Das Leiterplattendesign basiert auf dem Schaltplan und implementiert die vom Schaltungsentwickler benötigten Funktionen. Das Leiterplattendesign, auch Layoutdesign genannt, berücksichtigt verschiedene Faktoren wie das Layout externer Anschlüsse, das Layout interner elektronischer Komponenten, das Layout von Metallverdrahtungen und Vias, den elektromagnetischen Schutz usw. Gute PCB-Layout-Design Sie können Produktionskosten sparen und die Leistung von Leiterplatten verbessern. Schlechte Leiterplattendesigns können hingegen zu eingeschränkter Funktionalität und sogar zum Ausfall ganzer Leiterplatten führen. Daher ist es wichtig, dass Ihre Leiterplatten gut designt sind. Hier erklären wir die wichtigsten Schritte des PCB-Designprozesses und einige Faktoren, die vor dem Design berücksichtigt werden sollten.
PCB-Design- Prozess
- Konzept-Erstellung
Im ersten Schritt müssen wir den Zweck des PCB-Designs festlegen, den wir als konzeptionelles Design der Platine bezeichnen. In dieser Phase müssen wir die Funktionen und Eigenschaften der Leiterplatte, die Verbindungen zu anderen Schaltkreisen, die ungefähre Größe und den Einsatzort im Endprodukt definieren. Außerdem müssen wir die Betriebsumgebung, einschließlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw., berücksichtigen.
- Schaltplan zeichnen
Sobald das endgültige Konzeptdesign feststeht, geht es weiter mit der Erstellung des Schaltplans. Der Schaltplan enthält alle Informationen, die für die ordnungsgemäße Funktion der elektrischen Komponenten der Leiterplatte erforderlich sind, einschließlich Bauteilbezeichnungen, Werten, Nennwerten usw. Gleichzeitig sollten Sie eine Stückliste (BOM) erstellen, die detaillierte Informationen wie Teilenummer, Referenzbezeichnung, Beschreibung, Menge, Gehäuse usw. enthält. Halten Sie diese beiden Dokumente bei jeder Änderung des Leiterplattendesigns auf dem neuesten Stand.
- Erstellen Sie ein Blockdiagramm auf Board-Ebene
Im dritten Schritt erstellen wir ein Blockdiagramm auf Platinenebene. Dabei handelt es sich um eine Zeichnung, die die genauen Abmessungen der Leiterplatten beschreibt. Jeder Bereich im Diagramm sollte klar als Blöcke, Komponenten und Einschränkungen gekennzeichnet sein.
- Bestimmen Sie die Komponentenplatzierung
In dieser Phase entscheiden wir, wo jedes Bauteil auf der Platine platziert wird. Während dieses Prozesses durchlaufen Sie möglicherweise mehrere Arbeitsschritte, bis Sie die endgültige Entscheidung treffen, was ganz normal ist. Denn wir müssen sicherstellen, dass jedes Bauteil genau an der richtigen Stelle platziert wird, um die Qualität und Leistung der Leiterplatte zu maximieren.
- Festlegen der Schaltungsführung
Da die Position jeder Komponente bestätigt ist, müssen wir nun die Schaltungsführung festlegen, um die Schaltungsführung und die Schaltungsführungspriorität der Schaltung zu bestimmen.
- Testen
Im letzten Schritt führen wir eine Reihe von Tests durch, um sicherzustellen, dass das Design alle unsere Anforderungen erfüllt. Wenn das Design erfolgreich getestet wurde, können wir mit dem Herstellungsprozess beginnen. Andernfalls müssen wir Anpassungen basierend auf dem ursprünglichen PCB-Design vornehmen.
Überlegungen zum PCB-Design
Board-Einschränkungen
Beim Design einer Leiterplatte müssen die Einschränkungen der Leiterplatte, einschließlich Größe und Form, berücksichtigt werden. Zunächst muss sichergestellt werden, dass für die Schaltung ausreichend Platz zur Verfügung steht. Die Größe einer Leiterplatte wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise der Größe und Funktionalität des Endprodukts. Mit dem technologischen Fortschritt und den veränderten Verbraucheranforderungen werden elektronische Produkte immer kleiner und vielseitiger, was sich ebenfalls stark auf das PCB-Design auswirkt. Daher ist es wichtig, die Größe der Leiterplatte vor Beginn des Designs abzuschätzen. Bei Platzmangel kann ein mehrlagiges oder High-Density-Interconnect-Design (HDI) erforderlich sein, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. In der Regel wird die Leiterplatte rechteckig entworfen. Für einige Produkte mit unregelmäßigen Formen muss jedoch auch eine spezielle Form verwendet werden, was jedoch die Kosten erhöht. Gleichzeitig muss die Anzahl der Lagen bereits frühzeitig im PCB-Design berücksichtigt werden. Mehrlagige Leiterplatten erhöhen zwar die Kosten, ermöglichen aber die Entwicklung einer Leiterplatte mit erweiterten Funktionen.
Herstellungsprozess
Bevor wir mit dem PCB-Design beginnen, müssen wir den Herstellungsprozess der Leiterplatte berücksichtigen, da verschiedene Prozesse unterschiedliche Einschränkungen und Beschränkungen mit sich bringen. Referenzbohrungen, die mit dem Herstellungsprozess auf der Leiterplatte kompatibel sind, sind erforderlich, und wir sollten die Bauteile außerhalb der Leiterplattenbohrungen platzieren. Andererseits müssen wir die Rohstoffe für die Leiterplattenherstellung und die Montagemethode berücksichtigen. Beispielsweise ist in manchen Fällen die gleichzeitige Verwendung von bedrahteten und oberflächenmontierten Bauteilen erforderlich. Darüber hinaus ist die Kommunikation mit dem Hersteller erforderlich, um sicherzustellen, dass dieser die benötigte Leiterplatte produzieren kann.
Überlegungen zu Komponenten und Materialien
Bevor wir mit dem PCB-Design beginnen, sollten wir die für die Platine verwendeten Materialien und Komponenten festlegen. Das Design kann sich je nach Material und Komponenten ändern, und die Auswahl der geeigneten Materialien und Komponenten für die Platine nimmt einige Zeit in Anspruch. Zunächst müssen wir deren Verfügbarkeit prüfen, da manche Materialien und Komponenten auf dem Markt schwer erhältlich sind. Gleichzeitig sollten wir sicherstellen, dass die gewünschten Artikel im Rahmen des Budgets erhältlich sind. Schließlich müssen wir sicherstellen, dass unsere Designs die Stärken dieser Materialien und Komponenten optimal nutzen.
Reihenfolge der Komponentenplatzierung
Es bezieht sich auf den Prozess, der die Reihenfolge der Komponenten auf der Platine bestimmt. Wir empfehlen, zuerst Steckverbinder und Stromkreise hinzuzufügen, gefolgt von Präzisionsschaltungen, kritischen Schaltungen und schließlich anderen Elementen. Dabei müssen Routing- und Generierungsmöglichkeiten, Störempfindlichkeit, Routing-Priorität und Leistungspegel berücksichtigt werden. Eine falsche Reihenfolge der Komponenten kann zu Konflikten zwischen Leiterbahnen oder Komponenten führen, und wir müssen von vorne beginnen.
Platzierungsort
Die Platzierung der Komponenten beeinflusst die Leistung der Leiterplatte und kann manchmal über Erfolg oder Misserfolg des Endprodukts entscheiden. Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, empfehlen wir, die Komponenten nicht zu nah beieinander zu platzieren, da dies viele negative Auswirkungen hat. Erstens behindert dies die Automatisierung der Komponentenplatzierung, was zu langsamen Tests führt. Maschine oder Ingenieur müssen beim Platzieren und Testen der Platine besonders vorsichtig sein, wenn die Komponenten zu nah beieinander platziert sind. Zweitens erhöht sich der Zeitaufwand in der Fertigungsphase, da die Ingenieure langsam und sorgfältig arbeiten müssen. Es wird empfohlen, mindestens 100 mils Abstand zwischen dem Bauteil und dem Rand der Leiterplatte einzuhalten.
Orientierung und Organisation
Beim Entwurf der Leiterplatte sollten wir darauf achten, dass alle elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. Dies kann dazu beitragen, die Fertigungs- und Montageeffizienz zu verbessern, indem jegliche Verwirrung, insbesondere beim Lötvorgang, vermieden wird.
So reduzieren Sie PCB-Designrisiken
Wenn wir das mögliche Risiko vorhersehen können, gelingt das Leiterplattendesign leichter. Der Schlüssel zum Erreichen des Ziels ist die Signalintegrität im PCB-Design. Lassen Sie uns gemeinsam die relevanten Inhalte herausfinden.
Für das Design elektronischer Systeme haben Chiphersteller bereits viele Produktlösungen entwickelt, darunter die Wahl des richtigen Chips, der Aufbau externer Schaltkreise usw. Hardware-Ingenieure müssen sich oft nicht mit dem Schaltungsprinzip befassen, sondern lediglich die Leiterplatten selbst herstellen. Beim PCB-Design können jedoch Probleme auftreten, beispielsweise eine instabile Konstruktion oder nicht funktionierende Leiterplatten. Große Unternehmen bieten oft technischen Support für das PCB-Design an. Kleine und mittlere Unternehmen hingegen haben Schwierigkeiten, diese Unterstützung zu erhalten. Die Herstellung eines Leiterplattenprototyps kann zeitaufwändig sein oder die Fehlersuche kann sehr zeitaufwändig sein. All dies lässt sich vermeiden, wenn man die Methoden des Systemdesigns versteht. Im Folgenden finden Sie drei Fähigkeiten, um das PCB-Designrisiko zu reduzieren:
- Zunächst müssen wir die Signalintegrität in der Layoutplanung berücksichtigen. Gehen wir folgendermaßen vor: Wird das Signal von einer Leiterplatte zur anderen ordnungsgemäß empfangen? Dies muss frühzeitig beurteilt werden. Dies ist nicht schwierig, wenn wir uns mit der Signalintegrität auskennen und die einfache Bedienung der Software kennen.
- Zweitens: Während des PCB-Designprozesses wird mithilfe der Simulationssoftware die spezifische Ausrichtung bewertet, um festzustellen, ob die Signalqualität den Anforderungen entspricht. Der Simulationsprozess ist nicht allzu komplex. Entscheidend ist, das Prinzip der Signalintegrität zu verstehen und sich davon leiten zu lassen.
- Drittens müssen wir die Risiken beim PCB-Design gut kontrollieren. Viele Probleme lassen sich nicht mit Simulationssoftware lösen und müssen vom PCB-Designer kontrolliert werden. Wenn wir die PCB-Design-Tipps gut beherrschen, reduziert sich das Fehlerrisiko. Die Herstellung von Leiterplatten entfällt, was Kosten und Zeit spart. Auch die Fehlerbehebung ist relativ einfach.
Effizient PCB-Design durch Verwendung CAD
Verwenden von Advanced Computergestütztes Design (CAD) Softwaresysteme helfen PCB-Designern, viele Layoutprobleme zu vermeiden und Leiterplatten besser zu erstellen. Nachfolgend sind einige Vorteile von CAD aufgeführt:
Halbautomatische Designprozesse: CAD-Programme ermöglichen die Gestaltung der Leiterplatte durch Ziehen und Ablegen von Komponenten an die gewünschte Stelle. Einige CAD-Systeme unterstützen uns sogar bei der Erstellung der Leiterbahnen, wodurch wir Komponenten nach Bedarf verschieben, hinzufügen, entfernen oder umleiten können. Kurz gesagt: Mit CAD-Systemen können wir die Leiterplatte hocheffizient und präzise entwerfen.
Designvalidierung: Mit einem CAD-System lässt sich die Gültigkeit unseres PCB-Designs anhand von Toleranzen, Kompatibilität, Bauteilplatzierung usw. überprüfen. Einige Systeme können Fehler sogar in Echtzeit erkennen und so negative Auswirkungen minimieren und eliminieren, bevor wir mit der Fertigung beginnen.
Dateigenerierung: CAD-Systeme können uns dabei helfen, Gerber-Dateien und andere für die Fertigung benötigte Dateiformate zu generieren, und diese von CAD-Software generierten Dateien zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit aus.
Regel- und Vorlagenerstellung: Wir können mithilfe von CAD-Programmen benutzerdefinierte Regelsätze erstellen, speichern und mit Designern teilen, um die Funktionalität der Software zu verbessern. Darüber hinaus können wir Vorlagen erstellen, die zukünftige PCB-Designs deutlich vereinfachen.
Das Entwerfen einer guten Leiterplatte erfordert viel Fachwissen und Erfahrung, was keine leichte Aufgabe ist. Wenn Ihnen das Fachwissen im PCB-Design fehlt, ist es daher besser, einen Fachmann damit zu beauftragen. MOKO ist Ihre erste Wahl. Bei MOKO Technology verfügt das PCB-Designteam mit rund 16 Jahren Erfahrung über umfassende Kenntnisse im PCB-Design. Unsere Designer nutzen CAD-Systeme, um einfache bis komplexe Leiterplatten effizient und präzise zu entwerfen. Darüber hinaus bieten wir umfassende Dienstleistungen vom PCB-Design bis hin zur Produktion und Montage. Wir verfügen über Zertifizierungen wie ISO9001:2015, ISO14001, ISO13485, ROHS, BSCI, UL usw., um sicherzustellen, dass wir unseren Kunden stets hochwertige Leiterplatten und den besten Service bieten können.
