Die besten Designtipps für das Layout mehrlagiger Leiterplatten

Etwas Neues zum allerersten Mal zu tun, kann schwierig sein. Vogelküken sind sicher nicht sehr froh darüber, aus dem Nest gestoßen zu werden, ebenso wie Teenager vor ihrer ersten richtigen Verabredung nervös sind. Ich persönlich hatte eine Heidenangst bei meiner ersten Verabredung. Aber ich bin froh, dass ich diesen ersten Schritt gemacht habe, weil es ein wichtiger Meilenstein in meinem Leben war.

Und jetzt stehen Sie vor einem ganz anderen, aber ebenso wichtigen Meilenstein. Sie wollen Ihr erstes Platinen-Layout für eine mehrlagige Leiterplatte erstellen. Sind Sie voller Fragen und machen sich Sorgen, um nur ja keinen Fehler zu machen? Falls ja, seien Sie unbesorgt. Es ist uns allen so gegangen, und deshalb haben wir hier einige Informationen zusammengestellt, die Ihnen helfen sollen. Wir werden über mögliche Bibliotheksprobleme sprechen, auf die Sie achten sollten, und über einige allgemeine Designrichtlinien, die Ihnen am Anfang helfen können.

Manchmal muss man sich einfach zutrauen, etwas zu schaffen, das man sich vorgenommen hat. Und es dann einfach angehen. Das erste Mal eine mehrlagige Leiterplatte zu entwickeln, ist für PCB-Designer ein solcher Moment. Gehen wir direkt in die Vollen und machen wir Sie bereit für das Design.

Vergewissern Sie sich, dass Ihre Bibliothek für mehrlagige Designs eingerichtet ist.

Als erstes sollten Sie Ihre CAD-Bibliothek prüfen, wenn Sie mehrlagige PCB-Designs in Angriff nehmen. Wenn Sie bisher nur ein- oder zweiseitige Leiterplatten entworfen haben, ist Ihre Bibliothek möglicherweise nicht auf mehrlagige Konfigurationen eingestellt. Auf diese drei Bereiche sollten Sie achten:

Negativlagen:  Negativbild-Lagen werden oft genutzt, um Stromversorgungs‑ und Masseflächen auf mehrlagigen PCB-Layouts zu erstellen. Einige CAD-Tools benötigen  Abstände in den Pad‑ und Footprint-Umrissen für gebohrte Löcher in einer Negativlage. Wenn Sie eines dieser Tools nutzen, achten Sie darauf, dass Ihre Pad‑ und die Footprint-Umrisse mit den richtigen Abständen auf der Negativlage eingerichtet sind. Sind Ihre Umrisse nicht für diese Abstände eingerichtet, erzeugen Sie einen Kurzschluss.

Pad-Umrisse auf inneren Signallagen: Einige Designs nutzen auf Außen‑ und Innenlagen unterschiedliche Pad-Umrisse. So haben zum Beispiel Pin-1-Pads zur visuellen Unterscheidung oft eine quadratische anstatt der sonst meist runden Form, wie sie normalerweise auf Innenlagen verwendet wird. Wenn Ihre Bibliotheken nicht für mehrlagige Konfigurationen eingestellt sind, haben Sie vielleicht nicht die nötige Auswahl an Pad-Formen auf den inneren Signallagen.

Zeichnungserstellung: Wenn Sie Zeichnungen für die Herstellung und Bestückung aus Ihren eigenen Layout-Tools heraus erstellen, haben Sie wahrscheinlich andere Logos, Tabellen und Ansichten in Ihrer Bibliothek gespeichert. Diese müssen für mehrlagige Leiterplatten angepasst werden.

Stellen Sie sicher, dass die Bibliotheksbauteile für mehrlagige PCB-Designs eingerichtet sind

Verstehen Sie die Anforderungen des Leiterplattenfertigers

Mehrlagige PCB-Designs bieten eine Menge wichtiger Vorteile gegenüber ein- oder zweiseitigen Leiterplatten. Sie sparen nicht nur Zeit und erhöhen die Designdichte, sondern haben auch eine bessere Kontrolle über Signalintegritäts-Probleme. Es kommt darauf an, Ihrem Fertiger von vornherein zuzuarbeiten, indem Sie seine Anforderungen für die Produktion schon kennen, bevor Sie mit Ihrem mehrlagigen Design beginnen.

Die einzelnen Hersteller werden verschiedene Vorgaben machen, die vor allem von der Komplexität der Leiterplatten-Technologie, die sie herstellen können, abhängen. Einige Fabriken können keine Leiterplatten mit mehr als einer bestimmte Anzahl an Lagen oder mit sehr schmalen Leiterbahnen und Abständen herstellen. Ein Überschreiten dieser Vorgaben kann das Herstellungsbudget sprengen oder dazu führen, dass die Leiterplatte nicht hergestellt werden kann.

Nehmen Sie zum Beispiel die verschiedenen Arten von Durchkontaktierungen. Hersteller können meist alle üblichen Durchkontaktierungen realisieren, aber Sie sollten definitiv nach  vergrabenen Vias, Sacklochbohrungen oder Mikro-Durchkontaktierungen fragen, bevor Sie sie benutzen. Wie bereits erwähnt, sollten Sie mit dem Hersteller auch über die Breite und Abstände von Leiterbahnen, sowie über Anzahl und Konfiguration der Lagen sprechen. All diese Faktoren können Einfluss auf die Herstellbarkeit der Leiterplatte haben. Sie sollten sich deshalb einen klaren Überblick verschaffen, bevor Sie mit Ihrem Design beginnen.

^{Mehrlagige PCB-Designs}

Tipps für mehrlagige PCB-Designs

Ihre Bibliothek ist eingerichtet, Sie haben alle Fragen mit dem Hersteller geklärt und sind damit bereit für Ihr erstes mehrlagiges PCB-Design. Hier einige Hinweise für mehrlagige Leiterplatten, die Ihnen vielleicht noch nicht klar waren:

1. Routen Sie benachbarte Signallagen in die gleiche Richtung. Wenn Sie aneinandergrenzende Signallagen auf den Lagen 2 und 3 haben, dann sollten Sie die eine horizontal und die andere vertikal routen. Das schützt vor Übersprechproblemen.
2. Nutzen Sie Stromversorgungs‑ und Masseflächen. So verteilen Sie nicht nur Strom und Masse gleichmäßig, sondern schaffen auch eine  Microstrip-Struktur, die Ihrer Signalintegrität zugute kommen wird.
3. Verkleinern Sie die Durchsteck-Pads der inneren Signallagen. Finden Sie heraus, ob der Hersteller auf Innenlagen kleinere Pads für Durchsteck-Bauteile und Durchkontaktierungen anbietet. Falls ja, eröffnen die verkleinerten Pads mehr Routing-Kanäle.

Die ersten Schritte eines mehrlagigen PCB-Designs können einen beinahe überfordern. Vielleicht nicht ganz so aufregend wie aus dem Nest geworfen zu werden oder auf die erste Verabredung zu gehen, aber schon nahe dran. Hoffentlich erleichtern Ihnen diese Tipps den großen Schritt etwas und helfen Ihnen zu fliegen.

Was Ihnen ebenfalls beim nächsten PCB-Layout helfen kann, ist eine hochwertige  PCB-Designsoftware wie Altium Designer und Altium CircuitStudio. Altium Designer hat alle Funktionalitäten zur Erstellung von Bibliotheksbauteilen, Verwaltung von Lagenstrukturen und Platzierung/Routing eines komplexen mehrlagigen Leiterplattendesigns.

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