CAD, PCB- UND BAUGRUPPENTECHNIK, FOLGE 21 (Ende) Die 10 großen Irrtümer in der Leiterplatten-Entwicklung

Autor / Redakteur: Arnold Wiemers * / Gerd Kucera

Fehleinschätzungen in der Leiterplattenentwicklung können fatal sein. Deshalb ist es wichtig, aus bekannten Irrtümern zu lernen. Die 10 wichtigsten Fehleinschätzungen sind Gegenstand der Folge 21.

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Bild 1: Beispiel für ein- und doppelseitige Leiterplatten (Bautypen)
Bild 1: Beispiel für ein- und doppelseitige Leiterplatten (Bautypen)
(Bild: LA-LeiterplattenAkademie GmbH)

Mit dieser letzten Folge beenden wir vorerst unserer Serie "CAD, Leiterplatten- und Baugruppentechnik". Die ELEKTRONIKPRAXIS dankt den Autoren Jennifer Vincenz (IPC-zertifizierter CID, CID+, Instructor, FED-Designer und Mitarbeiterin der tecnotron elektronik) und Rainer Taube (Geschäftsführer des Baugruppenproduzenten TAUBE ELECTRONIC) für die lehrreichen und spannenden Beiträge. Besonderer Dank gilt Arnold Wiemers, Mitinhaber der LA-LeiterplattenAkademie GmbH, der als Autor und Mediator die wichtigsten und aktuellsten Aspekte bei der Entwicklung elektronischer Baugruppen für unsere Leser zusammengestellt hat.

Irrtum 1: Leiterplatten haben nur die Aufgabe, der mechanische Träger für die Bauteile einer Baugruppe zu sein.

Die Mechanik behält sicherlich ihre Bedeutung. Die Länge und die Breite einer Leiterplatte, die Anzahl und der Durchmesser von Bohrungen und die Stege, Bögen und Ausschnitte einer Fräskontur bleiben wichtig. Vorrangig bestimmen aber längst die elektrischen Anforderungen an eine Baugruppe die erforderlichen Eigenschaften einer Leiterplatte. Und damit geht es nicht mehr darum, ob, sondern wie die Netzendpunkte einer elektronischen Schaltung miteinander verknüpft sind. Einerseits hat sich die Beachtung physikalischer Anforderungen inzwischen durchgesetzt. Impedanzwerte sind unerlässliche Kenngrößen für die kontrollierte Laufzeit elektronischer Signale auf den Lagen einer Leiterplatte. Stromtragfähigkeit und Isolationseigenschaften sichern den Betrieb von Maschinen und Anlagen. Andererseits ist unser Alltagsleben mittlerweile derart intensiv vom Funktionieren der uns umgebenden Elektronik abhängig, dass notwendigerweise Aspekte wie die langfristige Qualität einer Baugruppe in den Vordergrund treten.

Irrtum 2: Wichtig ist, dass eine Leiterplatte möglichst wenige Lagen hat und preiswert herzustellen ist.

Es gibt keine Mehrklassenphysik. Die langfristig zuverlässige Funktion einer Baugruppe hat ihren berechtigten Aufwand. Das Potenzial der Leiterplattentechnologie ist überwiegend noch unbekannt und ungenutzt. Während der Konstruktion und der Beschaffung einer Leiterplatte liegt der Fokus oft ausschließlich auf der Betrachtung einer singulären Komponente. Die Leiterplatte bleibt losgelöst von ihrer Aufgabe und wird selten unter strategischen Blickwinkeln gesehen. Die Analyse starrflexibler Leiterplatten zeigt exemplarisch sehr deutlich, dass plurale Systemeigenschaften bewertet werden müssen, und dass sowohl aus funktionalen als auch aus wirtschaftlichen Blickwinkeln. Signalübertragungseigenschaften, Montage- und Prüfkosten, Bauteileinkauf, Bestücken und Löten der Leiterplatte werden stark durch die Möglichkeiten der Leiterplattentechnologie beeinflusst. Die Investition in eine leistungsfähige Leiterplatte ist meistens effektiver und letztlich unter dem Strich auch preiswerter als viele der bisher üblichen schaltungs- und gehäusetechnischen Maßnahmen.

Irrtum 3: Die Modifikation diverser Layout-Parameter für die Produktion von Leiterplatten sollte dem Leiterplattenhersteller überlassen werden.

Die Geometrien von SMD-Flächen, Lötstopplackfreihaltungen, Randabständen, Restringbreiten, Wärmefallen, Isolationspads etc. sind konstruktive Elemente des CAD-Layouts, für die der CAD-Designer zuständig und verantwortlich ist. Diese Geometrien werden zunehmend softwareseitig ermittelt und abgesichert durch die Berechnung und Simulation elektrophysikalischer Eigenschaften. Diese sind sehr genau auf die technische Funktion, den späteren Einsatzbereich, die angestrebte Langzeitzuverlässigkeit und die präzisen Betriebsbedingungen abgestimmt. Ergo fließen in das Layout zu dem Produkt und zu der Anwendung die individuellen Informationen und Richtlinien des beauftragenden Unternehmens mit ein.

Die heute übliche Spezifikation von Leiterplatten transportiert praktisch keine Informationen zu den Betriebsbedingungen der späteren Baugruppe. Folglich sind entscheidende Konstruktionsmerkmale dem Leiterplattenhersteller üblicherweise nicht bekannt. Eine nachträgliche eigenständige Veränderung der CAD-Layoutdaten durch die CAM des Leiterplattenherstellers ist deshalb immer unzulässig, wenn nicht vorher die verbindliche Freigabe des Konstrukteurs eingeholt wurde.

Im Gegenzug verhindert der Mangel an Informationen zur vorgesehenen Aufgabe der Baugruppe allerdings auch eine fachgerechte Beratung des Konstrukteurs durch den Leiterplattenherstellers. Erst eine modifizierte Spezifikation kann dazu beitragen, dass die partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen CAD-Designer und Leiterplattenhersteller ihre volle Leistungsfähigkeit erreicht.

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