PCB-Bestückungsausgaben

Wenn Sie ein PCB-Design fertigstellen, besteht das Ziel normalerweise darin, es fertigen und bestücken zu lassen. Es liegt in der Verantwortung des Designers, die PCB-Bestückungsdaten mit dem Projekt vorzubereiten und dem Hersteller bereitzustellen. Der Hersteller verwendet diese Daten, um Bauteile zu beschaffen, den Bestückungsprozess zu planen und eine Endprüfung durchzuführen. Die Anforderungen an die Bestückung sollten detailliert angegeben werden, damit der Bestücker alle umfassenden Informationen erhält, die für den Aufbau einer PCBA erforderlich sind.

Bevor es zur Bestückung kommt, muss Ihre Leiterplatte unter Anwendung bewährter DFA-Praktiken entwickelt worden sein. Ist dies nicht der Fall und werden die PCBs vor der Prüfung durch einen Bestücker gefertigt, besteht das Risiko, dass die PCBs verschrottet werden müssen. Es gibt viele Gründe, warum Ausschuss entsteht, aber die richtige ECAD-Software für das PCB-Design hilft Designern dabei, einige der häufigsten Bestückungsfehler zu vermeiden.

Liste der PCB-Bestückungsdaten

Auf der grundlegendsten Ebene sind die beiden Standard-Ausgabedateien für die PCB-Bestückung die Stückliste und eine Pick-and-Place-Datei. Die Stückliste ist ein Einkaufsdokument, das festlegt, welches Bauteil zu jedem Referenzkennzeichen auf der PCB gehört, und die Pick-and-Place-Datei gibt an, wo jedes Referenzkennzeichen zum Löten platziert werden soll. Mit diesen beiden Dateien und einer kurzen Beschreibung der PCB – oder sogar ganz ohne Beschreibung – kann ein Hersteller eine PCBA vollständig bestücken.

Fachleute und Unternehmen erstellen in der Regel eine dritte Standard-Designausgabe: eine Bestückungszeichnung. Eine Bestückungszeichnung enthält typischerweise:

• PCB-Umriss und Leiterplattenabmessungen
• Bauteilumrisse auf Ober- und Unterseite
• Bauteil-Referenzkennzeichen
• Polarititäts- und Orientierungshinweise der Bauteile
• Pin-1-Markierungen für integrierte Schaltungen und Steckverbinder
• Mechanische Hardware und Montagepositionen
• Detailansichten für dichte oder komplexe Bereiche
• Bestückungshinweise, Beschriftungen und spezielle Fertigungsanweisungen
• Revisionsinformationen, Zeichnungsnummern und Angaben im Schriftfeld

Bestückungshinweise sind wichtig, weil sie Anforderungen definieren, die aus dem PCB-Layout, der Stückliste oder den Pick-and-Place-Daten möglicherweise nicht offensichtlich hervorgehen. Diese Hinweise können RoHS-Konformität, die Einhaltung anwendbarer IPC-Standards, die Verwendung bestimmter Lotlegierungen oder Lotpastenarten, Reinigungsanforderungen, Prüfkriterien und spezielle Prozesse wie Underfill, Schutzlackierung, Fixierung oder das Aufbringen von Klebstoffen festlegen. Klare Bestückungshinweise verringern Unklarheiten und tragen dazu bei, sicherzustellen, dass die fertige PCBA die mechanischen, elektrischen und regulatorischen Anforderungen des Designers erfüllt.

Viele neue Designer erstellen keine Bestückungszeichnungen, weil ihre CAD-Software den Prozess nicht automatisiert unterstützt. Selbst manche Enterprise-Software wie OrCAD und Xpedition ist nicht in der Lage, automatisch eine Bestückungszeichnung zu erzeugen. Diese Plattformen sind möglicherweise auf andere Software mit separater Lizenz angewiesen, um diese grundlegende Aufgabe auszuführen.
Altium Designer ist anders, weil es das Tool Draftsman enthält, mit dem Designer in wenigen Minuten automatisch hochwertige Bestückungszeichnungen erstellen können. Benutzer können benutzerdefinierte Vorlagen und Blattgrößen erstellen, die eine vollständige Kontrolle über das Format einer Bestückungszeichnung ermöglichen. Benutzer können außerdem zusätzliche Elemente in einer Bestückungszeichnung platzieren, etwa das Einbetten der BOM, das Hinzufügen von Hinweisen und Beschriftungen sowie das Einbetten von Projektparametern für sofortige Zeichnungsaktualisierungen.

Wenn Sie kein Fan davon sind, das Tool zum Erzeugen einer Fertigungs- oder Bestückungszeichnung zu verwenden, gibt es dennoch eine Möglichkeit, diese Zeichnungen innerhalb einer PCB-Layoutdatei zu erstellen. Eine gängige Praxis besteht darin, die mechanischen Layer in Ihrem PCB-Layout zu verwenden, um die Merkmale der Fertigungs- und Bestückungszeichnung von Hand zu zeichnen. Auf diese Weise werden Aktualisierungen des PCB-Layouts auch sofort in Ihrer Bestückungszeichnung übernommen. Um die Bestückungszeichnung auszugeben, müssten Sie die folgenden Layer in eine DXF-Datei oder einen PDF-Druck zusammenstellen:

• Mechanische Layer mit Schriftfeld und Bestückungshinweisen
• PCB-Umriss-Layer
• Obere und untere Pastenmasken-Layer
• Obere und untere Bestückungs-Layer
• Alle zusätzlichen mechanischen Layer, die abziehbare Maske, Schutzlackierung, Klebstoffpositionen und andere spezielle Bestückungsanforderungen zeigen

Es ist außerdem üblich, isometrische Ansichten der PCB einzubeziehen, die aus einer 3D-Zeichnung erzeugt wurden. Mechanische Layer und PCB-Layout-Tools können jedoch normalerweise keine isometrischen Ansichten erzeugen, daher müssen diese in einer externen MCAD-Anwendung aus einem 3D-Modell der PCBA erstellt werden. Die Ansicht würde normalerweise als DXF-Datei aus der MCAD-Anwendung exportiert und anschließend auf einem mechanischen Layer wieder in die PCB-Layoutdatei importiert. Altium Draftsman kann isometrische Ansichten jedoch direkt aus der PCB-Dokumentdatei erzeugen, ohne dass ein Export in eine MCAD-Anwendung erforderlich ist.

Intelligente PCB-Designausgaben

Eine weitere Möglichkeit zur Erstellung von PCB-Designausgaben für die Bestückung ist die Verwendung intelligenter Ausgabeformate. Diese Dateiformate sind ODB++ und IPC-2581.

Obwohl intelligente PCB-Designausgaben objektiv besser für Fertigung und Bestückung geeignet sind, werden sie nicht so häufig verwendet wie Gerber-Dateien. Gerber bleiben nach wie vor der De-facto-Standard für Fertigungsdaten, daher muss ein Designer für die Bestückung zusätzlich auch eine Stückliste und Pick-and-Place-Daten ausgeben. Um sicherzustellen, dass Ihnen die größtmögliche Bandbreite an PCB-Bestückungsoptionen zur Verfügung steht, verwenden Sie PCB-Designsoftware wie Altium Designer, die alle drei Standardpakete für PCB-Designausgaben unterstützt.

Erfolgreiches DFA verhindert Fehler bei der PCB-Bestückung

Bei der Bestückung von PCB-Prototypen umfasst das Serviceniveau des Anbieters typischerweise genügend Spielraum, um bei Bedarf Nacharbeit an Ihrer PCB zu berücksichtigen. Mit steigenden Stückzahlen werden jedoch die Vermeidung von Fehlern und die Verhinderung notwendiger Nacharbeit zu entscheidenden Bestandteilen der Kostenkontrolle. DFA-Praktiken werden in dieser Phase noch wichtiger und beziehen sich auf grundlegende Designpraktiken, die im PCB-Layout und in den PCB-Bibliotheken stattfinden.

Um DFA-Praktiken für eine PCB-Bestückung mit hoher Ausbeute erfolgreich umzusetzen, müssen Designer ihre ECAD-Software und Informationen ihres Bestückers wie folgt nutzen:

• Entwurf von PCB-Bauteil-Footprints
• Definition von Bestückungsbeschränkungen als PCB-Designregeln
• Prüfung der PCB in einem Bestückungs-Review

PCB-Footprint-Design im DFA

Die Footprint-Geometrie ist der Punkt, an dem DFA auf Bauteilebene entweder funktioniert oder scheitert. Ein Footprint, der nicht zu den Prozessfähigkeiten des Bestückers passt, führt unabhängig davon, wie gut der Rest des Layouts ausgeführt ist, zu einem Defektrisiko. Pad-Abmessungen, Courtyard-Abstände, Lötstoppmaskenöffnungen und Land-Pattern-Geometrie wirken sich direkt auf die Platzierungsgenauigkeit, die Bildung von Lötverbindungen und den Zugang für die Prüfung nach dem Reflow aus.

Für Standard-SMD-Gehäuse bietet IPC-7351 eine Grundlage, aber der spezifische Prozess des Bestückers – ob Wellenlöten, Reflow-Löten oder Selektivlöten – bestimmt, welche Land-Pattern-Variante geeignet ist. Die Verwendung des nominalen oder größtmöglichen Courtyard-Land-Patterns, wenn der Bestücker beispielsweise mit einem High-Density-Profil arbeitet, ist eine häufige Fehlanpassung, die zu Brückenbildung oder unzureichenden Fersenkehlen führt.

Dieser Footprint wurde so ausgelegt, dass bewährte DFA-Praktiken beim Löten des zentralen Pads umgesetzt werden, um das Aufsaugen von Lot und ein Verrutschen während des Lötens zu verhindern.

PCB-Designregeln für DFA

Um ein konsistentes DFA sicherzustellen, sollten Richtlinien über automatisierte Designregeln statt über manuelle Prüfung durchgesetzt werden. Beziehen Sie konkrete Grenzwerte direkt von Ihrem PCB-Bestücker, z. B. Bauteilabstände, Pastenapertur-Verhältnisse und Toleranzen. Verlassen Sie sich nicht auf allgemeine IPC-Standardwerte, da diese möglicherweise nicht mit den Fähigkeiten Ihres Bestückers übereinstimmen, insbesondere bei Fine-Pitch-Bauteilen.

Übernehmen Sie die vom Bestücker vorgegebenen Grenzwerte direkt in das Designregelsystem Ihrer PCB-Software, um Bestückungsfehler zu verhindern. Dazu gehört die Definition von Regeln für Courtyard-Abstände von Bauteilen, Pastenmasken-Erweiterung und Lötstoppmasken-Registrierung, damit die Design Rule Check potenzielle Probleme vor der Fertigung erkennt.

• Minimaler Bauteil-zu-Bauteil- Courtyard-Abstand, abgeleitet aus der Dokumentation der Bestückerfähigkeiten
• Lötstoppmasken-Erweiterung je nach Pad-Typ, mit Unterscheidung zwischen SMD- und NSMD-Pad-Definitionen
• Mindestwerte für das Flächenverhältnis der Pastenapertur, typischerweise 0,66 oder höher für eine zuverlässige Pastenfreigabe
• Pick-and-Place-Sperrbereiche in der Nähe von Leiterplattenkanten und Werkzeuglöchern
• Via-in-Pad-Regeln für Thermal-Pad-Muster, einschließlich Anforderungen an Tenting oder Füllen

In Altium Designer können all diese Einschränkungen mit dem PCB Design Rules and Constraints Editor oder mit dem neueren Constraint Manager umgesetzt werden. Benutzer von Plattformen wie Cadence OrCAD/Allegro und Siemens PADS/Xpedition sind eher mit der Oberfläche des Constraint Manager vertraut, was den Übergang zur leistungsfähigeren Designoberfläche in Altium Designer erleichtert.

PCB-Bestückungs-Review

Die oben aufgeführten Faktoren werden hauptsächlich während der PCB-Layoutphase umgesetzt und bei der Bestückung physisch realisiert. Wenn Sie jedoch vor der Fertigung kein Bestückungs-Review durchführen lassen, ist es möglich, dass eine suboptimale PCB produziert wird, die nicht vollständig mit den DFA-Fähigkeiten übereinstimmt. Bei einfacheren Leiterplatten mit großformatigen SMD-Bauteilen oder großen Durchkontaktierungen mag dies unkritisch sein. Bei dichten PCBs, HDI PCBs oder Flex-/Rigid-Flex-PCBs führt das Nichtbeachten der Bestückergrenzwerte jedoch wahrscheinlich zu Fehlern bei der PCB-Bestückung.

Aus diesem Grund sollten Designer in Betracht ziehen, ihre Fertigungsdaten zur Prüfung an einen PCB-Bestücker zu senden. So lassen sich einfache Designprobleme erkennen, die zu Fehlern führen würden, und diese können korrigiert werden, bevor die unbestückten Leiterplatten gefertigt werden. Geschieht dies nicht, insbesondere bei der Fertigung in größeren Stückzahlen, sollten Sie mit Fehlern, Nacharbeit und sogar verschrotteten PCBs rechnen.

Um mehr über PCB-Bestückungsdaten als Teil eines umfassenden Fertigungspakets zu erfahren, sehen Sie sich das folgende Video an.

Ganz gleich, ob Sie zuverlässige Leistungselektronik oder fortschrittliche digitale Systeme entwickeln möchten – nutzen Sie Altiums vollständigen Satz an PCB-Designfunktionen und erstklassigen CAD-Tools. Altium bietet die weltweit führende Plattform für die Entwicklung elektronischer Produkte – mit den besten PCB-Designtools der Branche und Funktionen für die fachübergreifende Zusammenarbeit in fortschrittlichen Entwicklungsteams. Kontaktieren Sie noch heute einen Experten bei Altium!

Häufig gestellte Fragen

Welche Dateien werden für die PCB-Bestückung benötigt?

Das minimale Paket für die PCB-Bestückung umfasst eine Stückliste und eine Pick-and-Place-Datei. Professionelle Fertigungspakete sollten außerdem eine Bestückungszeichnung mit Bauteilpositionen, Ausrichtungskennzeichnungen, mechanischen Details, Revisionsinformationen und Montagehinweisen enthalten.

Welche Informationen sollten in einer PCB-Bestückungszeichnung enthalten sein?

Eine PCB-Bestückungszeichnung sollte den Platinenumriss, Abmessungen, Bauteilumrisse, Referenzkennzeichen, Polaritätsmarkierungen, Pin-1-Kennzeichnungen, Befestigungsmaterial und Detailansichten zeigen. Außerdem sollte sie Montagehinweise, spezielle Prozessanforderungen, Zeichnungsnummern und Revisionsinformationen enthalten.

Wie erstellt man in Altium Designer eine PCB-Bestückungszeichnung?

In Altium Designer können Entwickler mit Draftsman automatisch Bestückungsansichten aus dem PCB-Dokument erzeugen. Draftsman unterstützt außerdem benutzerdefinierte Vorlagen, BOM-Tabellen, Notizen, Beschriftungen, Projektparameter und isometrische Platinenansichten.

Was ist der Unterschied zwischen ODB++ und IPC-2581?

ODB++ ist ein proprietäres intelligentes PCB-Datenformat, während IPC-2581 ein offener, herstellerneutraler IPC-Standard auf Basis von strukturiertem XML ist. Beide können Fertigungs-, Bestückungs-, Bauteil-, Verbindungs-, Stackup-, Test- und Inspektionsdaten in einem einzigen Fertigungspaket zusammenführen.