Das beste System für PCB-Designregeln hält Ihre Leiterplatte fehlerfrei.

ECAD-Software hält Designer dazu an, sauber zu arbeiten, indem sie PCB-Designregeln und -Constraints in den Design- und Layout-Tools durchsetzt. Es liegt in der Verantwortung des PCB-Designers, für jedes neue Design die entsprechenden Regeln zu erstellen, mit dem übergeordneten Ziel, Funktionalität und Herstellbarkeit sicherzustellen. Im Laufe der Zeit haben die großen ECAD-Softwareanbieter zwei Formate zur Definition von PCB-Designregeln entwickelt: ein kategoriebasiertes Eingabesystem und ein matrixbasiertes System zur Definition von Constraints.

Beide Formate sind gleichermaßen geeignet und können exakt dieselben Ergebnisse liefern; die Entscheidung für kategoriebasierte oder constraintbasierte Definitionen von Designregeln ist letztlich eine Frage der persönlichen Präferenz. Unabhängig davon, welchen dieser Mechanismen Sie verwenden, sollten Sie ein PCB-Designsoftwarepaket wählen, das Ihnen die Flexibilität bietet, Ihre Definitionen von PCB-Designregeln vollständig zu kontrollieren.

Woher kommen PCB-Designregeln?

Welche Faktoren bestimmen PCB-Designregeln, und warum sind sie wichtig? PCB-Designregeln werden anhand einiger möglicher Anforderungen definiert:

• Herstellbarkeitsvorgaben
• Bestückungsvorgaben
• Anforderungen an die Signalintegrität
• EMI/EMV-Anforderungen
• Definiert als Voraussetzung für HF-Design

Dies ist nur ein Querschnitt der Bereiche, aus denen Designregeln entstehen. Beachten Sie, dass PCB-Designregeln nicht auf einfacher elektrischer Funktionalität basieren. Stattdessen werden die meisten PCB-Designregeln und -Constraints anhand von Fertigungsanforderungen definiert. Wenn eine Leiterplatte nicht gefertigt werden kann, ergibt es keinen Sinn, sie zu entwerfen; deshalb gehören Design-for-Manufacturing-(DFM-)Regeln zu den grundlegendsten PCB-Designregeln in technischen Inhalten der Branche.

PCB-Designregeln im Vergleich zu Constraints

Einige PCB-Designsoftwareprodukte verwenden den Begriff „Regeln“, während andere den Begriff „Constraints“ verwenden. Tatsächlich gibt es nur sehr geringe Unterschiede zwischen einer Designregel und einem Design-Constraint; der Unterschied liegt lediglich im Vokabular, das verschiedene Softwareanbieter verwenden. Die beiden Begriffe werden speziell in Bezug auf die Benutzeroberfläche zum Erstellen von PCB-Designregeln in ECAD-Software verwendet.

Vor diesem Hintergrund neigen Anbieter von PCB-Designsoftware dazu, den Unterschied zwischen einer Regel und einem Constraint wie folgt zu definieren:

• Eine Designregel wird typischerweise in einem kategoriebasierten System definiert, in dem einzelne Regeln unter hierarchischen Kategorien organisiert sind, etwa Routing, Fertigung, Elektrik und Platzierung. Jede Regel wird mit Geltungsbereichsdefinitionen konfiguriert, die festlegen, auf welche Objekte oder Netze die Regel angewendet wird, und Werte werden über spezielle Konfigurationsdialoge eingegeben. Regeln können priorisiert werden, sodass spezifischere Regeln allgemeine Standardwerte überschreiben.
• Ein Design-Constraint wird typischerweise in einem matrixbasierten oder tabellarischen System definiert, in dem Werte direkt in Zellen an den Schnittpunkten von Netzklassen, Lagen oder Objekttypen eingegeben werden. Dieser Ansatz stellt alle Constraint-Werte in einer einzigen tabellenähnlichen Ansicht dar und erleichtert so den direkten Vergleich von Werten über mehrere Netze oder Klassen hinweg.

In der Praxis erzwingen beide Ansätze dieselben geometrischen und elektrischen Prüfungen während der Design Rule Check (DRC). Der Unterschied betrifft ausschließlich die bevorzugte Arbeitsweise: Kategoriebasierte Regeln bieten eine granulare Geltungsbereichsdefinition und Priorisierungslogik, während matrixbasierte Constraints einen schnellen visuellen Vergleich und Massenbearbeitungen über das gesamte Design hinweg ermöglichen.

Altium Designer ist insofern einzigartig, als es die einzige PCB-Designsoftwareplattform ist, die es Benutzern ermöglicht, ihre Design- und Fertigungsanforderungen vollständig entweder als Designregeln oder als Design-Constraints zu definieren. Die primäre Methode verwendet den kategoriebasierten PCB Rules and Constraints Editor, in dem alle unterstützten Designregel-Kategorien hierarchisch aufgelistet sind. Jede Regel wird einzeln mit einer Geltungsbereichsdefinition konfiguriert, die festlegt, auf welche Objekte, Netze oder Netzklassen die Regel angewendet wird.

PCB Rules and Constraints Editor in Altium Designer

Altium Designer bietet außerdem einen Constraint Manager, der einen matrixbasierten Ansatz zur Festlegung von Designanforderungen verwendet. Diese Oberfläche stellt alle Design-Constraints in einem tabellarischen Tabellenformat dar, das Benutzern anderer ECAD-Softwareplattformen, einschließlich älterer Plattformen wie Cadence Allegro und Mentor Graphics, sofort vertraut sein wird. Die Matrixansicht ermöglicht es Designern, alle Constraint-Werte gleichzeitig zu sehen, Einstellungen über Netzklassen hinweg auf einen Blick zu vergleichen und Sammelbearbeitungen vorzunehmen, ohne durch einzelne Regeldialoge navigieren zu müssen.

Constraint Manager in Altium Designer

Mit beiden Ansätzen erhalten Designer die volle Kontrolle über die Spezifikationen ihres Designs, was dazu beiträgt, viele der einfacheren Probleme zu vermeiden, die zu Fehlern in der Fertigung führen können. Um auf die wichtigsten Designregeln in beiden Ansätzen zuzugreifen, bietet die folgende Tabelle nützliche Referenzhinweise und Zugriffsinformationen. Folgen Sie diesen Anweisungen oder lesen Sie die Altium-Dokumentation, um mehr zu erfahren.

Typen und Kategorien von PCB-Designregeln

Die wichtigsten Designregeln für ein neues Design lassen sich anhand der Produktspezifikation und der Fähigkeiten des Leiterplattenherstellers bestimmen. Einige Werte für Designregeln müssen eventuell von Hand berechnet werden, basierend auf verschiedenen möglichen Faktoren:

• Empfehlungen oder Leistungsziele in bestimmten Industriestandards
• Direkt aus den Fähigkeitsangaben des PCB-Fertigers
• Mechanische Randbedingungen, etwa durch ein Gerätegehäuse
• Signalintegritätsvorgaben, etwa Impedanz oder Leiterbahn-zu-Leiterbahn-Abstand
• Power-Integrity-Anforderungen, etwa aus Berechnungen zur minimalen Kupferschienengröße

Einfache Designregelwerte können numerisch eingegeben werden, insbesondere bei einem Constraint-Management-Ansatz mit einer numerischen Matrix. Zu den häufigsten davon gehören Abstandswerte zwischen Kupferstrukturen, Bauteilen, mechanischen Elementen, Bohrlöchern, Schlitzen und der PCB-Kante.

Die folgende Tabelle bietet eine Zusammenfassung der gängigsten PCB-Designregeln, die auf nahezu jedes Projekt zutreffen. Diese Regeln erstrecken sich über mehrere Kategorien hinweg (Routing, Herstellbarkeit usw.) und bilden eine nützliche Checkliste für die Regeldefinition in einem neuen Projekt.

PCB-Design Rule Checks (DRCs)

PCB-Design Rule Checks werden automatisch (online) und als Gruppenprüfungen (Batch) ausgeführt, um sicherzustellen, dass die Elemente einer PCB Ihren Designregeln und -Constraints entsprechen. Online-Prüfungen kennzeichnen Fehler bereits während Sie das PCB-Layout erstellen, während Batch-Prüfungen gegen alle relevanten Designregeln in der PCB ausgeführt werden.

Sobald Verstöße gemeldet werden, muss der Designer einige dieser Verstöße zur Korrektur priorisieren, was zu Änderungen im PCB-Layout führt. Das Ziel in jedem Design besteht darin, null DRC-Verstöße zu erreichen, was nach dem ersten DRC-Lauf häufig gewisse Änderungen am PCB-Layout erfordert.

Der Prozess, DRC-Verstöße auf null zu reduzieren, umfasst die sorgfältige Aktualisierung des PCB-Layouts, um diese Fehler zu beheben, wobei oft viele kleinere Anpassungen am Design vorgenommen werden, bis die Fehler beseitigt sind. Meistens betreffen diese Fehler geringfügige Positionsänderungen verschiedener Objekte im PCB-Layout oder möglicherweise ein Umrouten einiger Leiterbahnen bzw. Aktualisierungen von Polygonflächen. Am Ende dieses Prozesses erstellt der Designer ein vollständig bereinigtes PCB-Layout, das mit den zu Beginn des Projekts definierten Constraints übereinstimmt.

Bedeuten null DRCs = null Fehler?

Die Antwort auf diese Frage ist ein eindeutiges „Nein“.

Dies liegt daran, dass es viele Fehlerursachen gibt, die außerhalb der Kontrolle des Entwicklers liegen oder nicht durch das PCB-Layout beeinflusst werden. So können sich beispielsweise der Stackup-Entwurf und die Verarbeitung bei bestimmten Designs auf Fertigungsfehler auswirken, obwohl das PCB-Layout keinerlei DRC-Verstöße enthält. Um sicherzustellen, dass ein Design fehlerfrei ist, muss man weit über das PCB-Layout hinausblicken und ein ganzheitliches Verständnis des PCB-Designs haben – vom Stackup bis hin zur Spezifikation von Masterzeichnungen für die Fertigung.

Um mehr über einige häufige Ursachen von Fehlern außerhalb des PCB-Layouts zu erfahren, sehen Sie sich das folgende Video an. Prüfen Sie, ob Sie erkennen können, welche dieser Probleme durch Entscheidungen im PCB-Layout sowie durch das Festlegen von Designregeln/-constraints in Ihrer ECAD-Software beeinflusst werden können.

Ganz gleich, ob Sie zuverlässige Leistungselektronik oder fortschrittliche digitale Systeme entwickeln müssen – nutzen Sie Altiums vollständigen Funktionsumfang für das PCB-Design und seine erstklassigen CAD-Tools. Altium bietet die weltweit führende Plattform für die Entwicklung elektronischer Produkte – mit den besten PCB-Designtools der Branche und fächerübergreifenden Kollaborationsfunktionen für fortschrittliche Entwicklungsteams. Kontaktieren Sie noch heute einen Experten bei Altium!

Häufig gestellte Fragen

Woher stammen PCB-Designregeln in einem neuen PCB-Projekt?

PCB-Designregeln stammen aus Fertigungsgrenzen, Bestückungsanforderungen, SI/PI-Zielvorgaben, EMI/EMC-Anforderungen, HF-Beschränkungen und mechanischen Anforderungen. Viele grundlegende Regeln, wie Leiterbahnbreite, Abstand, Bohrungsgröße, Restring und Lötstoppmaskenerweiterung, ergeben sich direkt aus den Fähigkeiten des Fertigers.

Was ist der Unterschied zwischen PCB-Designregeln und PCB-Design-Constraints?

Der Unterschied liegt hauptsächlich im Workflow. Regeln werden in der Regel in kategoriebasierten Editoren konfiguriert, während Constraints üblicherweise in Tabellen oder Matrizen eingegeben werden. Beide können während der DRC dieselben Layoutanforderungen durchsetzen.

Sind kategoriebasierte Designregeln besser als matrixbasierte Constraints?

Nein. Kategoriebasierte Regeln eignen sich besser für eine detaillierte Geltungsbereichsdefinition und Priorisierung, während matrixbasierte Constraints besser für Vergleiche und Massenbearbeitung geeignet sind. Welche Wahl am besten ist, hängt vom Design und vom Workflow des Entwicklers ab.

Was prüft eine PCB-Design Rule Check tatsächlich?

Die DRC prüft, ob das Layout den definierten Regeln und Constraints entspricht. Sie kann Verstöße bei Abstand, Breite, Lochgröße, Restring, Lötstoppmaske, Bauteilabstand und High-Speed-Routing kennzeichnen.

Bedeutet das Bestehen der DRC, dass eine PCB keinerlei Fertigungsfehler aufweisen wird?

Nein. Das Bestehen der DRC bedeutet nur, dass das Layout die festgelegten Regeln befolgt. Fehler können dennoch durch Stackup-Entscheidungen, Fertigungsschwankungen, unzureichende Dokumentation, Bestückungsprobleme oder falsche Regelwerte entstehen.