PCB-Design-Regeln

Sieben Sünden beim Leiterplatten-Design

12.03.12 | Autor / Redakteur: Natalia Bahancova * / Gerd Kucera

Abblock-SMD-Kondensatoren im PCB-Design (Bild 1)
Abblock-SMD-Kondensatoren im PCB-Design (Bild 1)

Es gibt keinen festgeschriebenen Weg wie Bauteile zu platzieren und deren Verbindungen zu entflechten sind. Aber es gibt PCB-Design-Regeln. Der Beitrag skizziert sieben gravierende Regelverstöße beim Leiterplatten-Design.

Eine kleine Besonderheit worauf Sie achten sollten gleich zu Beginn: Wenn Sie sich ein Leiterplatten-Layout in einem EDA-Tool wie Altium Designer anschauen, wird Ihnen viel verkehrt herum geschriebener Text auffallen. Sind Leiterplatten-Layouter alle kleine Mozarts, die gerne mit ihrer Fähigkeit prahlen, spiegelverkehrt schreiben zu können? Nicht ganz: Beim Layouten einer Leiterplatte schauen Sie immer von oben auf die Leiterplatte und durch alle Lagen hindurch, als wären sie transparent.

So funktionieren alle Layout-Systeme. Höchstens aus Fertigungs- oder Testgründen werden Sie sich Ihre Leiterplatte von unten anschauen. Diese Durchblick-Methode führt dazu, dass Sie sich daran gewöhnen müssen, Text für die Unterseite gespiegelt zu sehen. Wir werden später noch sehen, warum das wichtig ist.

Die Bauteil- und Netzliste liefert der Entwickler, der den Stromlaufplan der Schaltung entwirft. Mechanische Zwänge geben den Umriss und die Sperrflächen vor. Die eigentliche Arbeit des PCB-Designers beginnt also beim Platzieren der Bauteile. Dafür entwickelt jeder Leiterplatten-Designer seine eigene Methode.

Sünde 1: Die falsche Lage der Puffer-/Abblock-Kondensatoren

Es gibt keinen absolut richtigen Weg, um Bauteile zu platzieren oder die Verbindungen zu routen, aber es gibt Regeln, die man beachten muss. Wir zeigen Ihnen einige Designsünden, die Sie auf jeden Fall vermeiden sollten.

Umschaltströme, vor allem in digitalen Schaltkreisen, erzeugen steilflankige Impulse, die nichts in der Spannungsversorgungsleitung zu suchen haben. Darum verwendet man Abblock-Kondensatoren, bei denen man auf einen niedrigen resistiven Anteil (equivalent series resistance: ESR) und einen niedrigen induktiven Anteil (equivalent series inductive: ESI) achten muss. Darüber hinaus sollte der Kondensator direkt an den IC und inklusive Hin- und Rückleiter angeschlossen werden. Dafür sind SMD-Kondensatoren besser geeignet als bedrahtete, denn kleine Gehäuse sind besser als größere.

Abblock-Kondensatoren dienen zur Stabilisierung der Versorgungsspannung (Herabsetzen der Impedanz im Bereich des Kondensators) und zum Unterdrücken von galvanischen Störspannungen anderer Verbraucher.

Sünde 2: Falsche Winkel für die Leiterbahnen

In der Herstellung von Leiterplatten führen spitze Winkel zwischen Leiterbahn und SMD-Pad zu Abrissen im Fotolaminat. Auch beim Aufbringen des Lötstopplacks kann es hier zu Problemen kommen: entweder fließt der Lack nicht richtig in den spitzen Winkel hinein oder es bildet sich in dem Winkel ein kleiner „See“ – beides kann Schwierigkeiten beim Bestücken bereiten.

Bild 2: Korrekter und falscher Winkel einer Leiterbahn im PCB-Design
Bild 2: Korrekter und falscher Winkel einer Leiterbahn im PCB-Design

Das Herausführen von Leiterbahnen zwischen zwei SMD-Pads kann zu den Kurzschlüssen bei der Leiterplatten-Herstellung und der Bestückung führen. Von daher gilt bei der Leitungsführung: möglichst einfach. Vermeiden Sie unnötige Winkel und verwenden Sie nie 90°-Winkel, sondern setzen Sie einheitlich 45°-Winkel ein.

Sünde 3: Fehler bei den Bauteile-Footprints

Weil man Footprints so leicht verdrehen kann, dürfte dieses der häufigste Fehler in Layouts sein. Footprint bezeichnet die Landepunkte eines Bauteils auf der Leiterplatte, seinen Fußabdruck. Das fertige Leiterplattendesign besteht aus einer Vielzahl von Footprints, die durch die Leiterbahnen miteinander verbunden sind.

Bild 3: Richtiger und umgekehrter Footprint im PCB-Design
Bild 3: Richtiger und umgekehrter Footprint im PCB-Design

Der Footprint von Bauteilen geht meist aus Bauteilbibliotheken hervor. Bereits dort sollte also im Vier-Augen-Prinzip geprüft werden, dass das Footprint richtig herum ist (denken Sie an Mozart und die gespiegelten Buchstaben), die Zahl der Pins und Landeflächen stimmt und dass die Geometrie des Footprints auch der Bauteilgröße entspricht

Sünde 4: Verwechslung von Top- und Bottom-Bestückung

Auch hier sei an Mozart und seine Spiegelschrift erinnert: leicht kann der Layouter mit der Top- und Bottom-Bestückung durcheinander kommen. Da einige EDA-Tools eine gespiegelte Daten-Ausgabe erlauben, empfehlen wir folgendes: die Daten nicht gespiegelt ausgeben, Top- und Bottom-Lage jeweils mit TOP und BOT im Kupfer beschriften. Eine korrekte Beschriftung innerhalb des Kupfers gibt die Auskunft sowohl über die Lagendefinition als auch über die Lagenorientierung.

Bild 4: TOP-Beschriftung im PCB-Design
Bild 4: TOP-Beschriftung im PCB-Design

Ein weiterer Tipp: getrennte Listen mit Top- und mit Bottom-Bauelemente erstellen. Wenn es um mehrere Projekte im Jahr geht, ist es sogar sinnvoll, Ihre Bauteil-Bibliothek durchzugehen und alle Teile nach Ihrer Bibliotheksregel zu standardisieren. Gerne passiert es, dass einige Bauteile waagerecht und andere senkrecht erstellt wurden. Spiegelverkehrt zu denken ist keine Stärke von uns Menschen. Überlassen Sie das der Software.

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eine zu kleine Auswahl von ersten Anfängererfahrungen also...  lesen
posted am 12.11.2014 um 12:24 von Unregistriert

bei einem minimalem Leiterabstand in der Innenlage einer LP von 100µm für 100V würde ich schon mal...  lesen
posted am 12.11.2014 um 12:22 von Unregistriert


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