Die Schlüsselaspekte einer guten Leiterplatten-Dokumentation

Bei all unseren Schulungen und Beratungen sowie den zahlreichen Artikeln, die wir verfassen, betonen wir immer wieder die Bedeutung der Leiterplatten-Dokumentation. Gemeinsam mit der Fertigungsbeschreibung ist diese entscheidend, um sicherzustellen, dass eine Baugruppe von Anfang an korrekt gefertigt wird. Da die Erstellung dieser Dokumentation meist erst zu einem späteren Zeitpunkt im Designprozess erfolgt, kommt dieser Schritt nicht selten zu kurz bzw. wird nicht ausreichend beachtet. Gerade beim Aufbau komplexer, mehrlagiger Leiterplatten mit hoher Packungsdichte (HDI-Leiterplatten) ist es unerlässlich, dass die entsprechenden Fertigungsunterlagen die Leiterplatte bis in die Fertigung begleiten.

Dieser Artikel beschreibt die verschiedenen Zeichnungen, Dateien und Fertigungshinweise, die jede zu fertigende Leiterplatte (PCB) haben muss.

Die Kunden und was sie erhalten sollen

Der PCB-Designprozess hat drei wichtige Prozesskunden:

• Der Leiterplattenhersteller
• Der Leiterplattenbestücker
• Die Produktprüfung

Jeder dieser Kunden benötigt Daten, die aus der Konstruktionsdatenbank extrahiert und in einem Format bereitgestellt werden müssen, die für die jeweiligen Arbeitsschritte und -mittel geeignet sind. Außerdem muss ein Dokumentensatz erstellt werden, der die Designregeln und Daten enthält, die für das jeweilige PCB-Design relevant sind. Zu diesen Dokumenten gehören:

• Die Fertigungszeichnung und die erfassten Produktionsdaten;
• Der Konstruktionsdatensatz, der zur Herstellung von Film- und anderen Fertigungsinformationen verwendet wird (manchmal auch als Gerberdaten bezeichnet);
• Die Montagezeichnung und die notwendigen Montageinformationen;
• Der Datensatz der Baugruppe zusammen mit der Stückliste und den Pick-and-Place-Informationen;
• Die Liste der Prüfpunkte, die von der Prüftechnik verwendet wird, um die benötigten Test- und Prüfvorrichtungen zu erstellen.

Zusätzliche Informationen zu den vorgenannten Punkten werden im Folgenden beschrieben. Zu beachten ist, dass die folgende Liste zusätzlich die Konstruktionszeichnung enthält, die jedoch hausintern aufbewahrt wird. Sie ist ein wichtiger Bestandteil des Prozesses, weshalb sie nachfolgend beschrieben wird.

Konstruktionszeichnung

Die Konstruktionszeichnung sieht einer Fertigungszeichnung ähnlich, mit dem Unterschied, dass sie Konstruktionsinformationen und nicht Fertigungsinformationen enthält. Wie oben erwähnt, wird dieses Dokument im Haus aufbewahrt und nicht an den Hersteller weitergeleitet. Die Grundlage für diesen Plan ist die Umrisszeichnung, die die Größe und Form der Leiterplatte definiert. Die auf dieser Zeichnung aufgeführten Informationen umfassen:

• Die Bohrtabelle, einschließlich der Bohrungsdurchmesser und der ungefähr benötigten Menge;
• Der Lagenaufbau der Leiterplatte;
• Eine Liste der Fertigungshinweise;
• Die Technologietabelle mit den Routingregeln;
• Die Liste aller Konstruktionsdateien, die für den Verarbeiter vorbereitet werden müssen;
• Die Platinenumrisszeichnung;
• Eine Tabelle, die die Spannungsversorgung darstellt, die den einzelnen Versorgungslagen der Leiterplatte zugeordnet wird;
• Andere ergänzende Hinweise.

Die Fertigungszeichnung

Von der oben genannten Konstruktionszeichnung wird die Fertigungszeichnung abgeleitet. Die endgültige Lochanzahl wird hinzugefügt und dafür die Technologietabelle entfernt. Die oberste Leiterplattenlage wird mit der Umrisszeichnung dargestellt. Früher wurden auf dieser Zeichnung die Lagen und Größen aller Bohrlöcher eingezeichnet. Die Hersteller nutzen diese Informationen jedoch nicht mehr und somit haben diese ihren Wert verloren. Das Leiterbild des ersten Layers veranschaulicht, wie die fertige Leiterplatte aussehen soll und wird stattdessen verwendet.

Die Fertigungszeichnung enthält den Lagenaufbau und nennt jede Leiterplattenlage mit Namen, zusammen mit der Angabe der jeweiligen Gerber-Daten. Ein dabei entstehendes Problem ist, dass die Informationen zwischen diesen beiden Quellen nicht identisch sind. Dies kann zu Problemen beim Verarbeiter führen, der versucht, die Konstruktionsdateien mit den Layern im Stackup abzugleichen. Das Ergebnis ist, dass die verschiedenen Lagen in der falschen Reihenfolge gestapelt werden. Daher müssen die gleichen Bezeichnungen für die Konstruktionsdateien wie für die Benennungen auf der Stackup-Zeichnung verwendet werden. Abbildung 1 zeigt, wie eine Fertigungszeichnung aufgebaut ist.

Abbildung 2. Layout einer typischen Fertigungszeichnung

Tabelle 1 ist die Liste der Fertigungshinweise, die für den Aufbau einer Leiterplatte mit hoher Lagenzahl und kontrollierter Impedanz erforderlich sind.

Tabelle 1. Ein typischer Textblock mit Fertigungshinweisen

Tabelle 2 enthält die Liste der benötigten Konstruktionsdateien für die Herstellung einer Multilayer-Leiterplatte. 

Tabelle 2. Eine Liste der vom Hersteller benötigten Konstruktionsdateien

Der CAD-Netzliste, die nach IPC-356 aufgebaut ist, sind die X-Y-Positionen aller Bauteilpins angehängt. Die CAD-Netzliste wird bei der Erstellung des Bareboard-Testaufbaus verwendet, der dann mit der aus den Gerberdaten generierten Netzliste verglichen wird.

Die Montagezeichnung

Die Bestückungszeichnung enthält die Informationen, die für die Montage aller elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte benötigt werden. Sie enthält auch Informationen zur Montage aller mechanischen Teile. Aufgrund des Umfangs der enthaltenen Informationen ist die Montageinformation oft mehrere Seiten lang.

Die Bestückungsdateien

Die Bestückungsdateien  enthalten die X-Y-Position aller Komponenten, die Materialstückliste, der in die programmierbaren Bausteine zu ladende Code, sowie alle anderen Informationen, die der Hersteller für die Leiterplattenbestückung benötigt.

Die Testpunkte-Liste

Diese Dateien enthalten die Liste der Testpunkte, die in die Leiterplatte integriert wurden, um einen In-Circuit-Testzugang zur Leiterplatte zu ermöglichen.

Zusammenfassung

Die Begleitdokumentation zur Fertigung der entworfenen Platine erscheint auf den ersten Blick sehr einfach und mag als „Selbstläufer“ angesehen werden. Aber gerade deshalb sollte man bei der Erstellung dieser Informationen sorgfältig vorgehen. Es empfiehlt sich auch, dass alle Dokumentationen, die während der verschiedenen Designvorgänge einer Leiterplatte erstellt werden, gewissenhaft geprüft und genehmigt werden, bevor sie die Platine auf ihrer Reise zum endgültigen Produkt begleiten.

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