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

Altium Designer
|  Erstellt: December 21, 2017  |  Aktualisiert am: September 23, 2021

Kartenlayout einer Stadt.

Wenn Sie Ihre Heimatstadt wachsen sehen, kann sich das so anfühlen wie das Ende Ihrer Lieblingsshow im Fernsehen oder die Fortsetzung eines guten Films, Jahre nachdem er in die Kinos kam. Das Straßennetz meiner Heimatstadt bestand in meiner Kindheit 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, sehe ich, dass sich die Stadt verändert hat und weiter gewachsen ist. 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 gute Planung unangenehme Unfälle und unglückliche Designmängel, 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 vorausschauend planen und die und die benötigten Stromkreise und Bauteilanschlüsse kennen.

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 wird 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 den inneren Lagen führen. Mit einem soliden Verständnis für das Routing von Leiterbahnen sind Sie besser gerüstet, um Ihre Leiterplatte für den anfallenden Datenverkehr zu entwerfen.

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

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. Die folgenden Faktoren wirken sich auf die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses während der Fertigung und im Betrieb aus:

  • 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 dem Anschluss an ein Pad verengt, was den Widerstand und die damit verbundene Erwärmung und Beschädigung der Platine erhöht. Eine Verringerung der Breite einer Leiterbahn ist im Allgemeinen 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 abarbeiten 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.
Ansicht eines Autobahnkleeblatts von oben
Wie bei Straßen sollten Sie auch bei Ihren Leiterbahnen enge Biegungen vermeiden, da diese das Risiko von Lichtbögen erhöhen und zu Kurzschlüssen führen können.

Bewährte Verfahren beim Routing von Leiterbahnen

In der Regel kennen sich Fahrer, die Staus verursachen, meistens nicht besonders gut in der Gegend aus. Ähnlich sind schlechte Routing-Praktiken typisch für Designer, die sich nicht ausführlicher mit dem Routing von Leiterbahnen beschäftigt haben. Da Sie nun wissen, was sich auf das Routing von Leiterbahnen auswirkt, können Sie die folgenden Praktiken besser verstehen und befolgen. Das wird Ihnen dabei helfen, Kurzschlüsse auf Ihrer Leiterplatte zu vermeiden und die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Hier sind einige der nach meiner Meinung besten Vorgehensweisen beim Routing von Leiterbahnen:

  1. Überprüfen Sie die Grenzwerte Ihres Herstellers hinsichtlich Breite und Abstand von Leiterbahnen, bevor Sie mit dem Routing beginnen.
  2. Konfigurieren Sie Ihre Leiterbahnbreiten für den zu erwartenden Strom.
  3. Verwenden Sie weitergefasste Entwurfsregeln, wenn keine schmalen Leiterbahnen und geringen Abstände nötig sind. Das ist einfacher und billiger.
  4. Halten Sie die Leiterbahnen so kurz und direkt wir möglich. Das ist am einfachsten, wenn Sie…
  5. Zusammengehörige Komponenten auf der Leiterplatte gruppieren.
  6. Bei Ihrem Routing auf enge Biegungen verzichten.

Areas with a large number of traces are prone to high defect rates, like more cars causing more accidents. All of the risks of individual traces are compounded, and design compromises are made to fit everything into a tight space. It’s important to plan your layout ahead of time to optimize the location of parts and minimize high-density areas.

Wenn Sie Ihre Leiterbahnen dennoch mit hoher Dichte routen müssen, sollten Sie Design-Tools verwenden, deren Leistungsfähigkeit dem Performance-Niveau Ihrer Leiterplatten ebenbürtig ist. Wenn Sie ein benutzerfreundliches PCB-Layout-Tool benötigen, das alle Funktionen enthält, die Sie für die Erstellung von qualitativ hochwertigen, herstellbaren Platinen benötigen, sind Sie bei CircuitMaker an der richtigen Adresse. Zusätzlich zu der benutzerfreundlichen PCB-Designsoftware haben alle CircuitMaker-Anwender Zugang zu einem persönlichen Arbeitsbereich auf der Altium 365-Plattform. Sie können Ihre Designdaten in die Cloud hochladen und speichern, und Sie können Ihre Projekte ganz einfach über Ihren Webbrowser auf einer sicheren Plattform betrachten.

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PCB Design Tools für Electronics Design und DFM. Informationen für EDA-Führungskräfte.

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