Was ist PCB-Routing? PCB-Routing, das Rückgrat des modernen PCB-Designs, ist der Prozess der Erstellung von PCB-Leiterbahnen, um elektronische Verbindungen zwischen PCB-Komponenten herzustellen. Diese winzigen und verschlungenen Leiterbahnen werden digital mit PCB-Routing-Software basierend auf Routing-Techniken entworfen und durch verschiedene Fertigungsmethoden, beispielsweise durch den Einsatz von PCB-Routing-Maschinen zum Schneiden und Fräsen von Platinen, physisch gekrümmt. In diesem Blogbeitrag erklären wir Ihnen die grundlegenden Geheimnisse des PCB-Routings, der Design-Software und der Routenherstellungsmethoden und helfen Ihnen, Ihre PCB vom Entwurf in die Realität umzusetzen.
PCB-Leiterbahnen mit PCB-Routing-Software entwerfen
Das moderne PCB-Routing kombiniert manuelles Routing und automatisches Routing, um Effizienz und Qualität zu verbessern. Beim herkömmlichen manuellen Routing müssen Designer die Leiterbahneigenschaften definieren und jede Leiterbahn manuell auf der Leiterplatte platzieren. Dies bietet eine hohe Kontrolle über die Leiterbahnplatzierung und ist daher für Hochgeschwindigkeitsdesigns und kundenspezifische Schaltungen unerlässlich. PCB- Autorouting kann automatisch Leiterbahnpfade gemäß den von Ihnen festgelegten Designregeln generieren. Dies ist besonders bei komplexen und großen Leiterplattendesigns von unschätzbarem Wert, besonders effektiv ist es jedoch bei sich wiederholenden oder einfachen Schaltungen. Viele Designer verwenden einen hybriden Ansatz: Sie beginnen mit dem Autorouting für das grundlegende Leiterbahndesign und dem manuellen Routing für kritische Signalpfade.
Kostenlose und kostenpflichtige PCB-Designsoftware mit Auto-Routing
| Software | Kostenlos / Kostenpflichtig | Auto-Routing-Unterstützung | Am besten für | Hauptmerkmale |
| KiCad | Frei | ✔ | Anfänger & Bastler | Open Source, starke Community-Unterstützung, unterstützt mehrschichtige Leiterplatten, 3D-Viewer |
| EasyEDA | Frei | ✔ | Anfänger & Web-Benutzer | Cloudbasiert, keine Installation erforderlich, Integration mit PCB-Herstellern |
| DesignSpark PCB | Frei | ✔ | Anfänger & Gelegenheitsnutzer | Einfach zu verwenden, große Komponentenbibliothek, Schaltplan- und PCB-Tools |
| DipTrace | Kostenpflichtig (kostenlose Testversion) | ✔ | Fortgeschrittene Benutzer | Benutzerfreundliche Oberfläche, 3D-Vorschau, unterstützt komplexe Designs |
| Autodesk Eagle | Kostenpflichtig (Abonnement) | ✔ | Allgemeine Designer und Hersteller | Weit verbreitet, integriert mit Fusion 360, unterstützt große Designs |
| Altium Designer | Bezahlt (hohe Kosten) | ✔ (Fortgeschritten) | Profis & Fortgeschrittene | Leistungsstarkes manuelles und automatisches Routing (Altium-Autorouting), Hochgeschwindigkeits-Designfunktionen |
| OrCAD PCB Designer | Bezahlt | ✔ (Fortgeschritten) | Profis und fortgeschrittene Benutzer | Erweitertes Routing und Simulation nach Industriestandard |
Für Anfänger und Hobbybastler im PCB-Routing empfehlen wir die Verwendung kostenloser, einfach zu bedienender und kostengünstiger PCB-Routing-Software wie Kidcad, EasyEDA und DesignSpark PCB. EasyEDA eignet sich am besten für einfache und schnelle Projekte, da es eine webbasierte Plattform ohne aufwändige Installation ist. KiCad ist ein gutes Tool, um professionelle Arbeitsabläufe kostenlos zu erlernen, da es erweiterte Funktionen wie einen 3D-Viewer und die Unterstützung mehrschichtiger PCBs bietet.
Für fortgeschrittene Designer mit PCB-Grundlagen empfehlen wir Autodesk Eagle und DipTrace. Diese sind leicht zu erlernen und bieten professionelles Design und Funktionen. Autodesk Eagle bietet professionelle Funktionen und starken Community-Support mit anderen Autodesk-Produkten, ohne dass die Kosten zu hoch sind, wie bei Altium. DipTrace ist leistungsstark und verfügt über eine übersichtliche und benutzerfreundliche Oberfläche, mit der Sie Ihre Routing-Kenntnisse verbessern können.
Für fortgeschrittene und professionelle Benutzer sind Altium und OrCAD die beste Wahl. Als beliebte PCB-Routing-Tools eignen sie sich für professionelle Ingenieure zur Lösung umfangreicher oder hochdichter Projekte und gewährleisten sowohl Leistung als auch Herstellbarkeit bei komplexen PCB-Designs.
Wie verlege ich PCBs? 6 grundlegende PCB-Routing-Techniken
Nachdem die Komponenten auf der Platine platziert wurden, beginnen wir mit dem Routing der Leiterplatte, um elektrische Verbindungen herzustellen. Bei der Dimensionierung und dem Routing von Leiterbahnen müssen mehrere Design-Tipps beachtet werden. Im Folgenden werden 6 grundlegende, aber wichtige Techniken vorgestellt, die insbesondere Anfängern und Hobbybastlern helfen, Probleme im Herstellungsprozess zu vermeiden.
1. Geeignete Leiterbahnbreite
Bestimmen Sie die praktische Leiterbahnbreite mit dem Leiterbahnbreitenrechner entsprechend der Stromstärke. Dünne Leiterbahnen können zu Überhitzung führen, da sie zu hohen Stromstärken nicht standhalten. Gängige Signalleiterbahnen haben in der Regel eine Breite von 6–10 mil, Stromleiterbahnen sind je nach Stromstärke über 20 mil breiter.
2. Halten Sie ausreichend Abstand zwischen den Leiterbahnen
Ein zu geringer Leiterbahnabstand erhöht die Gefahr von Kurzschlüssen oder Lichtbögen, insbesondere bei Hochspannung. Im Allgemeinen beträgt der Abstand zwischen Niederspannungsplatinen 6–8 mil, und bei Hochspannungsplatinen wird der Abstand je nach Spannungsniveau vergrößert, um die Sicherheit zu gewährleisten.
3. Halten Sie die Spuren kurz und direkt
Lange Leiterbahnen können den Widerstand erhöhen, Signale verlangsamen und Rauschen aufnehmen, genau wie Antennen. Außerdem können gebogene Leiterbahnen Signalreflexionen verursachen und die Genauigkeit der Leiterbahnätzung beeinträchtigen. Platzieren Sie Komponenten nebeneinander, um die Leiterbahnlänge zu minimieren, und verwenden Sie 45°-Winkel anstelle von 90°-Winkeln.
4. Wählen Sie die Bodenebene aus
Eine Massefläche verbessert die Signalstabilität und hilft, unerwünschtes Rauschen zu vermeiden. Bei einer zweilagigen Platine ist eine Seite für die Masse zu verwenden; bei einer vierlagigen Platine ist eine gesamte innere Lage für die Masse reserviert.
5. Verlassen Sie sich nicht auf den Autorouter
Autorouter können Komponenten auf der Platine automatisch verbinden, berücksichtigen dabei aber nicht die Signalintegrität, elektromagnetische Störungen und die Wärmeableitung. Nutzen Sie Autorouting nur für einfache Verbindungen und routen Sie Strom, Masse und Hochgeschwindigkeitssignale manuell.
6. Platzieren Sie Vias mit Bedacht
Vias verbinden Leiterbahnen zwischen Schichten und leiten Wärme ab (thermische Vias). Sie können aber auch den Widerstand und die Induktivität erhöhen, was sich auf Hochgeschwindigkeitssignale auswirken kann. Platzieren Sie Vias nur, wenn es nötig ist, und halten Sie die Signale möglichst auf einer Schicht.
Wie werden Leiterplattenrouten physisch vom Entwurf bis zur Umsetzung hergestellt?
| Verfahren | Maschinen / Werkzeuge | So funktioniert es | Am besten für |
| Fotolithografie + Ätzen | UV-Belichtungseinheit, Fotoplotter , chemische Ätzmaschine | Fotolack + UV-Maske definieren Spuren; Chemikalien ätzen unerwünschtes Kupfer weg | Massenproduktion |
| PCB-Fräsen (CNC-Fräsmaschine) | PCB-Fräsmaschine mit feinen Fräsern | CNC entfernt unerwünschtes Kupfer mechanisch | Prototyping, Kleinserien |
| Laser-Direktbildgebung | Laserbebilderungsmaschine, Ätzsystem | Schreibt Leiterbahnmuster direkt auf Fotolack und ätzt dann | Fortschrittliche und hochdichte Leiterplatten |
| Additiver Druck (Inkjet / 3D-Druck) | Tintenstrahl-Leiterplattendrucker oder 3D-Drucker mit leitfähiger Tinte | Leitfähige Tinte direkt auf das Substrat gedruckt | Experimentelle, flexible Leiterplatten, F&E |
Leiterplattenfräsen mit PCB-Fräsmaschine
PCB-Fräsmaschinen, eine Art CNC-Fräsmaschine, werden zum Fräsen von Platinenumrissen, Fräsen von Leiterbahnen, Bohren von Durchkontaktierungen und Gravieren verwendet. CNC-Fräser verwenden feine Fräser, um unerwünschtes Kupfer und Platinenmaterial zu entfernen, um Leiterbahnen zu bilden und interne Merkmale zu erzeugen.
Diese Fräsmethode eignet sich besser für die Herstellung von Prototypen und kleinen PCB-Serien. Wenn Sie PCBs zu Hause herstellen möchten, ist die PCB-Fräsmaschine eine gute Methode.
PCB-Fotolithografie und Ätzen
Beim Ätzen von Leiterplatten wird unerwünschtes Kupfer durch Einlegen der Leiterplatte in die Ätzlösung gelöst. Die benötigten Leiterbahnen, Pads und Bohrungen werden durch eine Schutzschicht auf der Leiterplatte geschützt, die UV-Licht ausgesetzt wird. Ungeschützte Muster werden mit Säure abgewaschen. Dies ist sehr präzise und eignet sich zur Herstellung dichter und feiner Leiterbahnen, wie sie in der industriellen Leiterplattenfertigung für die Massenproduktion üblich sind. MOKOPCB ist auf die Herstellung hochwertiger Leiterplatten mittels PCB-Fotolithografie und Ätzen spezialisiert. Unsere Fabrikausrüstung gewährleistet komplexe und hochdichte Leiterplatten, die strenge Qualitätsstandards sowohl für das Prototyping als auch für die Massenproduktion erfüllen.
PCB-Laserfräsen
Beim Laserrouting in der Leiterplattenherstellung wird ein hochenergetischer Laserstrahl verwendet, um unerwünschtes Kupfer direkt von der Leiterplatte zu entfernen. Es zeichnet sich durch die Erstellung komplexer Leiterbahnlayouts mit hoher Genauigkeit aus. Das berührungslose Routing reduziert zudem die mechanische Belastung und ist daher ideal für die anspruchsvolle und hochwertige Leiterplattenproduktion.
Leiterplattendruck mit 3D-Drucker
Beim Leiterplatten-Leiterbahnendruck mittels 3D-Druck oder Tintenstrahldrucker wird leitfähige Metalltinte direkt auf das Substrat aufgebracht, um Leiterbahnen zu bilden. Es ist schneller und sauberer, da weder Gravuren noch Chemikalien erforderlich sind. Allerdings ist die Leitfähigkeit nicht so gut wie bei Kupfer, weshalb es immer für experimentelle Designs oder flexible Leiterplatten verwendet wird.
Abschluss
PCB-Routing ist die Brücke zwischen digitalem Design und funktionierender Leiterplatte. Wählen Sie für Ihr perfektes PCB-Layout die passende Designsoftware entsprechend Ihrem Kenntnisstand und Ihren Anforderungen, z. B. für Anfänger KiCad oder EasyEDA. Wenden Sie wichtige Routing-Techniken wie die richtige Leiterbahnbreite bei der Dimensionierung und Verlegung von Leiterbahnen an, um die zuverlässige Leistung der Leiterplatte zu gewährleisten. Um das PCB-Design umzusetzen, können Sie verschiedene Fertigungsmethoden wählen, z. B. PCB-Fräsmaschinen für das Prototyping und selbstgefertigte PCBs oder branchenübliche Fotolithografie und Ätzen. Die Beherrschung der Software und der Fertigungstechniken des PCB-Routings ist der Schlüssel zur Erstellung effizienter und zuverlässiger elektronischer Designs.
MOKOPCB ist ein Experte in der Herstellung hochpräziser Leiterplatten mit fortschrittlichen Technologien und bietet Ihnen höchste Qualität und Zuverlässigkeit für Ihre Projekte – vom Prototypen bis zum fertigen Produkt. Kontaktieren Sie uns gerne, wenn Sie professionelle Leiterplattenfertigung benötigen. Wir helfen Ihnen gerne dabei, Ihr Design zum Leben zu erwecken.
