Die 5 wichtigsten Fehler beim PCB-Design, die es zu vermeiden gilt

Quendler

Posted on Mai 30, 2023

Die Entwicklung von Leiterplatten ist ein sehr komplexer Prozess, der eine sorgfältige Planung und Ausführung erfordert. Ein einziger Fehler kann schwerwiegende Folgen für das Endprodukt haben und möglicherweise zu kostspieligen Nachbesserungen, Verzögerungen oder sogar Produktausfällen führen. In diesem Blog-Beitrag werden wir die 5 wichtigsten Fehler beim Leiterplattendesign erörtern, die Sie unbedingt vermeiden sollten, um ein erfolgreiches Leiterplattendesign zu gewährleisten, sowie Tipps und Techniken, wie Sie Fehler vermeiden können.

1. Fehlende „Design for Manufacturing“ (DFM) - Prüfung

„Design for Manufacturing“ (DFM) ist ein wesentlicher Aspekt des PCB-Designs. Es bezieht sich auf den Prozess des Produktdesigns mit Blick auf eine einfache Fertigung, um sicherzustellen, dass das Design herstellbar und für eine effiziente Produktion optimiert ist. Eine fehlende DFM während des Designprozesses kann zu einem Design führen, das schwer oder gar nicht herstellbar ist.

Um diesen Fehler zu vermeiden, sollten Sie von Beginn des Entwurfsprozesses an eng mit Ihrem Hersteller zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass Ihr Entwurf für die Fertigung optimiert ist. Dazu gehört, dass Sie Faktoren wie das Herstellungsverfahren, die verwendeten Materialien und Geräte berücksichtigen und sicherstellen, dass Ihr Entwurf die Spezifikationen des Herstellers für Spezifikationen wie Leiterbahnbreiten, Bohrungsgrößen und Mindestabstände erfüllt. Sie sollten auch Aspekte wie das Gehäuse, Montage und Prüfungen berücksichtigen und sicherstellen, dass Ihr Entwurf für eine effiziente Produktion optimiert ist.

Eine der effektivsten Methoden zur DFM-Optimierung ist die Verwendung einer PCB-Design-Software, die ein DFM-Analysetools enthält. Mit diesen Tools können Sie potenzielle Probleme in Ihrem Design identifizieren, die sich auf die Herstellbarkeit auswirken können, und Vorschläge zur Optimierung des Designs für eine bessere Herstellbarkeit machen.

2. Ignorieren der Bedeutung von Masse- und Stromversorgungsebenen

Masse- und Stromversorgungsebenen sind entscheidende Komponenten eines PCB-Designs. Sie bieten einen niederohmigen Rückweg für Signale, reduzieren Rauschen und helfen, die Signalintegrität zu gewährleisten. Wird ihre Bedeutung nicht beachtet, kann dies zu Problemen mit der Signalintegrität, elektromagnetischen Störungen (EMI) und sogar zu Signalverlusten führen.

Um diesen Fehler zu vermeiden, sollten Sie der Platzierung und dem Routing Ihrer Masse- und Stromversorgungsebenen große Aufmerksamkeit widmen. Achten Sie darauf, dass Ihre Massefläche zusammenhängend und mit einem niederohmigen Rückkanal verbunden ist. Außerdem sollten Sie sicherstellen, dass Ihre Stromversorgungsebenen gut über die gesamte Leiterplatte verteilt sind und über ausreichende Entkopplungskondensatoren verfügen, um Störungen zu reduzieren.

Beim Entwurf von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten ist es wichtig, der Platzierung und dem Routing der Masse- und Stromversorgungsebenen besondere Aufmerksamkeit zu schenken, um Probleme wie Nebensignaleffekte und EMI zu vermeiden. Außerdem sollten Sie Simulationstools verwenden, um die Signalintegrität zu analysieren und potenzielle Probleme zu erkennen, bevor die Leiterplatte gefertigt wird.

3. Keine ausreichenden Abstände vorsehen

Abstände sind die Abstände zwischen Komponenten und anderen Kupferteilen auf der Leiterplatte. Werden keine ausreichenden Abstände eingehalten, kann dies zu Kurzschlüssen oder anderen elektrischen Problemen führen. Dieser Fehler wird besonders häufig von Anfängern begangen, die die Bedeutung der Abstände beim Leiterplattendesign nicht richtig einschätzen können.

Um diesen Fehler zu vermeiden, sollten Sie die Herstellerangaben zu den Mindestabständen prüfen und für ausreichende Abstände zwischen den Komponenten sorgen. Sie sollten auch Aspekte wie die Wärmeausdehnung und die mögliche Bewegung von Bauteilen während der Montage berücksichtigen und bei Bedarf zusätzliche Abstände vorsehen.

Neben den physischen Abständen ist es auch wichtig, Abstände im elektrischen Sinne zu berücksichtigen. Sie sollten sicherstellen, dass zwischen Hochspannungs- und Niederspannungskomponenten ein ausreichender Abstand vorhanden ist und dass Ihre Konstruktion alle behördlichen Anforderungen an die Abstände erfüllt.

4. Keine Berücksichtigung des Wärmemanagements

Das Wärmemanagement ist ein weiterer wichtiger Aspekt beim PCB-Design. Wird das Wärmemanagement nicht berücksichtigt, kann dies zu einem Wärmestau und schließlich zum Ausfall der Leiterplatte führen. Dieser Fehler ist besonders häufig bei Anwendungen mit hoher Leistung oder bei Designs mit Komponenten, die viel Wärme erzeugen.

Um diesen Fehler zu vermeiden, sollten Sie Wärmemanagementtechniken wie z.B. thermische Durchkontaktierungen, Kühlkörper und Kupferflächen in Ihr Design einbeziehen. Thermische Durchkontaktierungen sind kleine Löcher, durch die Wärme aus der Leiterplatte entweichen kann, während Kühlkörper Vorrichtungen sind, die Wärme absorbieren und von der Leiterplatte wegleiten. Kupferflächen können ebenfalls verwendet werden, um die Wärme über die gesamte Leiterplatte zu verteilen und lokale Hot Spots zu vermeiden.

Neben der Einbeziehung von Wärmemanagementtechniken in Ihr Design ist es auch wichtig, die Betriebsumgebung der Leiterplatte zu berücksichtigen. Wenn die Leiterplatte beispielsweise in einer Umgebung mit hohen Temperaturen betrieben wird, müssen Sie möglicherweise Komponenten mit einer höheren Temperaturklasse verwenden oder zusätzliche Wärmemanagementtechniken einbauen, um eine Überhitzung zu verhindern.

5. Keine ordnungsgemäße Prüfung und Validierung

Der letzte Fehler, den es beim Leiterplattenentwurf zu vermeiden gilt, ist das Unterlassen einer ordnungsgemäßen Prüfung und Validierung. Testen und Validieren sind wichtige Schritte im PCB-Designprozess, um sicherzustellen, dass das Design den erforderlichen Spezifikationen entspricht und die erwarteten Leistungen erbringt. Werden die Tests und die Validierung nicht ordnungsgemäß durchgeführt, kann dies zu Produktausfällen oder anderen Problemen führen.

Um diesen Fehler zu vermeiden, sollten Sie während des gesamten Designprozesses umfassende Tests und Validierungen durchführen, vom ersten Schaltplanentwurf bis zum endgültigen PCB-Layout. Dies kann Simulationen, Prototyping und Tests mit speziellen Geräten umfassen. Sie sollten auch eng mit Ihrem Hersteller zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass Ihr Entwurf dessen Test- und Validierungsanforderungen erfüllt und dass alle Probleme erkannt und behoben werden, bevor die Leiterplatte hergestellt wird.

Fazit

Das PCB-Design ist ein komplexer und anspruchsvoller Prozess, der eine sorgfältige Planung und Ausführung erfordert, um ein erfolgreiches Ergebnis zu gewährleisten. Wenn Sie diese 5 wichtigsten Fehler beim Leiterplattendesign vermeiden und bewährte Verfahren in Ihren Designprozess einbeziehen, können Sie die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Designs und eines hochwertigen, zuverlässigen Produkts erhöhen. Denken Sie immer an DFM, achten Sie auf Masse- und Stromversorgungsebenen, sorgen Sie für ausreichende Abstände, berücksichtigen Sie das Wärmemanagement und führen Sie während des gesamten Designprozesses ordnungsgemäße Tests und Validierungen durch. Mit diesen Tipps und Techniken können Sie ein Leiterplattendesign erstellen, das Ihren Spezifikationen entspricht und die erwartete Leistung erbringt.