Ob es sich um eine einfache oder komplexe Platine handelt, ein gutes PCB-Design stellt sicher, dass die Leiterplatte wie vorgesehen funktioniert und in Serie hergestellt werden kann. In diesem Blog haben wir 10 Richtlinien für das PCB-Design zusammengestellt, die für die meisten Standard-Leiterplatten gelten. Diese Regeln decken wichtige Aspekte ab, darunter Herstellbarkeit, Stapelanordnung, Bauteilplatzierung, Wärmemanagement usw. Sie helfen Designern dabei, im Jahr 2025 leistungsstarke und äußerst zuverlässige PCBs zu entwickeln.
Regel 1: Sicherstellen der Herstellbarkeit beim Leiterplatten-Design
Wenn es um die Richtlinien für das PCB-Design geht, ist die Herstellbarkeit der erste wichtige Aspekt. Selbst wenn ein Design perfekt ist, kann es nicht als wirklich erfolgreiches Ergebnis angesehen werden, wenn es schwierig zu produzieren ist. Die Designer sollten Faktoren wie die Fähigkeiten der Fertigungsanlagen, die Verfügbarkeit von Materialien und die Einfachheit der Montage berücksichtigen.
Regel 2: Strategischer Plan für den Leiterplattenaufbau
Eine wichtige Regel bei den Richtlinien für das PCB-Design ist die strategische Planung des Leiterplattenaufbaus. Jede Schicht hat ihre spezifische Funktion. Die Anordnung dieser Schichten beeinflusst nicht nur die Ästhetik, sondern auch die Leistung. Ein gut geplanter Aufbau kann EMI (elektromagnetische Interferenz) minimieren und die Signalintegrität aufrechterhalten.
Der Schlüssel zur Erreichung der Signalintegrität ist die Erhaltung der Form und des Timings des Signals. Dies kann durch eine sorgfältig geplante Stapelung erreicht werden, um Signalverluste und Übersprechen zu minimieren. Außerdem können elektromagnetische Störungen Ihre Schaltungen beschädigen. Eine gut konzipierte Stapelung kann jedoch durch Abschirmung und Stromrückleitungspfade zur Kontrolle der EMI beitragen.
Regel 3: Trennen Sie analoge und digitale Blöcke
Manchmal müssen analoge und digitale Signale auf derselben Leiterplatte verlaufen. Wenn diese Signale gemischt sind, teilen sie sich denselben Stromrückweg. Störungen aus den digitalen Schaltungen können die analogen Schaltungen beeinträchtigen und zu Signalverzerrungen und Leistungseinbußen führen. Durch die richtige Aufteilung der analogen und digitalen Module im Layout können Sie die Stabilität und Zuverlässigkeit der Schaltung gewährleisten. Hier sind einige nützliche Vorgehensweisen:
- Platzieren Sie empfindliche Komponenten (Spannungsreferenz und Verstärker) auf der analogen Ebene. Positionieren Sie ebenfalls störungsanfällige Komponenten (Timing-Blöcke und Logiksteuerung) auf der digitalen Ebene.
- Ein Mixed-Signal-ADC (Analog-Digital-Wandler) oder ein DAC (Digital-Analog-Wandler) mit niedrigem Digitalstrom kann auf der analogen Ebene platziert werden. Bei mehreren Hochstrom-ADCs/DACs wird empfohlen, die digitalen und analogen Stromversorgungen zu trennen.
- Mikrocontroller und Mikroprozessoren sollten in der Nähe der zugehörigen Module sowie in der Mitte der Leiterplatte platziert werden, um die Wärmeableitung und das Routing zu erleichtern.
Regel 4: Planen Sie die Platzierung der Komponenten mit Bedacht
Die Platzierung der Komponenten hat direkten Einfluss auf die Leistung, Herstellbarkeit und Zugänglichkeit der Schaltung. In diesem Prozess können Sie mit verschiedenen Herausforderungen konfrontiert werden und müssen viele Richtlinien für das PCB-Design berücksichtigen. Im Folgenden finden Sie einige wichtige Regeln:
- Platzieren Sie zuerst die kritischen und notwendigen Komponenten, dann die anderen Teile, um mechanische Einschränkungen durch das Gehäuse oder die Größe zu vermeiden.
- Bei Hochgeschwindigkeits-, Analog- und Stromkreisen wird empfohlen, die Komponenten dicht beieinander zu platzieren, um kurze und direkte Leiterbahnen zu erhalten.
- Bei großen ICs und Prozessoren empfiehlt es sich, diese zentral zu platzieren, um das Leiterbahn-Routing zu vereinfachen.
- Platzieren Sie alle SMD-Komponenten auf derselben Seite, um die Montage zu vereinfachen und Kosten zu senken.
- Um die Herstellbarkeit zu gewährleisten, sollten Sie vermeiden, Komponenten zu dicht beieinander zu platzieren, da dies die automatisierte Montage behindern würde.
- Auch die Zugänglichkeit ist von entscheidender Bedeutung. Die Komponenten sollten für Tests, Nacharbeiten usw. leicht zugänglich sein.
Regel 5: Design für ein effektives Wärmemanagement
Ein effektives Wärmemanagementdesign kann die Zuverlässigkeit der Komponenten gewährleisten und ihre Lebensdauer verlängern. Einige Richtlinien für das PCB-Design zur Wärmeableitung lauten wie folgt:
Thermische Durchkontaktierungen: Sie bieten einen effizienten Wärmepfad von den Bauteilen zum umgebenden Leiterplattenmaterial.
Kühlkörper: Sie werden auf Hochleistungskomponenten installiert, um deren Betriebstemperatur zu senken und eine Überhitzung zu vermeiden.
Kupferguss: Durch die Verwendung von großflächigem Kupferguss auf der Stromversorgungs- und Erdungsschicht lässt sich die Wärme gleichmäßiger ableiten.
Materialien mithoher Wärmeleitfähigkeit: Um die Wärmeableitung zu unterstützen, können Sie auch PCB-Materialien mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit verwenden, darunter Keramiksubstrate oder Aluminium.
Regel 6: Optimieren Sie die Leiterbahnführung, um die Signalintegrität zu gewährleisten
Eine durchdachte Leiterbahnführung ist für eine zuverlässige Leiterplattenleistung und eine hohe Signalqualität unerlässlich. Hier sind die wichtigsten Richtlinien für das PCB-Design, die Sie beachten sollten:
Leiterbahnlänge: Halten Sie die Leiterbahnen so kurz und direkt wie möglich, um Übersprechen zu minimieren und den richtigen Abstand einzuhalten.
Leiterbahnbreite: Halten Sie die Leiterbahnbreite innerhalb desselben Netzwerks konsistent, um eine gleichmäßige Impedanz zu gewährleisten und Reflexionen zu minimieren.
Leiterbahnwinkel: Es wird dringend empfohlen, glatte 135-Grad-Biegungen zu verwenden und keine rechten oder scharfen Winkel in Leiterbahnen, da diese Rauschen abstrahlen und die Leistung beeinträchtigen können.
Rückwege: Achten Sie auf klare und kurze Rückwege für Signale auf Referenzebenen, um die Signalintegrität zu gewährleisten.
Orthogonales Routing: Um Übersprechen zu minimieren, sollten Leiterbahnen auf benachbarten Schichten in orthogonalen Richtungen verlegt werden.
Regel 7: Ordnen Sie Strom- und Masseflächen richtig an
Strom- und Masseflächen werden üblicherweise auf den internen Schichten angeordnet, wobei sie symmetrisch und zentriert bleiben. Verwenden Sie bei Leiterplatten mit mindestens 4 Schichten eine vollständige Massefläche anstelle einer separaten Masseleitung. Bei Bauteilen, die einen direkten Stromanschluss erfordern, kann eine gemeinsame Stromschiene verwendet werden, wenn keine dedizierte Stromfläche verfügbar ist. Vermeiden Sie jedoch die Verkettung von Stromversorgungen. Außerdem ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Leiterbahnen breit genug sind. Schmale Leiterbahnen können sich bei hohen Stromstärken erhitzen oder sogar durchbrennen.
Regel 8: Optimieren Sie das PCB-Panel-Layout für die Produktion
Bei der Leiterplattenkonstruktion kann eine ordnungsgemäße Optimierung des PCB-Panel-Layouts dazu beitragen, die Herstellungskosten zu senken und die Produktionseffizienz zu verbessern. Wenden Sie sich an den PCB-Hersteller, um die empfohlenen Panel-Abmessungen zu erhalten, und passen Sie Ihr Design entsprechend an. Sie sollten ein Layout verwenden, das den bevorzugten Panel-Größen des Herstellers entspricht, und das Design nach Möglichkeit wiederholen.
Regel 9: Nutzen Sie den Siebdruck für mehr Effizienz
Der Siebdruck wird verwendet, um verschiedene Informationen auf Leiterplatten zu markieren, und spielt eine wichtige Rolle bei der Montage und Wartung. Ein klares und gut gestaltetes Siebdruckdesign kann die Position der Komponenten, die Polarität, die Ausrichtung, Testpunktanzeigen, Herstellerinformationen, die Board-Version usw. anzeigen. Es hilft den Monteuren, Komponenten schnell zu finden und die Installation und das Löten effizient durchzuführen. Außerdem kann der Siebdruck die spätere Fehlersuche und Reparaturen erleichtern. Es ist wichtig zu beachten, dass der Siebdruck die Lötpads nicht verdecken sollte und klar und gut lesbar bleiben muss.
Regel 10: Führen Sie regelmäßig Überprüfungen durch
Bevor Sie mit der Produktion beginnen, sollten Sie das Design regelmäßig und wiederholt überprüfen. Fehler können sich auf die spätere Produktion und Montage auswirken. Wir empfehlen Ihnen, während des Designprozesses stets DRC und ERC durchzuführen, um die Korrektheit Ihres Designs zu überprüfen. Die Durchführung von DRC nimmt nur wenig Zeit in Anspruch, kann jedoch später bei der Fehlersuche und bei Änderungen viel Zeit sparen. Darüber hinaus ist die kontinuierliche Überprüfung eine gute Angewohnheit, die es sich lohnt beizubehalten.
Fazit
Durch das Erlernen dieser 10 wichtigsten Richtlinien für das PCB-Design können Designer und Ingenieure den Designprozess optimieren und zuverlässige und leistungsstarke Leiterplatten erhalten. In der Praxis können diese Regeln eine reibungslose Fertigung und stabile Leistung gewährleisten. Bei einigen speziellen und komplexen Leiterplatten müssen wir jedoch zusätzliche und spezielle Richtlinien für das PCB-Design befolgen, um die Anforderungen an Leistung und Zuverlässigkeit zu erfüllen.
