7 wesentliche Faktoren für hochwertige PCB-Designs

17. Februar 2017

Für die meisten Elektronikingenieure (EEs) ist das Design von PCBs eine Routineaufgabe. Auch mit jahrelanger Erfahrung ist es nicht einfach, ein hochwertiges PCB-Design zu erstellen. Viele Faktoren müssen berücksichtigt werden. Hier besprechen wir sieben Faktoren für ein qualitativ hochwertiges PCB-Design.

7 Tipps für ein hochwertiges PCB-Design

Folgende sieben Hauptpunkte sollte ein EE oder Einsteiger beachten, um qualitativ hochwertige PCBs für elektronische Anwendungen zu entwerfen:

1. Platinenmaterialien: Dies ist der Grundstein jedes PCB-Design-Projekts. Sie müssen wissen, welche Materialien Sie für Ihre PCB benötigen.
   • Eine PCB besteht aus einem nicht-leitenden, festen Material, das mit Kupfer laminiert ist. Die Kupferbeschichtung schafft eine leitfähige Oberfläche. Das Basismaterial ist meist glasfaserverstärktes Epoxidharz (FR-4). Es ist kostengünstig und flammwidrig.
   • Bei HF- oder High-Performance-Schaltungen werden PTFE- oder Keramikbasen mit verschiedenen Füllstoffen verwendet.
2. PCB-Layerstack: Der Layerstack gibt die Anzahl der Lagen an, die jede PCB haben wird. Er ermöglicht dem EE, den erforderlichen Impedanzwert jeder Lage zu verstehen. Eine 적절한 Abschätzung der Lagenanzahl erlaubt die Entscheidung für den richtigen Fertigungsprozess und die Erreichung der gewünschten Ausbeute, Zuverlässigkeit und Minimierung der Produktionskosten.
3. Kupferleiterbahnen: Die aus Kupfer gefertigten Leiterbahnen sind die wichtigsten Komponenten auf einer PCB. Es ist entscheidend, ihre Eigenschaften und Grenzen beim Design zu verstehen. Kupferbahnen entstehen meist durch Ätzen von Kupfer von der vollflächigen Metallschicht auf dem Basismaterial.
4. Via-Typen: Vias sind entscheidende Elemente jeder PCB, da sie Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten herstellen. Es gibt verschiedene Via-Typen: Buried, Through, Blind und Micro (gestapelt, Mehrfach- und Einzellayer). In den besten PCB-Designs werden Vias minimiert. Sie müssen auch die Stromtragfähigkeit dieser Vias kennen.
5. Bauteilauswahl: Dies ist der aufwendigste Schritt in jedem PCB-Design-Projekt. Die Wahl des richtigen Bauteils minimiert Fehler und sichert die Qualität des entworfenen PCBs. Da Millionen von Komponenten am Markt verfügbar sind, beachten Sie Folgendes:
   • Wählen Sie ein weit verbreitetes, leicht verfügbares Bauteil. Vermeiden Sie Komponenten, die nicht mehr produziert werden.
   • Manche Bauteile werden in großen Stückzahlen verkauft – achten Sie bei der Auswahl für Ihr Projekt darauf.
   • Alle Komponenten werden in einem Gehäusetyp angeboten, der dem EE die Befestigung auf der PCB erleichtert. Manche Bauteile sind in mehreren Gehäusen erhältlich, was die Kompatibilität erhöhen kann.
6. Designregeln: Nach Berücksichtigung aller oben genannten Anforderungen sollte sich der EE auf die Designregeln konzentrieren. Es sollte eine breite Berücksichtigung von Übersprechbudgets, Bauteilplatzierungen, Layerzuordnungen, Laufzeitanalysen, Design-for-Manufacture (DFM)-Regeln usw. geben.
7. Signal- & Leistungsintegrität: Dies gilt als ein Qualitätsmerkmal eines hochwertigen PCBs. Aspekte wie Signalflanken, Treiberstärke, Leiterbahnlängen und charakteristische Impedanz sind zu beachten. Zur Qualitätssicherung werden Signalintegritäts-Simulationen (SI) vor und nach dem Layout durchgeführt.

Hochleistungs-Schaltungen erfordern große Ströme. Daher sollten AC- und DC-Leistung des Power-Distribution-Networks berücksichtigt werden.

Die obige Liste bietet einen guten Ausgangspunkt für erfahrene EEs wie auch Einsteiger. In künftigen Blogs werden wir einige dieser Punkte vertiefen und Sie durch PCB-Bestückungsaufgaben führen.

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