Experten-Tipp Abstände zwischen Bauteilen kontrolliert minimieren

Von Dirk Müller *

Zunehmende Signalfrequenz erhöht den schlechten Einfluss elektromagnetischer Felder auf Signalleiter und deren Umgebung. Miniaturisierung durch kleinere Bauteilabstände verstärken den Effekt.

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Unterschiedlich: Bauteilabstände nach Orientierung der Seitenlänge (S-short und (L-long)
Unterschiedlich: Bauteilabstände nach Orientierung der Seitenlänge (S-short und (L-long)
(Bild: FlowCAD)

Beim Miniaturisieren elektronischer Baugruppen werden stets kleinere Bauteile verwendet und diese möglichst eng nebeneinander platziert. Aber an welche physikalischen Grenzen kann man stoßen, und wie können diese im Constraint Manager effizient verwaltet werden, dass die PCB Layout Software Verstöße in Echtzeit anzeigt und Fehler von vorneherein vermeidet?

Gründe für einen Mindestabstand zwischen Bauteilen können in der Bestückung oder dem Test in der Fertigung liegen. Diese Regel können mit dem Fertiger abgestimmt werden. Es gibt aber auch thermische oder elektromagnetische Wechselwirkung im Betrieb der Baugruppe. Diese Abstände lassen sich durch entsprechende Simulationen in der Entwicklung ermitteln.

  • Pick&Place-Adapter können mit unterschiedlich großen Bauteilen kollidieren.
  • Für die optische Kontrolle dürfen Lötstellen nicht durch hohe Bauteile abgeschattet werden.
  • Manuelles Löten von speziellen Bauteilen, die nicht automatisch platziert werden können, erfordern Platz für den Lötkolben.
  • Magnetfelder von nicht abgeschirmten Induktivitäten beeinflussen benachbarte Bauteile (EMV).
  • Bauteile geben ihre Wärme durch Strahlung oder durch Konvektion an Nachbarn ab.

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In der IPC-7351 (Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard) wird das Thema grundlegend behandelt. Miniaturisierung bringt häufig eine Reduzierung der Abstände mit sich. Von vielen EMS, die die Bestückung und den Test der Baugruppe durchführen, gibt es eigene Tabellen, in denen je nach zwei benachbarten Bauteilklassen ein minimaler und ein empfohlener Wert angegeben wird. Diese Tabellen können ja nach verwendeten Maschinen beim Bestücker unterschiedlich sein.

Abstände sind abhängig von der Bauteilklasse

International üblich ist hier die Angabe der Werte in mils (1 mil = 0,0254 mm). Nicht alle Bauteile sind quadratisch und haben in alle Richtungen die gleichen Eigenschaften. Um sicher die Abstände zu minimieren sind im Allegro PCB Editor von Cadence weitere präzisierende Angaben im Constraint Manager möglich. Es kann zwischen den drei Kombinationen zwischen dem Abstand der langen und kurzen Seite eines Bauteils unterschieden werden. Weiterhin auch hinsichtlich den Mindestabständen zwischen Bauteilklassen unter- und zueinander. Bei speziellen Bauteilen sind diese Abstandsregeln auch gezielt nur einem Bauteil zuweisbar. Magnetfelder von Spulen bzw. Induktivitäten können asymmetrisch sein, was unter Umständen unterschiedliche Abstände zur langen oder kurzen Seite erfordert, um ungewollte Induktionen in anderen Bauteilen zu vermeiden.

Wie bei allen Online DRCs werden diese Vorgaben in Echtzeit im PCB Editor geprüft und der PCB Designer dabei unterstützt, Fehler gar nicht erst zu machen, sondern diese computergestützt zu vermeiden. Der konservative Ansatz „um das Bauteil immer 50 mils Abstand halten“ verschenkt wertvollen Platz und reduziert die Möglichkeiten beim Miniaturisieren von elektronischen Schaltungen, bei denen z.B. SMD-Widerstände und Kondensatoren bis zu 10 mils zusammenrücken dürfen.

* * Dirk Müller ... ist Geschäftsführer bei FlowCAD, Feldkirchen.

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