordnung der Komponenten erforderlich. Außerdem ist es wichtig, Leiterbahnen mit hohen Strömen von thermisch empfindlichen Bauteilen entfernt zu verlegen. Auch die Dicke der Kupferbahnen spielt eine Rolle beim thermischen Design der Leiterplatte. Die Dicke der Kupferbahnen sollte einen Strompfad mit niedriger Impedanz bieten, da ein hoher Widerstand zu erheblichen Leistungsverlusten und Wärmeentwicklung führen kann.

Ein entscheidender Teil des PCB-Designprozesses ist es, die Wärme von den Oszillatorschaltungen fernzuhalten. Um eine optimale Leistung zu erzielen, sollten die Oszillatorkomponenten in der Mitte der Leiterplatte und nicht an den Rändern platziert werden. Bauteile in der Nähe der Kanten der Leiterplatte neigen dazu, viel Wärme anzusammeln, was zu einem Anstieg der lokalen Temperatur führen kann. Um dieses Risiko zu verringern, sollten Hochleistungskomponenten in der Mitte der Leiterplatte untergebracht werden. Außerdem sollten Leiterbahnen mit hohen Strömen von den empfindlichen Bauteilen entfernt verlegt werden, da sie einen Wärmestau verursachen können.

Vermeidung von elektrostatischer Entladung

Die Vermeidung elektrostatischer Entladungen beim Entwurf von Leiterplatten ist ein wesentlicher Aspekt der Elektronikentwicklung. Elektrostatische Entladungen können die Präzisions-Halbleiterchips in Ihrer Schaltung beschädigen. Sie können auch Bonddrähte schmelzen und PN-Übergänge kurzschließen. Glücklicherweise gibt es viele technische Methoden, um dieses Problem zu vermeiden, z. B. die richtige Anordnung und Schichtung. Die meisten dieser Methoden lassen sich mit sehr geringen Änderungen an Ihrem Entwurf durchführen.

Zunächst sollten Sie verstehen, wie ESD funktioniert. Kurz gesagt: ESD bewirkt, dass eine enorme Strommenge fließt. Dieser Strom fließt durch das Metallgehäuse des Geräts zur Erde. In einigen Fällen kann der Strom auf mehreren Wegen zur Erde fließen.