Häufige PCB-Design-Herausforderungen und wie man sie vermeidet

Die grundlegendste Form von Design for Manufacture (DFM) bei PCBs ist die Nutzung von Designregeln und Design Rule Checking (DRC) in PCB-Design-Software. DRC = Prozess, Design auf Konformität mit Fertigungsfähigkeiten eines PCB-Herstellers zu prüfen. Typisch: Designer erhält höchste Toleranzen vom Hersteller, lädt sie in Designprogramm, führt DRC-Test am Design durch. DRC oft in PCB-Design-Software integriert, nicht als Zusatzservice. Fortgeschrittenere DFM-Analyse-Software sucht komplexere, weniger offensichtliche Designfehler. DFM-Software-Check wird von PCB-Herstellern oft als Extra-Service angeboten – Grund: höhere Kosten für High-End-DFM-Software und zusätzlicher Schulungsbedarf.

1. Verhungerte Thermals (Starved Thermals)

Starved Thermals treten auf, wenn Thermal-Relief-Spuren, die mit einem Pad verbunden sind, nicht ordnungsgemäß mit der zugehörigen Kupferfläche verbunden sind. Oft besteht Abstand zwischen Vias einen Basis-DRC, aber angehängte Thermal-Relief-Spuren werden unterbrochen → betroffene Vias unangemessen von zugewiesenen Copper Pours isoliert. Am häufigsten bei mehreren Vias in Nähe zueinander.

2. Säurefallen (Acid Traps)

Wenn zwei Spuren in sehr spitzem Winkel zusammenlaufen, kann Ätzlösung (zum Kupferentfernen vom Rohboard) an diesen Stellen „gefangen“ werden – Acid Trap. Kann Spuren von zugewiesenen Nets trennen → offene Leiterbahnen. Problem in jüngster Zeit reduziert durch Herstellerwechsel auf photoaktivierte Ätzlösungen. Dennoch: Spuren nicht in spitzen Winkeln zusammenführen lassen – Problem weniger kritisch als früher.

3. Silvers (Silber/Schlieren)

Wenn sehr kleine Kupferflächenbereiche nur über schmale Spur mit größeren Bereichen desselben Copper Pours verbunden sind, können sie sich während Fertigung lösen, „schweben“ zu anderen Boardbereichen → unbeabsichtigte Kurzschlüsse. Problem durch photoaktivierte Ätzlösungen reduziert. Silvers in Designs vermeiden, aber nicht mehr so dominant wie früher.

4. Unzureichender Ring (Insufficient Annular Ring)

Vias entstehen durch Bohren durch Pads auf beiden Boardseiten und Veredelung der Lochwände zur Verbindung beider Seiten. Wenn Pad-Größe im Design zu klein: Via kann scheitern, da Bohrloch zu großen Pad-Anteil einnimmt. Minimaler Ringgröße oft Teil von DRC. Erwähnt wegen nicht seltener verfehlter Bohrtreffer bei Prototyp-Boards.

5. Via-in-Pad

Gelegentlich praktisch: Via in PCB-Pad positionieren. Aber Via-in-Pad kann bei Bestückung Probleme verursachen: Via zieht Lötzinn vom Pad ab → zugehöriges Bauteil unsachgemäß montiert.

Bild zeigt Unterschied Via-in-Pad-PCB vs. normales PCB.

6. Kupfer zu nah am Boardrand

Normalerweise bei DRC erfasst: Kupferlagen zu nah am Boardrand → Lagen können beim Zuschneiden während Fertigung kurzschließen. DRC-Features in PCB-Software sollten dies erfassen; DFM-Check beim Hersteller fängt es auch ab.

7. Fehlender Lötstopplack zwischen Pads

Bei sehr eng beabstandeten, feinrasterigen Bauteilen: oft kein Lötstopplack zwischen Pins durch Standardeinstellungen. Fehlender Lötstopplack → Lötbrücken bilden sich leichter bei Feinraster-Bauteil-Montage.

Wir bieten seit Jahren professionelle PCB-Assembly-Services – vermeiden fehlenden Lötstopplack zwischen Pads. Bild zeigt unsere hochpräzise Lötstopplack zwischen 0,4-Pitch-QFN-Pads.

8. Tombstoning (Aufstellen)

Bei kleinen passiven SMD-Bauteilen im Reflow-Prozess: häufiges Aufstellen auf einem Ende („Tombstoning“). Beeinträchtigt PCB-Ausbeute stark, treibt Produktionskosten. Ursachen: falsche Landepattern, unausgeglichene Thermal Reliefs an Geräte-Pads. Effektiv durch DFM-Checks mindern.

Bild: Tombstoning-Beispiel und Schema.

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Weiterführende Ressourcen:
• PCB-Design-Dateianforderungen für schnelles Assembly-Angebot und Produktion
• PCBCart bietet vollumfänglichen PCB-Fertigungsservice
• Außer PCB-Fertigung: PCBCart bietet fortgeschrittenen Turnkey-PCB-Assembly-Service
• Lötstopplack und seine Design-Tipps
• Beziehung Kupfergewicht, Leiterbahnbreite, Stromtragfähigkeit