Die Umsetzung Ihrer elektronischen Ideen beginnt mit dem PCB-Zeichnen. Dabei wird Ihr Schaltungsentwurf in ein Layout umgewandelt, das zur Erstellung realer Platinen verwendet werden kann. Ob Anfänger oder Fortgeschrittener – diese Anleitung führt Sie durch alle wichtigen Schritte beim PCB-Zeichnen.
Schritt 1: Beginnen Sie mit einem Schema
Das Zeichnen eines PCB-Layouts beginnt mit einem guten Schaltplan. Der Schaltplan ist ein Diagramm, das die elektrische Verdrahtung und Verbindung aller Komponenten Ihrer Schaltung veranschaulicht. Er kann auch als Layoutplan Ihrer PCB-Zeichnung interpretiert werden.
Verwenden Sie Software zur Schaltplanerfassung: Erstellen Sie Ihren Schaltplan zunächst mit PCB-Designsoftware wie Altium Designer, Eagle oder KiCad. Mit diesen Tools können Sie Ihre Schaltung skizzieren, die Komponenten platzieren und richtig verbinden.
Anschlüsse doppelt prüfen: Stellen Sie sicher, dass alle Anschlüsse in Ihrem Schaltplan korrekt sind. Fehler hier wirken sich auf Ihre Leiterplattenzeichnung aus und können zu einer nicht funktionierenden Platine führen.
Weiter lesen: Wie entwirft man einen PCB-Schaltplan?
Schritt 2: Definieren Sie den Platinenumriss
Sobald Ihr Schaltplan fertig ist, müssen Sie als Nächstes die Art der Begrenzung Ihrer Leiterplatte festlegen. In diesem Schritt müssen wir Größe und Form der Platine bestimmen.
Brettmaße festlegen: Definieren Sie die Form und die Größe Ihrer Leiterplatte entsprechend dem Platz, der normalerweise im Endprodukt verfügbar ist. Verwenden Sie nun in Ihrer Designsoftware die mechanische Ebene und skizzieren Sie den Platinenumriss.
Montage und Gehäuse berücksichtigen: Berücksichtigen Sie auch Durchgangslöcher für Abstandshalter und Anschlüsse sowie weitere Funktionen, die im Gehäuse untergebracht werden sollen. Der Platinenumriss sollte all diese Funktionen berücksichtigen, um einige dieser Herausforderungen bei der Konstruktion zu vermeiden.
Bild aus Altium
Schritt 3: Platzieren Sie die Komponenten
Nachdem der Platinenumriss festgelegt ist, ist es an der Zeit, die Bauteile auf der Leiterplatte zu platzieren. Dieser Schritt ist immer wichtig, da die Ausrichtung der Bauteile die Funktionalität und Herstellbarkeit der Platine maßgeblich beeinflusst.
Komponenten aus dem Schaltplan importieren: Die meisten PCB-Designprogramme bieten die Möglichkeit, die Komponenten automatisch vom Schaltplan in das PCB-Layout zu übertragen. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Komponenten korrekt positioniert und beschriftet sind.
Strategische Platzierung: Platzieren Sie die Komponenten entsprechend dem Fluss der Schaltung, was ebenfalls entscheidend ist. Platzieren Sie beispielsweise Anschlüsse in der Nähe der Platinenränder und versuchen Sie, Leistungskomponenten nahe beieinander zu platzieren. Empfindliche Komponenten sollten Sie von rauschintensiven Bereichen fernhalten.
Routing optimieren: Organisieren Sie Komponenten so, dass kurze und einfache Pfade zwischen ihnen entstehen. Dies vermeidet Probleme wie Übersprechen und erhöht die Zuverlässigkeit der Signale.
Schritt 4: Verlegen der Spuren
Das Verlegen der Leiterbahnen ist ein kritischer Schritt beim Zeichnen von Leiterplatten. Dabei geht es um die Verbindung der einzelnen Teile Ihrer Leiterplatte mit Kupferleiterbahnen. Dieser Schritt muss sehr sorgfältig durchgeführt werden, da er die elektrische Leistung der Leiterplatte maßgeblich beeinflusst.
Strom- und Masseleitungen verlegen: Im Allgemeinen verlegen wir zuerst die Strom- und Masseleitungen. Für Leiterplatten, die hohe Ströme verarbeiten müssen, sind breitere Leitungen erforderlich.
Signalleiterbahnführung: Als Nächstes folgt die Verlegung der Signalleiterbahnen. Diese sollten so kurz und direkt wie möglich sein, um Widerstand und Induktivität zu reduzieren.
Vias richtig einsetzen: Manchmal müssen zwei oder mehr Lagen der Leiterplatte Leiterbahnen verbinden. Dies ist nur durch Vias möglich. Obwohl sie erforderlich sind, müssen sie richtig eingesetzt werden. Zu viele Vias können den Widerstand erhöhen und den Herstellungsprozess komplexer machen.
Designregeln einhalten: PCB-Designer müssen die Designregeln der Hersteller einhalten, die die Mindestbreite der Leiterbahnen, den Abstand zwischen ihnen und die Größe der Durchkontaktierungen umfassen können.
Schritt 5: Etiketten und Siebdruck hinzufügen
Auf der Siebdruckebene finden Sie den Text, die Symbole und die Beschriftungen, die Sie auf die Leiterplatten ätzen möchten. Diese Ebene liefert wichtige Daten für die Montage und die Fehlerbehebung. In diesem Schritt
Komponenten beschriften: Achten Sie darauf, die Referenzbezeichnung jeder Komponente auf der Leiterplatte zu drucken (egal wie klein der Text ist, er sollte klar und gut lesbar sein, z. B. R1, C1 usw.). Dies erleichtert die Montage der Teile, da man die jeweilige Beschriftung des Teils sieht und weiß, wo es hingehört.
Polaritätsmarkierungen hinzufügen: Fügen Sie bei Komponenten wie Dioden, Kondensatoren und LEDs Polaritätszeichen hinzu, die die richtige Seite einer Komponente anzeigen.
Hinweis: Halten Sie Siebdruckmarkierungen von Pads und Spuren fern, um zu verhindern, dass sie durch Lötzinn bedeckt werden oder Störungen verursachen.
Schritt 6: Durchführen einer Design Rule Check (DRC)
Bevor Sie Ihre Leiterplattenzeichnung fertigstellen, führen Sie den Design Rule Check (DRC) in Ihrem PCB-Design-Tool durch. Der DRC prüft Ihr Layout anhand der Fertigungsanforderungen und zeigt an, wo sich Leiterbahnen überlagern, wo die Abstände unzureichend sind oder wo Pins nicht angeschlossen sind.
Führen Sie zusätzlich zur automatisierten Prüfung eine manuelle Inspektion durch, um festzustellen, ob Probleme übersehen wurden. Achten Sie besonders auf Bereiche wie Stromversorgung und Masseflächen.
Schritt 7: Gerber-Dateien generieren
Nachdem Sie Ihre PCB-Zeichnung fertig haben und gründlich auf Fehler überprüft haben, ist der nächste Schritt die Entwicklung Gerber-DateienGerber-Dateien werden in der Industrie als empfohlener Dateityp für die Leiterplattenproduktion verwendet. Sie enthalten alle Daten, die für die Erstellung von Kupferlagen-, Siebdruck-, Lötmasken- und Bohrdateien erforderlich sind.
Schichtspezifische Dateien: Erstellen Sie für jede Schicht Ihrer Leiterplatte eine Gerber-Datei: oberes und unteres Kupfer, Siebdruck, Lötmaske und Umriss.
Bohrdatei: Vergessen Sie wie immer nicht, eine Excellon-Bohrdatei zu erstellen, die zum Bohren der Löcher für Durchkontaktierungen, Pads und Montageorte verwendet wird.
Überprüfung vor dem Senden: Wenn Sie Ihre Arbeit abgeschlossen haben und bevor Sie die Dateien an Ihren Hersteller weiterleiten, müssen Sie alle Dateien in einem Gerber-Viewer überprüfen, um festzustellen, ob Sie das gewünschte Ergebnis erzielt haben.
Häufig gestellte Fragen zum PCB-Zeichnen
Welche Software sollte ich zum Zeichnen einer Leiterplatte verwenden?
Zu den beliebtesten PCB-Design-Programmen gehören Altium Designer, Eagle und KiCad, die jeweils unterschiedliche Funktionen bieten. KiCad ist beispielsweise kostenlos und benutzerfreundlich, während Altium Designer von Profis aufgrund seiner erweiterten Funktionen bevorzugt wird.
Um Ihnen bei der Auswahl einer geeigneten PCB-Designsoftware zu helfen, lesen Sie: 8 führende PCB-Design-Software: Ein umfassender Vergleich.
Wie bestimme ich beim Zeichnen einer Leiterplatte die richtige Leiterbahnbreite für meine Leiterplatte?
Dies hängt vom Strom ab, den die Leiterbahnen führen müssen, und vom zulässigen Spannungsabfall. Zur Ermittlung der geeigneten Leiterbahnbreite können Sie auch Online-Rechner verwenden.
Wie kann ich sicherstellen, dass mein PCB-Design herstellbar ist?
Stellen Sie die Herstellbarkeit sicher, indem Sie die Regeln und Richtlinien des Herstellers einhalten, die Komponenten so anordnen und möglichst wenige Durchkontaktierungen verwenden. Erstellen Sie außerdem einen Prototyp Ihres Designs, um eventuelle Fehler zu identifizieren.
Wie vermeide ich Probleme mit der Signalintegrität in meiner PCB-Zeichnung?
Um Probleme mit der Signalintegrität zu minimieren, sollten PCB-Designer die Leiterbahnen so kurz wie möglich halten und scharfe Kanten im Leiterbahnverlauf vermeiden. Gleichzeitig ist der richtige Einsatz von Erdungstechniken wichtig. Bei Hochgeschwindigkeitssignalen sollten Sie den Einsatz von Masseflächen und Leiterbahnen mit kontrollierter Impedanz in Betracht ziehen.
Weiter lesen: Beherrschung der PCB-Signalintegrität: Schlüsselfaktoren, Designtipps und Testmethoden
Wie lässt sich die Stromversorgung in einem PCB-Design am besten verlegen?
Verwenden Sie für die Stromführung breitere Leiterbahnen oder Polygone, um höhere Ströme zu bewältigen. Bei mehrschichtigen Leiterplatten kann es sinnvoll sein, separate Stromversorgungsebenen für unterschiedliche Spannungen zu verwenden. Halten Sie die Stromleitungswege kurz und verwenden Sie Entkopplungskondensatoren in der Nähe der integrierten Schaltkreise.
