Entwerfen Sie Ihre nächste Leiterplatte (PCB) wie ein Profi

Avatar Richard Hammerl November 21, 2022

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Fusion 360 erleichtert den Übergang von der Elektronik zur Mechanik durch nahtlose ECAD/MCAD-Integration. Erfahren Sie, wie Sie Ihr Leiterplatte mit diesen Tipps für Routing, Komponentenplatzierung, Wärmeableitung und mehr entwerfen.

Leiterplatte

In der Entwicklung einer Leiterplatte steckt eine Menge Arbeit. Allerdings werden nicht alle Teile dieses Puzzles gleich behandelt. Sind Sie schuldig, dass Sie Ihrem Leiterplattenlayout nicht die Liebe geben, die es verdient? Wahrscheinlich investieren Sie viel Zeit in die Erstellung des perfekten Schaltplans oder die Auswahl der besten Bauteile. Aber wenn Sie all diese Daten und Theorien nicht in etwas umsetzen können, das in der realen Welt funktioniert, was nützt es dann? Bevor Sie sich selbst und Ihrem Hersteller mit einer Leiterplatte, die ein Albtraum ist, Kopfschmerzen bereiten, sollten Sie die folgenden Tipps befolgen, um Ihre nächste Leiterplatte wie ein Profi zu entwerfen.

Lassen Sie die Komponenten wie heiße Kohle Semmeln fallen

Bevor Sie eine dieser heißen Kupferleiterbahnen verlegen, müssen Ihre Bauteile ihren Platz finden. Dieser Prozess erfordert von einem PCB-Designer, dass er ein Meister des Puzzles wird, der sowohl den Hut eines Künstlers als auch den eines Wissenschaftlers trägt. Mit diesen Tipps lässt sich dieser Balanceakt leichter bewältigen:

Halten Sie Ihre Teile in der gleichen Richtung

Achten Sie darauf, dass alle Ihre Bauteile eines ähnlichen Typs in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. So kann der Lötprozess reibungslos ablaufen, wenn die Platine durch den Lötofen rollt. Wenn Sie Ihre Bauteile wahllos platzieren, dürfen Sie sich nicht wundern, wenn Sie einen Haufen nicht gelöteter Verbindungen auf Ihrer Platine haben. Das Ergebnis: Ihre Platine funktioniert einfach nicht.

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Gleiche Teile zusammen platzieren

Wenn Sie mit oberflächenmontierten (SMT) Bauteilen arbeiten wollen, müssen Sie diese alle auf der gleichen Seite der Platine platzieren. Durchkontaktierte Bauteile (TH) müssen alle auf der Oberseite der Platine platziert werden. Warum diese Vorgaben zur Platzierung?

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Immer einen Schritt voraus sein

Achten Sie bei der Platzierung Ihrer Bauteile immer darauf, wie lang Ihre Leiterbahnen sein müssen, um Ihre Pins miteinander zu verbinden. Indem Sie relevante Bauteile nebeneinander platzieren, können Sie Ihren Routing-Prozess viel einfacher und effizienter gestalten, indem Sie ähnliche Routing-Aufgaben in einem Bereich auf Ihrer Platine unterbringen.

Es wird heiß hier drinnen

Die Wärmeableitung ist für jedes elektronische Gerät ein Problem. Vor allem, wenn alle Ihre sehr aktiven Komponenten und Leiterbahnen eine Menge Wärme erzeugen. Da die Gehäuse immer kleiner und die Leiterplatten immer dichter gepackt werden, sollten Sie mit diesen Tipps die Wärme ableiten:

Verwenden Sie zusätzliches Kupfer

Wenn Sie eine gewisse Wärmeableitung auf Ihrer Leiterplatte planen, tun Sie sich selbst einen Gefallen und legen zusätzliches Kupfer um Ihre oberflächenmontierten Pads. Dadurch erhalten Sie eine zusätzliche Oberfläche zur Wärmeableitung. In den Datenblättern Ihrer Bauteile finden Sie alle Informationen, die Sie benötigen, um die Oberfläche Ihres Pads als Kühlkörper zu nutzen.

Wärme mit Durchkontaktierungen kanalisieren

Wussten Sie, dass Sie Durchkontaktierungen verwenden können, um Wärme von einer Seite Ihrer Leiterplatte auf die andere zu leiten? Das kann sehr nützlich sein, wenn Sie die Betriebstemperatur Ihrer Bauteile senken wollen, indem Sie etwas Wärme auf die andere Seite der Leiterplatte leiten.

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Halten Sie die heißen Teile getrennt

Viele Teile entwickeln eine beträchtliche Wärme, darunter Brückengleichrichter, Dioden, MOSFETs, Induktoren und Widerstände. Sie sollten diese Komponenten von anderen wärmeempfindlichen Teilen wie Thermoelementen und Elektrolytkondensatoren fernhalten. Wenn diese Kondensatoren zu heiß werden, verlieren sie ihre Fähigkeit, eine Ladung zu halten.

Integrieren Sie es einfach

Integrierte Schaltungen (ICs) bieten eine Fülle von fortschrittlichen Funktionen in einem kleinen, kompakten Gehäuse. Aber sie bringen auch eine Reihe von Herausforderungen mit sich, denn einige haben Hunderte von Pins, die alle verlegt werden müssen. Hier sind einige Tipps, die Ihnen die Platzierung und das Routing von ICs erleichtern:

Geben Sie ihnen etwas Platz

ICs mit vielen Pins, oder überhaupt alle ICs, brauchen viel Platz zwischen anderen ICs auf der Platine, damit sie leicht zu routen sind. Viele Anfänger machen den Fehler, ihre ICs zu dicht aneinander zu packen, so dass wenig bis gar kein Platz zum Routen aller benötigten Pins bleibt. Als allgemeine Richtlinie sollten Sie einen Abstand von 0,350″ – 0,500″ zwischen den einzelnen ICs einplanen, bei größeren Bauteilen sogar noch mehr Platz.

Halten Sie sie in einer Linie

Um Ihre ICs zu organisieren und zu ordnen, sollten Sie sie in einer Auf-/Ab- oder Links-/Rechts-Ausrichtung anordnen. Auf diese Weise können Sie den ersten Pin jeder ICs in der gleichen Richtung ausrichten, was Ihnen die Arbeit beim Routing und bei der Designprüfung sehr erleichtert.

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Strom mit gemeinsamen Schienen

Um Ihre ICs ordnungsgemäß mit Strom zu versorgen, empfehlen wir die Verwendung gemeinsamer Schienen für jede Versorgung. Achten Sie außerdem darauf, solide und breite Leiterbahnen zu verwenden, damit der Strom problemlos zu Ihren energiehungrigen ICs fließen kann, und vermeiden Sie die Verkettung von Stromleitungen zwischen Bauteilen, um Spannungsabfallprobleme zu vermeiden.

Leiterplatte – Routenplanung wie ein Boss

Signalleitungen sind der beste Weg, um alle Komponenten auf Ihrem PCB-Layout zu verbinden. Und wenn Sie wie jeder andere Ingenieur sind, bietet das Verlegen von Leiterbahnen auch eine gute Gelegenheit für ein wenig organisierte Kunstfertigkeit. Bevor Sie sich an das Routing Ihres PCB-Layouts machen, sollten Sie diese Tipps beachten:

Nehmen Sie die Schärfe aus den Winkeln

Vermeiden Sie scharfe 90°-Winkel in Ihren Signalbahnen. Dadurch wird es sehr schwierig, die Breite Ihrer Leiterbahnen gleichmäßig zu halten, vor allem, wenn sie schmaler werden. Entscheiden Sie sich stattdessen für 45°-Biegungen, um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten.

Leiterplatte

Berechnen Sie die Leiterbahnbreiten

Bevor Sie Ihre Leiterbahnen verlegen, sollten Sie unbedingt einen Leiterbahnbreiten-Rechner verwenden (danke, Advanced Circuits). Mit diesem Rechner können Sie leicht ermitteln, wie dick und breit alle Ihre Leiterbahnen sein müssen, je nach Ihren spezifischen Designanforderungen. Und wenn Sie am Ende mehr Platz auf Ihrer Platine haben, verwenden Sie einfach breitere Leiterbahnen, denn das kostet Sie nichts extra beim Hersteller.

Denken Sie daran, wohin Ihre Wärme geht

Wenn Sie eine mehrlagige Leiterplatte entwerfen wollen, sollten Sie daran denken, dass alle Leiterbahnen auf den äußeren Lagen viel besser gekühlt werden können als die Leiterbahnen auf den inneren Lagen. Die internen Leiterbahnen haben einen viel weiteren Weg durch die Kupferschichten und andere Materialien zurückzulegen, bevor sie ihre Wärme abstrahlen können, also platzieren Sie sie möglichst oben und unten.

Einschalten, ausschalten

Wenn Sie alle Signalleitungen verlegt haben, müssen Sie sich noch darum kümmern, dass alles mit Strom versorgt wird, und zwar mit Strom- und Masseleitungen. Diese Stromschienen liefern den Strom, den Sie benötigen, um die gesamte Leiterplatte mit Strom zu versorgen, und können mit diesen Tipps ganz einfach hergestellt werden:

Die Strombelastbarkeit ist wichtig

Leiterbahnen, die viel Strom führen, müssen breiter sein als Ihre Standard-Signalleiterbahnen, um die größere Last aufnehmen zu können. Hier finden Sie einige Werte, die Ihnen einen Anhaltspunkt geben, wie breit Ihre Leiterbahnen für bestimmte Ströme sein sollten:

Leiterbahnbreite und Ströme Referenz:

Halten Sie den Lärm fern

Achten Sie bei der Verlegung von verrauschten Leiterbahnen darauf, dass diese so weit wie möglich von Signalen entfernt sind, die Ruhe benötigen. Sie können auch eine Massefläche direkt unter verrauschte Signalbahnen legen, um die Impedanz für Hochgeschwindigkeitsdesigns zu senken.

Houston, wir haben den Start

Wenn Ihr Leiterplattenlayout vollständig entworfen ist, können Sie zu einem noch wichtigeren Schritt übergehen – der Entwurfsprüfung! In dieser Phase müssen Sie sicherstellen, dass die Verlegung aller Leiterbahnen richtig abgeschlossen ist. Gehen Sie dazu Ihren Schaltplan Draht für Draht durch und vergleichen Sie ihn mit dem Verlauf der Leiterbahnen auf Ihrem PCB-Layout. Sieht alles gut aus? Dann ist es Zeit für die Fertigung.

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Elektrotechnik

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