Designtechniken, die Ihnen dabei helfen, mit der steigenden PCB-Komplexität Schritt zu halten

Haben Sie manchmal das Gefühl, dass sich das Leben sich schneller ändert als Sie folgenkönnen? Ständig diese neuen Ausdrücke, Apps, Frisuren usw. Neben Ihrem überholtenModegeschmack fallen Sie wahrscheinlich auch in Sachen komplexes PCB-Design zurück. Mitdem Internet der Dinge (IoT) und den Wearables steigen auch die Anforderungen an die PCB-Designs. Sie müssen die Designtechniken beherrschen, mit denen sich PCBs kleiner, schnellerund flexibler machen lassen. Neben dieser Beschäftigung mit Designentwicklungen müssen Siesich wahrscheinlich auch darin weiterbilden, wie die nötigen Techniken anzuwenden sind.

Ein interessanter Kleidungstrend ist zur Zeit, dass alles irgendwie kleiner wird. Enge Shirts, kürzere Hosen und Röcke. Bei PCBs scheint sich dieser Trend fortzusetzen, denn auch die vernetzten Geräte werden kleiner und kleiner. Gestern musste ein Mikrocomputer in eine Armbanduhr passen, morgen vielleicht schon in eine Reißzwecke. Sie haben die Fähigkeiten für die Armbanduhr, aber die Reißzwecke ist eine ganz andere Sache. Wenn die PCBs weiter schrumpfen, müssen Sie hinsichtlich der Lösungen zum Verkleinern von Designs (wie etwa effizienten Fan-Outs und Sacklochbohrungen sowie vergrabenen Bohrungen) auf dem neuesten Stand sein.

IC-Hersteller erfüllen die Nachfrage nach Kleinheit mit Gehäusen mit kleinerem Anschlussraster, was Ihr Leben komplizierter macht. Gehäuse wie etwa BGAs (Ball Grid Arrays) und QFPs (Quad Flat Packages) werden immer kleiner, was effizientere Fanout-Strategien notwendig macht.

High Density Interconnect (HDI)-Platinen sind der Versuch, durch ein möglichst enges Zusammendrängen aller Teile Platz zu sparen. Um auch wirklich alles unterzubringen, werden Sie Sacklochbohrungen und vergrabene Bohrungen nutzen müssen, um effiziente Verbindungen auf der Platine sicherzustellen.

Achten Sie dabei vor allem auf das Wärmemanagement. Ein Design, das vorher funktioniert hat, funktioniert vielleicht mit einem verkleinerten Layout nicht mehr. Prüfen Sie immer, ob Ihre Designs die Entwärmungs-Vorgaben auch mit einem kleineren Footprint erfüllen.

Wenn es schnell und klein werden soll, vergessen Sie nicht die Wärme

Schneller

Designtrends widersprechen einander oft, so wie Sie und diese Teenager, die einfach nicht von Ihrem Rasen wegbleiben können. Die Nachfrage nach schnelleren Schaltungen hat Designer dazu gebracht, leistungsfähigere ICs auf Ihren Platinen einzusetzen. Leistungsfähigere ICs aber sind für gewöhnlich größer und werden heißer.

Während sich aktuelle Siliziumtransistoren hinsichtlich ihrer Größe dem Minimum annähern, müssen Chips in der Zukunft vielleicht wieder größer werden, um schneller zu werden. Wenn die Chips wachsen, wird die Beherrschung der oben erwähnten effizienten Designtechniken wichtiger.

Sie wissen natürlich, dass mehr Geschwindigkeit auch mehr Wärme bedeutet. Heißere ICs benötigen Layouts für das Wärmemanagement, das perfekte Wärmeleitmaterial  und die ständige Verfolgung neuer Entwärmungs-Techniken.

Umweltfreundliche PCBs

Haben Sie sich schon einmal gefragt, was mit all den T-Shirts passiert, die man nach einmaligem Tragen weggibt? Sie werden irgendwann nach Afrika geschickt und dort auf Altkleidermärkten billig verkauft. Wenn PCBs nach Übersee verschifft werden, verwendet man sie dort eher selten wieder. Viele PCBs haben zwar eine grüne Farbe, sind aber aus Umweltschutzsicht nicht besonders grün. Bei einer Prognose von 34 Milliarden vernetzten Geräten bis 2020 müssen PCBs bald umweltfreundlicher werden. PCB-Designer müssen sich schon in Kürze darauf einstellen, zwischen traditionellen Designentscheidungen und „grünen“ Optionen zu wählen.

Aktuell werden Möglichkeiten erforscht, wie sich bio-basierte Materialien für PCB-Substrate nutzen lassen. Eine Vielzahl von Materialien kann in „grünen“ Substraten genutzt werden, die alle unterschiedliche mechanische Eigenschaften haben. Der Vorteil daran ist, dass Ihre Platine dadurch frei wählbare mechanische Eigenschaften wie Flexibilität, Festigkeit und so weiter bekommt. Der Nachteil ist allerdings, dass Designer bald vielleicht das Wissen darüber mitbringen müssen, worin der Unterschied zwischen Hühnerfeder-Fasern und Keratin-Fasern für ihre Substrate liegt.

Dank bio-basierter Technologien können auch die Substrate unterschiedliche elektrische Eigenschaften haben. Mit den derzeit getesteten neuen Harzen können die Designer so spezifische Eigenschaften wie die Dielektrizitätskonstante für ihr Substrat festlegen. Ich persönlich weiß nicht, welche Dielektrizitätskonstante ich für welche spezifische Anwendung brauche. Sie etwa? Designer, die „grüne“ Substrate ausprobieren wollen, werden bald sehr viel mehr über Materialwissenschaft wissen müssen.

Dies könnte die nächste IoT-Anwendung sein