Leiterplattenentwurf

Komplexes Board-Design mit cleverem Constraint Manager

| Redakteur: Gerd Kucera

Design-Regeln für Embedded- Komponenten

Im Setup für Embedded Components können die sehr stark variierenden Parameter für den jeweiligen Leiterplattenhersteller und seinen optimierten Bestückungsprozess eingetragen werden. Wird ein Bauelement auf einer Innenlage platziert, werden die Werte ausgewertet.

Im Lagenaufbau ist beispielsweise definiert, ob das Bauteil auf der inneren Lage 6 nach oben oder nach unten ausgerichtet aufgelötet wird. Wenn die Bauteilhöhe größer ist als das Isolationsmaterial zwischen den Lagen und durch die benachbarte Lage durchstößt, dann muss dieses Verhalten (Protruding) in der Nachbarlage erlaubt sein, sonst gibt es schon beim Platzieren eine Fehlermeldung. Ist ein Durchstoßen erlaubt, so müssen auf der benachbarten Lage Verbotszonen für dort verlegte Signale erstellt werden, damit sich eine Aussparung vornehmen lässt. Im PCB Editor generiert das Tool diese Keep-Out-Bereiche automatisch beim Platzieren.

Mit dem Platzieren werden um das Bauteil herum mechanische Aussparungen (cavities)/lagenbezogene Fräsungen im Isolationsmaterial erzeugt, die zum Zeitpunkt der Platzierung leer sind, jedoch während des Fertigungsprozesses mit geschmolzenem Harz wieder ausgefüllt werden, um das Bauteil im eingebauten Zustand zu umschließen.

Neben der mechanischen Aussparung in der Lage entstehen auch entsprechend dem Setup die Verbotszonen um das Bauteil herum. Unterschiede gibt es für die Abstände zum nächsten Routing (Route Keep Out), der nächsten Durchkontaktierung (Via Keep Out) und Mindestabstände zum nächsten Embedded Component. Werden zwei Embedded-Komponenten neben- oder übereinander platziert, dann ist die Cavity-Geometrie so anzupassen, dass das Harz in die komplette Aussparung beider Teile hineinfließen kann.

Hierzu kann es erlaubt sein, dass für zwei Bauteile eine große gemeinsame Aussparung verwendet wird, oder jedes Bauteil seine eigene Aussparung bekommt und ein Steg mit einer Mindestbreite die beiden Cavities voneinander trennt. Unterschiedliche Hersteller lassen hier unterschiedliche Größen zu.

Es wird auch zwischen direkter und indirekter Kontaktierung der Bauteile auf Innenlagen unterschieden. Die direkte Kontaktierung erfolgt ähnlich dem Reflow-Lötverfahren und die Bauteile werden direkt auf PADs angeschlossen. Für die indirekte Kontaktierung wird ein dafür vordefiniertes Via mit seiner entsprechenden Höhe ausgewählt und als vergrabenes (buried) Via zwischen das PAD und den Anschlusspunkt des Bauteils eingebracht.

Embedded-Komponenten für Starrflex-Leiterplatten

Wenn Steckverbindungen oder Kabelzuleitungen die geometrische Lösung zu stark einengen und eine höhere Zuverlässigkeit gefordert ist, kommen flexible oder starr-flexible Leiterplatten zum Einsatz, wobei die bestückten Bereiche sich dann so falten lassen, dass sie übereinander eingebaut werden.

Ergänzendes zum Thema
 
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In der Produktion einer starr-flexiblen Leiterplatte wird eine mit Leiterbahnen versehene, durchgehend flexible Folie in der Fertigung als Basis genommen. In den später starren Bereichen wird die Leiterplatte in herkömmlicher Weise mit Leiterplattenmaterial verpresst.

Da der Lagenaufbau mit mehreren starren Bereichen unterschiedlich sein kann, sind Komponenten auch auf anderen Lagen neben Top und Bottom zu platzieren. Es ist auch möglich Bauteile direkt auf die flexiblen Folien anzubringen, für die dann wieder besondere Entwurfsregeln gelten.

Häufig werden Sensoren auf flexiblen Leiterfolien aufgebracht, da die Zuleitungen nicht nur mechanisch eine höhere Zuverlässigkeit bieten, sondern auch eine definierte Länge haben und die Sensorsignale nicht durch unterschiedliche Kabellängen mit variierenden elektrischen Werten die empfindlichen Sensorsignale verfälschen. Die erforderlichen Regeln für Starrflex-Leiterplatten lassen sich in der PCB-Miniaturization-Option einstellen und die Software prüft online auf Regelverstöße.

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