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    Nein, ich möchte keine Kehrtwende machen: Richtlinien für das Routing von PCB-Leiterbahnen

    Altium Designer
    |  March 20, 2018

    Ein Stadtplan

    Ihre Heimatstadt wachsen zu sehen, kann sich so anfühlen wie das Ende Ihrer Lieblingsshows im Fernsehen oder die Fortsetzung eines guten Films, Jahre nachdem er in die Kinos kam. Das Straßennetz der Stadt, in der ich aufgewachsen bin, bestand aus so breiten Straßen, dass man nicht einmal im Stadtzentrum parallel zur Fahrbahn parken musste. Die Stadt war so klein, dass Staus öfter durch zwei mitten auf der Fahrbahn haltende und miteinander redende Autofahrer verursacht wurden, als durch Unfälle. Immer wenn ich zu Besuch komme, ist die Stadt weiter gewachsen. Die breiten Parkflächen am Straßenrand wurden mittlerweile in eine zusätzliche Fahrspur umgewandelt.

    Die Stadt zieht sowohl im übertragenen Sinn als auch buchstäblich viel mehr Verkehr an, als in meiner Kindheit. Staus und Unfälle nehmen zwar zu, aber eine gewisse Voraussicht bei der Stadtplanung hat eine zu schlimme Entwicklung der Dinge verhindert. Bei PCBs ist es ganz ähnlich: auch hier lassen sich durch fachmännische Planung unangenehme Unfälle und unglückliche Designmängel, die die Signale blockieren und Fehler verursachen können, vermeiden. Bei einem korrekten PCB-Design geht es nicht nur darum, einen Polizisten auf einen Fußgängerüberweg zu stellen, um einen tolerierbaren und gleichmäßigen Verkehrsfluss zu gewährleisten. Oftmals müssen Sie sehr vorausschauend planen, ausgestattet mit Wissen über die benötigten Stromversorgungs-Schaltungen und Bauteilverbindungen.

    Ein sachgemäßes Verlegen der Leiterbahnen in Ihrem PCB-Design erfordert genauso viel Sorgfalt wie die Stadtplanung. Zwar werden Sie mit einem unzureichenden Routing keine Verkehrsunfälle verursachen, und es werden auch nicht Hunderte von Menschen zu spät zur Arbeit kommen, aber es Kurzschlüsse geben. Ähnlich wie unnötig lange Ampelphasen auf einer relativ wenig befahrenen Straße oder ein fehlendes Stoppschild an einer stark befahrenen Kreuzung den Verkehrsfluss hemmen, kann ein falsches Routing der Leiterbahnen auch die Qualität der Lötstellen beeinträchtigen und zu Kurzschlüssen auf inneren Lagen führen. Mit einem fundierten Verständnis für das Routing von Leiterbahnen sind Sie besser gerüstet, Ihr PCB auf das Niveau des ankommenden Signalverkehrs einzustellen.

    Eine Vielzahl von Ampeln

    Routen Sie nicht wie bei dieser Kreuzung, denn zu viele Verbindungen an einem Knoten können das Kurzschlussrisiko erhöhen.

    Wann Sie beim Routing von PCB-Leiterbahnen auf die Bremse treten sollten

    Beim Routing von Leiterbahnen gibt es nicht nur die Ampelfarben Rot, Gelb oder Grün – Gelb kann ja je nach Fahrer ein Dutzend verschiedene Bedeutungen haben, wie Sie sicher wissen. Wichtiger ist, durch wie viele Faktoren die Leiterbahn beeinflusst wird. Alle folgenden Faktoren können sich auf die Kurzschlusswahrscheinlichkeit während der Fertigung und im Betrieb auswirken:

    • Breite der Leiterbahn: Wie die Breite einer Straße beeinflusst auch die Leiterbahnbreite, wie viel Strom sie transportieren kann. Eine Überlastung verursacht viel Ärger, genau wie wenn ein neuer Laden an einer kleinen Straße eröffnet wird. Manchmal werden Leiterbahnen vor der Verbindung mit einem Pad schmäler gemacht, was den Widerstand erhöht und zu einer Erwärmung und Schädigung der Leiterplatte führt. Die Breite einer Leiterbahn zu reduzieren, ist in der Regel keine gute Idee.
    • Verbindungen: Mit der Zahl der Verbindungen zu einem Pad oder Knoten steigt auch das Risiko von Kurzschlüssen. Die abzweigenden Leiterbahnen liegen wahrscheinlich näher beieinander und haben mehr Biegungen, an denen sich Ladung ansammeln kann. Ungleichmäßig verteilte Lotpaste kommt häufiger vor und führt dazu, dass Bauteile sich neigen oder Lotbrücken entstehen. Sie sollten sorgfältig alle Netze oder Autorouter-Ergebnisse  überprüfen, bei denen Sie viele Leiterbahnen mit einem einzelnen Pad verbinden müssen.
    • Padgröße: Größere Pads bieten mehr Spielraum, aber Sie sollten auch den Abstand zwischen den Pads beachten. Dort entstehen häufig Lotbrücken, jedoch kann ein größerer Abstand der Bildung dieser Brücken entgegenwirken.
    • Einheitliche Größen: Durch einheitliche Größen von Pads und Leiterbahnen wird es einfacher, die Entwurfs- und Fehlerregelprüfung auf dem neuesten Stand zu halten, insbesondere wenn es um mehrlagige Leiterplatten geht. Wie bei den Genehmigungsstellen einer Stadt können Regeln lästig sein, besonders wenn Sie eine Reihe von Warnungen bereinigen müssen, aber diese Regeln bewahren Sie normalerweise vor größeren Problemen im Nachgang.
    • Biegungen: Durch enge Biegungen in Ihren Leiterbahnen entstehen Stellen, an denen sich elektrisches Feldpotenzial aufbauen kann. Während enge Biegungen für eine gute Fertigung kein Problem darstellen, entsteht doch ein erhöhtes Risiko für Lichtbögen und Kurzschlüsse, sobald die Leiterplatte in Betrieb ist. Setzen Sie stattdessen besser auf Biegungen mit großem Radius.

    Draufsicht auf ein kleeblattförmiges Autobahnkreuz

    Wie bei Straßen sollten Sie auch bei Ihren Leiterbahnen enge Biegungen vermeiden, da diese das Risiko von Lichtbögen erhöhen und zu Kurzschlüssen führen können.

    Optimale Vorgehensweisen beim Routing von Leiterbahnen

    In der Regel sind Fahrer, die oft Staus verursachen, meistens der Gegend unkundig. Ähnlich sind schlechte Routing-Praktiken typisch für solche Designer, die sich noch nicht mit dem Routing von Leiterbahnen auskennen. Nachdem Sie nun wissen, was sich auf das Routing von Leiterbahnen auswirkt, werden sich die folgenden Praktiken wesentlich einfacher verstehen und befolgen lassen, was Ihre Leiterplatte frei von Kurzschlüssen hält und der gewünschten Funktionalität näher bringt. Hier sind einige der nach meiner Meinung besten Vorgehensweisen beim Routing von Leiterbahnen:

    1. Überprüfen Sie die Grenzwerte Ihres Herstellers, was die Breite und den Abstand von Leiterbahnen betrifft, bevor Sie mit dem Routing beginnen.
    2. Konfigurieren Sie Ihre Leiterbahnbreiten für die zu erwartenden Strom.
    3. Verwenden Sie Entwurfsregeln für größere Breiten, wenn keine schmalen Leiterbahnen und geringen Abstände nötig sind. Das ist einfacher und billiger.
    4. Halten Sie Leiterbahnen kurz und direkt, was am einfachsten ist, wenn Sie...
    5. Zusammengehörige Bauteile auf der Leiterplatte gruppieren.
    6. Verzichten Sie bei Ihrem Routing auf enge Biegungen.

    Bereiche mit einer großen Anzahl von Leiterbahnen neigen zu hohen Defektraten, genauso wie eine größere Anzahl Autos mehr Unfälle verursacht. Alle Risiken einzelner Leiterbahnen summieren sich auf, und zusätzlich werden beim Design Kompromisse gemacht, um alles auf engstem Raum unterbringen zu können. Es ist wichtig, Ihr Layout im Voraus zu planen, um die Platzierung von Bauteilen zu optimieren und Bereiche mit hoher Dichte zu minimieren.

    Wenn Sie Ihre Leiterbahnen dennoch mit hohe Dichte routen müssen, sollten Sie Design-Werkzeuge verwenden, deren Leistungsfähigkeit dem Performance-Niveau Ihrer Leiterplatten ebenbürtig ist. Eine hervorragende Option ist CircuitStudio von Altium, das benutzerdefinierte Regeln für die von Ihnen festgelegten Anforderungen bietet.

    Wenn Sie mehr wissen möchten über die Spezifikationen zum Routen von Leiterbahnen und darüber, wie Sie Ihre Leiterbahnen so effizient machen, wie es für Ihr Designprojekt erforderlich ist, sollten Sie noch heute mit einem Experten von Altium sprechen.

     

     

     

     

     

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    PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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