CAD, Leiterplatten- und Baugruppentechnik, Folge 17 Wie Bestückungs- und Gerätevarianten verwaltet werden

Autor / Redakteur: Jennifer Vincenz * / Gerd Kucera

Produktvarianten sollen erstellt werden. In diesen Beispiel Netzteile, die sich nur geringfügig unterscheiden. Worauf ist zu achten und wie lässt sich bei den Baugruppen das Fehlerrisiko senken?

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Bild 1: Beispiel einer Varianten-Definition
Bild 1: Beispiel einer Varianten-Definition
(Bild: tecnotron elektronik)

Zwei Netzteile sollen konstruiert werden. Sie teilen sich im Prinzip das gleiche Design und lediglich die Bestückung unterscheidet sich geringfügig für ein, zwei Widerstände, die entweder unbestückt bleiben oder je nach Netzteil-Leistung einen anderen Widerstandswert haben müssen. Der Einfachheit halber möchte man natürlich nur einen Schaltplan und ein Layout erstellen, vor allen Dingen aber auch nur eine Leiterplattentype für beide Netzteil-Typen bestellen.

Wie aber wird die Information transportiert, um welchen Typ Netzteil es sich handelt und welche Bauteile demzufolge bestückt werden müssen? Nun, es ist noch gar nicht so lange her, da hat man, mal profan ausgedrückt, einen Zettel drangemacht. Und oftmals sind wir heute noch nicht nennenswert weiter. Es wird zwar nicht mehr mit Notizzetteln gearbeitet, jedoch wird die Verwaltung und das Handling von Baugruppenvarianten noch immer weitestgehend manuell durchgeführt.

Stücklisten und Pick&Place-Listen werden per Hand abgeändert, Notizen auf Bestückungsplänen angebracht und im Stillen wird gehofft, dass dabei nichts übersehen oder fehlerhaft eingetippt wird. Ganz dramatisch wird es, wenn weder der Designer noch der Entwickler an der Erstellung der Unterlagen für die Baugruppenvarianten beteiligt sind.

Neuere EDA-Tools bieten ein Varianten-Management

Von der Schaltplaneingabe an können mehrere Varianten eines Designs effektiv verwaltet werden, die über eine eindeutige Benennung oder eine eigene Dokumenten-Nummer verfügen und damit eindeutig identifizierbar sind. Innerhalb der jeweiligen Variante kann nun definiert werden, welche Bauteile beispielsweise nicht bestückt werden. Oder es werden für bestimmte Bauteile andere Bauteilwerte definiert, z.B. Widerstandswerte.

Bild 2: Beispiel einer optischen Darstellung von Varianten-Bauteilen im Master-Design und in den Varianten
Bild 2: Beispiel einer optischen Darstellung von Varianten-Bauteilen im Master-Design und in den Varianten
(Bild: tecnotron elektronik)

Dies kann durch die Substitution von Attributen oder die Zuweisung eines anderen Parts erfolgen. Es können jedoch auch gänzlich unterschiedliche Bauteile eingesetzt werden, die dennoch den gleichen Referenz-Bezeichner (Bauteilnamen) verwenden, eben genau durch die Zuweisung eines anderen Parts (Bild 1: Beispiel Varianten-Definition). Das Master-Design bildet sozusagen den Überbau. Hier sind alle verwendeten Bauteile aufgeführt und alle Verbindungen enthalten. Die Darstellung sollte eine optische Unterscheidung der Varianten-Bauteile ermöglichen. Die Darstellung nicht bestückter Bauteile sollte wahlweise optisch hervorgehoben oder aber ausgeblendet sein (Bild 2: Beispiel: optische Darstellung von Varianten-Bauteilen im Master-Design und in den Varianten).

Vom Master-Design zur Leiterplatte

Das Master-Design des Schaltplans ist auch die Grundlage für das Leiterplatten-Layout, denn Sinn und Zweck der Übung war es ja, nur eine allgemeingültige Leiterplatte beschaffen zu müssen, die dann für alle Geräte-Varianten verwendet werden kann. Also muss die Leiterplatte alle Bauteile, auch die unbestückten, sowie alle elektrischen Verbindungen enthalten. Sie wird daher aus dem Master-Design heraus erstellt.

Bild 3: SMD-Bauteil der Variante SMD wurde über dem THT-Bauteil der Variante THT platziert, dies führt nicht zu einem DRC-Error
Bild 3: SMD-Bauteil der Variante SMD wurde über dem THT-Bauteil der Variante THT platziert, dies führt nicht zu einem DRC-Error
(Bild: tecnotron elektronik)

Das CAD-System muss dabei Varianten-Bauteile von normalen Bauteilen unterscheiden können, damit beispielsweise Varianten-Bauteile nicht nur nebeneinander sondern auch übereinander platziert werden können, ohne dass ein DRC-Error für Bauteil-Überlappung oder Pad-zu-Pad-Abstand für diese Teile ausgegeben wird (Bild 3: SMD-Bauteil der Variante SMD wurde über dem THT-Bauteil der Variante THT platziert, dies führt nicht zu einem DRC-Error).

Mit der Platzierung von Bauteilen übereinander werden Stubs in High-Speed-Designs vermieden, jedoch muss immer die spätere Bestückbarkeit in Betracht gezogen werden. So kann es etwa zu Lötschwierigkeiten führen, wenn durch das Übereinanderplatzieren die SMD-Lötflächen so modifiziert werden, dass für das größere Bauteil der Abstand der Lötflächen zueinander unterschritten wird oder dass es für das kleinere Bauteil zum Tombstoning kommen kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn durch die Platzierung ungleiche Lötflächen entstehen. Ebenso muss darauf geachtet werden, dass ein eventuell auf die Leiterplatte aufzubringender Bestückungsdruck keine Lötflächen berührt. Selbstverständlich sollten auch im PCB-Design die Variantenbauteile optisch hervorgehoben werden können. Dies erleichtert es dem Bearbeiter, die Übersicht zu behalten.

Der Vorteil des Varianten-Managements durch die CAD-Software ist die vollständige Kongruenz zwischen Schaltplan und PCB-Design. Auch müssen keine Pseudo-Bauteile erstellt werden, um auf solchem Umweg beispielsweise unterschiedliche Footprints realisieren zu können.

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