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Layout-Richtlinien

Grundregeln für ein perfektes Leiterplattenlayout

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Angesichts der umfangreichen Informationen und Details sowie der zahlreichen DRC-/DFM-Regeln, die beim Leiterplattenlayout zu berücksichtigen sind, wäre es ein schwieriges, wenn nicht unmögliches Unterfangen, einen Leitfaden erstellen zu wollen, der auf eine Seite passt. Um unseren bestehenden und potenziellen Kunden im Labyrinth der Leiterplatten einen roten Faden an die Hand zu geben, konzentrieren wir uns in diesem Dokument daher auf die wichtigsten Grundregeln.

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  • 1. Schematische Darstellung

    Der erste Schritt ist die schematische Darstellung. Der beauftragte Ingenieur muss ein eindeutiges und sachdienliches Schema vorlegen und dem Layouter für Fragen zur Verfügung stehen. Folgendes sollte für die schematische Darstellung berücksichtigt werden:

    • Den Signal-Stromlaufplan konsistent halten (Signal-Eingang/Signal-Ausgang).Wird bei der Anordnung der Stromlaufplan berücksichtigt, ist auch das Erstellen des Designs für die Strompfade bzw. Rückstrompfade einfacher. Bei Nichtbeachtung des Stromlaufplans könnten Probleme auftreten.
    • Bauteile, die zusammengehören, nahe beieinander anordnen.Bei hierarchischen Designstrukturen sollte die Verteilung der Bauteile auf verschiedene Lagen vermieden werden (vor allem Bauteile mit vielen Pins). Sollte dies unvermeidbar sein, sollten auf jeder Lage die jeweils anderen Bauteile zusammengelegt werden, insbesondere Batterieund Filterkondensatoren usw. Viele Filterkondensatoren auf einer Lage erschweren die einwandfreie Anordnung erheblich. Unterschiedliche Kapazitätswerte bei gleichen Footprints stellen eine große Herausforderung an die Anordnung dar. Diese Informationen sollten dem Layouter mitgeteilt werden.
    • Text hinzufügen. Dieser erscheint nicht in der Netzliste und stellt keine von den Erfassungs-/Layouttools übermittelte Einschränkung dar. Wichtige Informationen sollten jedoch festgehalten und anschließend bei der Designprüfung überprüft werden.
    • Beim Erstellen des Schemas auf Verständlichkeit achten. Der beauftragte Layouter sollte die verwendete Sprache und Anordnung auch ohne Sie verstehen können.
  • 2.Footprints

    • Möglichst zuverlässige Bauformen verwenden. Je nach Verfügbarkeit sollte die Bauform 0402 der Bauform 0201 vorgezogen werden. Auch sollten eher BGAs als QFNs verwendet werden. Die Zuverlässigkeit und Robustheit des Designs hängen direkt davon ab.
    • In der schematischen Darstellung eindeutige Bauformen für die einzelnen Teile wählen, auch wenn verschiedene Optionen bestehen.
    • Anhand der Teilebestellnummern eine genehmigte Bibliothek pflegen.Dadurch erscheint ein Footprint gemäß JEDEC ggf. ein Dutzend mal in der Bibliothek, aber Sie können sichergehen, den richtigen am Bildschirm zu sehen. Die Verwendung von generischen Footprints kann zu Geometrieproblemen oder der Auswahl eines falschen Footprints führen. Und Speicherplatz ist bekanntlich heute nahezu kostenlos.
    • Moderne Tools für die Erstellung des Footprints einsetzen.Die Norm IPC-7351 sollte unbedingt eingehalten werden.
  • 3. Zeichnungen für die mechanische Kontrolle

    • Zwei Zeichnungen für die mechanische Kontrolle erstellen. Diese Zeichnungen sind äußerst wichtig. Die Fertigung einer Leiterplatte umfasst viele verschiedene Prozesse. Der Hersteller, der die unbestückte Leiterplatte in seinem Werk produziert, benötigt dafür die Abmessungen, nicht das Layout.Wenn Sie z. B. alle Anweisungen für das Layout (Anordnung von Bohrungen, Höhenbegrenzungen für Bauteile, Anbringung von Etiketten usw.) auf einer einzigen Zeichnung zusammenstellen, wird es für den Leiterplattenhersteller schwierig, bei der Programmierung und Qualitätssicherung zu gewährleisten, dass alle wichtigen Abmessungen Ihrer Leiterplatte eingehalten und überprüft wurden.Daher sollten die Angaben für die Fertigung der Leiterplatte an sich und die Angaben für das Layout getrennt voneinander aufgeführt werden.
  • 4. Bauteilliste BOM (Bill of Materials)

    • Oftmals kommt es vor, dass der Layouter aufgrund der Designdichte zwischen zwei Übeln wählen muss. Ein vorausschauender Schaltplandesigner stellt sicher, dass Bauteile für die Bestückung wie Pull-upoder Pull-down-Widerstände sowie unkritische Bauteile für die Leiterbahnen als solche erkennbar sind.Daher sollten die Bauteile, die für das Layout vorgesehen sind, in der Bauteilliste, aber nicht im Layout erscheinen.
  • 5. Absprache mit Lieferantenpartnern

    • Beim Design einer Leiterplatte sollten alle bestehenden Partner von Anfang an einbezogen und ihnen die erforderlichen Informationen übermittelt werden. Bitten Sie sie möglichst früh in der Designphase um Mitwirkung am Design eines Stack-up.Fragen Sie sie nach der Verfügbarkeit des Materials, das Sie für Ihr Design benötigen, um bei der Bestellung lange Lieferzeiten zu vermeiden. Bitten Sie Ihre Partner, anhand des von ihnen verwendeten Materials die Impedanzen für die wichtigen Leiterbahnen zu überprüfen und für Sie zu berechnen. Erörtern Sie verschiedene Materialoptionen mit ihnen. Schließlich kann es sein, dass keine teuren Materialien erforderlich sind. Sind sie in der Lage, eine Leiterplatte in Hybridtechnik zu entwerfen? Kann die Leiterplattendicke angesichts der geometrischen Auflagen für die Impedanz eingehalten werden? Je eher Sie über diese Informationen verfügen, desto übersichtlicher wird Ihr Layout. Auch wird hierdurch der symmetrische Aufbau vereinfacht und können Sie klären, ob die gewünschten Toleranzen eingehalten werden können.
  • 6. Berücksichtigung der Anforderungen des EMS-Partners

    • Halten Sie sich an die Vorgaben Ihres EMS-Partners. So kann er Sie besser bedienen und hat zudem weniger Probleme bei der Montage. Dies sorgt sowohl für geringere Montagekosten als auch für ein verlässlicheres Produkt, das den vorgegebenen Standards entspricht. Ordnen Sie die Bauteile gemäß seinen Empfehlungen auf der Leiterplatte an (Abstandszonen um die Bauteile für die Bestückung, Abstände zwischen den Bauteilen für unterschiedliche Prozesse wie SMT, Press-Fit und Wellenlöten usw. beachten).
  • 7. Verwendung dicker Leiterbahnen

    • Auch wenn Ihnen Ihre Lieferanten erklären, dass Leiterbahnen und Abstände von 3 mil realisierbar sind, sollten Sie daran denken, dass dies aufgrund der geringeren Produktionsleistung mit höheren Kosten verbunden ist. Wählen Sie wenn möglich Leiterbahnen und Abstände von 5–6 mil und reduzieren Sie den Wert geringfügig, falls es nicht anders geht.
  • 8. Kupfer

    • Kupfer sollte nicht unüberlegt entfernt werden.Planen Sie möglichst viel Kupfer für Ihr Design und vermeiden Sie es, große Kupferflächen zu ätzen. Andernfalls sollten Sie es Ihren Lieferanten ermöglichen, für ein ausgeglichenes Layout Kupfer-Dummy-Pads hinzuzufügen, wenn Sie diesen Schritt selbst nicht durchführen können. Bei Lagen mit unausgeglichenem Kupfergehalt sind zwischen benachbarten Lagen mit geringen dielektrischen Abständen Kurzschlüsse vorprogrammiert.
  • 9. Nutzendesign

    • Ein guter Designer fügt außerdem ein Nutzendesign für die einwandfreie Montage hinzu, ein noch besserer Designer berücksichtigt sogar die Nutzentrennung unter Angabe der erforderlichen Mittel.Der perfekte Designer denkt an beides und bespricht sich mit seinem Leiterplattenlieferanten, um für den Entwurf des Step und Repeat die richtige Menge Rohmaterial zu möglichst geringen Kosten zu erhalten. Überprüfen Sie die vom Lieferanten verwendeten Nutzenabmessungen.
  • 10. Daran sollten Sie denken

    • Ihre Lieferantenpartner sind Teil Ihres Teams. Durch eine gute Zusammenarbeit mit ihnen erzielen Sie bessere Ergebnisse.
  • 1. Schematische Darstellung

    Der erste Schritt ist die schematische Darstellung. Der beauftragte Ingenieur muss ein eindeutiges und sachdienliches Schema vorlegen und dem Layouter für Fragen zur Verfügung stehen. Folgendes sollte für die schematische Darstellung berücksichtigt werden:

    • Den Signal-Stromlaufplan konsistent halten (Signal-Eingang/Signal-Ausgang).Wird bei der Anordnung der Stromlaufplan berücksichtigt, ist auch das Erstellen des Designs für die Strompfade bzw. Rückstrompfade einfacher. Bei Nichtbeachtung des Stromlaufplans könnten Probleme auftreten.
    • Bauteile, die zusammengehören, nahe beieinander anordnen.Bei hierarchischen Designstrukturen sollte die Verteilung der Bauteile auf verschiedene Lagen vermieden werden (vor allem Bauteile mit vielen Pins). Sollte dies unvermeidbar sein, sollten auf jeder Lage die jeweils anderen Bauteile zusammengelegt werden, insbesondere Batterieund Filterkondensatoren usw. Viele Filterkondensatoren auf einer Lage erschweren die einwandfreie Anordnung erheblich. Unterschiedliche Kapazitätswerte bei gleichen Footprints stellen eine große Herausforderung an die Anordnung dar. Diese Informationen sollten dem Layouter mitgeteilt werden.
    • Text hinzufügen. Dieser erscheint nicht in der Netzliste und stellt keine von den Erfassungs-/Layouttools übermittelte Einschränkung dar. Wichtige Informationen sollten jedoch festgehalten und anschließend bei der Designprüfung überprüft werden.
    • Beim Erstellen des Schemas auf Verständlichkeit achten. Der beauftragte Layouter sollte die verwendete Sprache und Anordnung auch ohne Sie verstehen können.
  • 2.Footprints

    • Möglichst zuverlässige Bauformen verwenden. Je nach Verfügbarkeit sollte die Bauform 0402 der Bauform 0201 vorgezogen werden. Auch sollten eher BGAs als QFNs verwendet werden. Die Zuverlässigkeit und Robustheit des Designs hängen direkt davon ab.
    • In der schematischen Darstellung eindeutige Bauformen für die einzelnen Teile wählen, auch wenn verschiedene Optionen bestehen.
    • Anhand der Teilebestellnummern eine genehmigte Bibliothek pflegen.Dadurch erscheint ein Footprint gemäß JEDEC ggf. ein Dutzend mal in der Bibliothek, aber Sie können sichergehen, den richtigen am Bildschirm zu sehen. Die Verwendung von generischen Footprints kann zu Geometrieproblemen oder der Auswahl eines falschen Footprints führen. Und Speicherplatz ist bekanntlich heute nahezu kostenlos.
    • Moderne Tools für die Erstellung des Footprints einsetzen.Die Norm IPC-7351 sollte unbedingt eingehalten werden.
  • 3. Zeichnungen für die mechanische Kontrolle

    • Zwei Zeichnungen für die mechanische Kontrolle erstellen. Diese Zeichnungen sind äußerst wichtig. Die Fertigung einer Leiterplatte umfasst viele verschiedene Prozesse. Der Hersteller, der die unbestückte Leiterplatte in seinem Werk produziert, benötigt dafür die Abmessungen, nicht das Layout.Wenn Sie z. B. alle Anweisungen für das Layout (Anordnung von Bohrungen, Höhenbegrenzungen für Bauteile, Anbringung von Etiketten usw.) auf einer einzigen Zeichnung zusammenstellen, wird es für den Leiterplattenhersteller schwierig, bei der Programmierung und Qualitätssicherung zu gewährleisten, dass alle wichtigen Abmessungen Ihrer Leiterplatte eingehalten und überprüft wurden.Daher sollten die Angaben für die Fertigung der Leiterplatte an sich und die Angaben für das Layout getrennt voneinander aufgeführt werden.
  • 4. Bauteilliste BOM (Bill of Materials)

    • Oftmals kommt es vor, dass der Layouter aufgrund der Designdichte zwischen zwei Übeln wählen muss. Ein vorausschauender Schaltplandesigner stellt sicher, dass Bauteile für die Bestückung wie Pull-upoder Pull-down-Widerstände sowie unkritische Bauteile für die Leiterbahnen als solche erkennbar sind.Daher sollten die Bauteile, die für das Layout vorgesehen sind, in der Bauteilliste, aber nicht im Layout erscheinen.
  • 5. Absprache mit Lieferantenpartnern

    • Beim Design einer Leiterplatte sollten alle bestehenden Partner von Anfang an einbezogen und ihnen die erforderlichen Informationen übermittelt werden. Bitten Sie sie möglichst früh in der Designphase um Mitwirkung am Design eines Stack-up.Fragen Sie sie nach der Verfügbarkeit des Materials, das Sie für Ihr Design benötigen, um bei der Bestellung lange Lieferzeiten zu vermeiden. Bitten Sie Ihre Partner, anhand des von ihnen verwendeten Materials die Impedanzen für die wichtigen Leiterbahnen zu überprüfen und für Sie zu berechnen. Erörtern Sie verschiedene Materialoptionen mit ihnen. Schließlich kann es sein, dass keine teuren Materialien erforderlich sind. Sind sie in der Lage, eine Leiterplatte in Hybridtechnik zu entwerfen? Kann die Leiterplattendicke angesichts der geometrischen Auflagen für die Impedanz eingehalten werden? Je eher Sie über diese Informationen verfügen, desto übersichtlicher wird Ihr Layout. Auch wird hierdurch der symmetrische Aufbau vereinfacht und können Sie klären, ob die gewünschten Toleranzen eingehalten werden können.
  • 6. Berücksichtigung der Anforderungen des EMS-Partners

    • Halten Sie sich an die Vorgaben Ihres EMS-Partners. So kann er Sie besser bedienen und hat zudem weniger Probleme bei der Montage. Dies sorgt sowohl für geringere Montagekosten als auch für ein verlässlicheres Produkt, das den vorgegebenen Standards entspricht. Ordnen Sie die Bauteile gemäß seinen Empfehlungen auf der Leiterplatte an (Abstandszonen um die Bauteile für die Bestückung, Abstände zwischen den Bauteilen für unterschiedliche Prozesse wie SMT, Press-Fit und Wellenlöten usw. beachten).
  • 7. Verwendung dicker Leiterbahnen

    • Auch wenn Ihnen Ihre Lieferanten erklären, dass Leiterbahnen und Abstände von 3 mil realisierbar sind, sollten Sie daran denken, dass dies aufgrund der geringeren Produktionsleistung mit höheren Kosten verbunden ist. Wählen Sie wenn möglich Leiterbahnen und Abstände von 5–6 mil und reduzieren Sie den Wert geringfügig, falls es nicht anders geht.
  • 8. Kupfer

    • Kupfer sollte nicht unüberlegt entfernt werden.Planen Sie möglichst viel Kupfer für Ihr Design und vermeiden Sie es, große Kupferflächen zu ätzen. Andernfalls sollten Sie es Ihren Lieferanten ermöglichen, für ein ausgeglichenes Layout Kupfer-Dummy-Pads hinzuzufügen, wenn Sie diesen Schritt selbst nicht durchführen können. Bei Lagen mit unausgeglichenem Kupfergehalt sind zwischen benachbarten Lagen mit geringen dielektrischen Abständen Kurzschlüsse vorprogrammiert.
  • 9. Nutzendesign

    • Ein guter Designer fügt außerdem ein Nutzendesign für die einwandfreie Montage hinzu, ein noch besserer Designer berücksichtigt sogar die Nutzentrennung unter Angabe der erforderlichen Mittel.Der perfekte Designer denkt an beides und bespricht sich mit seinem Leiterplattenlieferanten, um für den Entwurf des Step und Repeat die richtige Menge Rohmaterial zu möglichst geringen Kosten zu erhalten. Überprüfen Sie die vom Lieferanten verwendeten Nutzenabmessungen.
  • 10. Daran sollten Sie denken

    • Ihre Lieferantenpartner sind Teil Ihres Teams. Durch eine gute Zusammenarbeit mit ihnen erzielen Sie bessere Ergebnisse.

Es gibt noch viele weitere Punkte, die zu berücksichtigen sind. Wir bei Fine Line kennen den Prozess. Und wir verfügen über das Team, das Sie dabei unterstützen kann. Bei Fragen verweist unsere örtliche Geschäftsstelle Sie gerne an einen sachkundigen Experten.