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

ECAD-Software sorgt dafür, dass Designer regelkonform arbeiten, indem sie PCB-Designregeln und -Constraints in den Entwurfs- und Layout-Tools durchsetzt. Es liegt in der Verantwortung des PCB-Designers, für jedes neue Design Designregeln 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 zulässig und können exakt dieselben Ergebnisse liefern; die Wahl zwischen kategoriebasierten oder constraintbasierten Definitionen von Designregeln hängt letztlich von persönlichen Vorlieben ab. Unabhängig davon, welchen dieser Mechanismen Sie verwenden, sollten Sie ein PCB-Design-Softwarepaket wählen, das Ihnen die Flexibilität bietet, die Sie zur vollständigen Kontrolle Ihrer PCB-Designregeldefinitionen benötigen.

Woher kommen PCB-Designregeln?

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

• Herstellbarkeitsanforderungen
• Bestückungsanforderungen
• Signalintegritätsanforderungen
• 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 auf Grundlage von Fertigungsanforderungen definiert. Wenn eine Leiterplatte nicht hergestellt werden kann, hat ihre Entwicklung keinen Sinn. Daher gehören Design-for-Manufacturing-(DFM-)Regeln zu den grundlegendsten PCB-Designregeln in technischen Inhalten der Branche.

PCB-Designregeln versus Constraints

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

Vor diesem Hintergrund unterscheiden Anbieter von PCB-Designsoftware in der Regel wie folgt zwischen einer Regel und einem Constraint:

• 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, für welche Objekte oder Netze die Regel gilt, und die Werte werden über dedizierte Konfigurationsdialoge eingegeben. Regeln können priorisiert werden, sodass spezifischere Regeln allgemeine Standardwerte überschreiben.
• Ein Design-Constraint wird typischerweise in einem matrix- oder tabellenbasierten System definiert, in dem Werte direkt in Zellen an den Schnittpunkten von Netzklassen, Lagen oder Objekttypen eingetragen werden. Dieser Ansatz stellt alle Constraint-Werte in einer einzigen tabellenartigen Ansicht dar, wodurch sich Werte über mehrere Netze oder Klassen gleichzeitig leicht vergleichen lassen.

In der Praxis erzwingen beide Ansätze dieselben geometrischen und elektrischen Prüfungen während des Design Rule Checking (DRC). Der Unterschied liegt ausschließlich in der bevorzugten Arbeitsweise: kategoriebasierte Regeln bieten eine granulare Geltungsbereichssteuerung und Priorisierungslogik, während matrixbasierte Constraints einen schnellen visuellen Vergleich und Massenbearbeitung im gesamten Design ermöglichen.

Altium Designer ist insofern einzigartig, als es die einzige PCB-Designsoftwareplattform ist, die es Anwendern erlaubt, ihre Design- und Fertigungsanforderungen vollständig entweder als Designregeln oder als Design-Constraints festzulegen. Die primäre Methode verwendet den kategoriebasierten PCB Rules and Constraints Editor, in dem alle unterstützten Designregelkategorien 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 Benutzeroberfläche stellt alle Design-Constraints in einem tabellarischen Tabellenformat dar, das Anwendern 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 Massenänderungen 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 Defekten in der Fertigung führen können. Um auf die wichtigsten Designregeln in beiden Ansätzen zuzugreifen, bietet die folgende Tabelle nützliche Referenzanweisungen 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 jedes neue Design können auf Grundlage der Produktspezifikation und der Fähigkeiten des Leiterplattenherstellers bestimmt werden. Einige Designregelwerte müssen möglicherweise von Hand berechnet werden, basierend auf mehreren möglichen Faktoren:

• Empfehlungen oder Leistungsziele in bestimmten Industriestandards
• Direkt aus den Fähigkeitsangaben des PCB-Fertigers
• Mechanische Randbedingungen, beispielsweise durch ein Gerätegehäuse
• Signalintegritätsanforderungen, etwa Impedanz oder Leiterbahn-zu-Leiterbahn-Abstand
• Power-Integrity-Anforderungen, beispielsweise aus Berechnungen zur Mindestgröße von Kupferschienen

Einfache Designregelwerte können numerisch eingegeben werden, insbesondere bei einem Constraint-Management-Ansatz mit einer numerischen Matrix. Am häufigsten sind dabei Clearance-Werte zwischen Kupferstrukturen, Bauteilen, mechanischen Elementen, Bohrungen, Schlitzen und der Leiterplattenkante.

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 Regelfestlegung in einem neuen Projekt.

PCB-Design Rule Checks (DRCs)

PCB-Design Rule Checks werden automatisch (online) und gruppenweise (Batch) ausgeführt, um sicherzustellen, dass die Merkmale einer PCB Ihren Designregeln und -Constraints entsprechen. Online-Prüfungen markieren Fehler während Sie das PCB-Layout erstellen, während Batch-Prüfungen anhand aller 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 ist es, auf null DRC-Verstöße zu kommen, und dies erfordert oft ein gewisses Maß an Änderungen am PCB-Layout nach dem ersten DRC-Lauf.

Der Prozess, DRC-Verstöße auf null zu reduzieren, umfasst die sorgfältige Aktualisierung des PCB-Layouts, um diese Fehler zu beseitigen, wobei oft viele kleinere Anpassungen am Design vorgenommen werden, bis die Fehler behoben sind. Meistens betreffen diese Fehler leichte Positionsänderungen verschiedener Objekte im PCB-Layout oder möglicherweise ein Umrouten von Leiterbahnen oder 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 Defekte?

Die Antwort auf diese Frage lautet eindeutig „nein“.

Dies liegt daran, dass es viele Fehlerursachen gibt, die außerhalb der Kontrolle des Designers liegen oder die vom PCB-Layout nicht beeinflusst werden. So können beispielsweise der Lagenaufbau und dessen Verarbeitung bei bestimmten Designs Fertigungsfehler beeinflussen, obwohl das PCB-Layout keinerlei DRC-Verstöße enthält. Um sicherzustellen, dass ein Design fehlerfrei ist, muss weit über das PCB-Layout hinaus gedacht werden; erforderlich ist ein ganzheitliches Verständnis des PCB-Designs – vom Lagenaufbau bis hin zur Erstellung von Masterzeichnungen für die Fertigung.

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

Ganz gleich, ob Sie zuverlässige Leistungselektronik oder fortschrittliche digitale Systeme entwickeln müssen – 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 bereichsübergreifende Zusammenarbeit in fortschrittlichen Designteams. 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, Montageanforderungen, SI/PI-Zielvorgaben, EMI/EMC-Anforderungen, HF-Randbedingungen und mechanischen Anforderungen. Viele grundlegende Regeln – etwa Leiterbahnbreite, Abstand, Bohrungsgröße, Restring und Lötstoppmaskenerweiterung – ergeben sich direkt aus den Fähigkeiten des Leiterplattenherstellers.

Was ist der Unterschied zwischen PCB-Designregeln und PCB-Designeinschränkungen?

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

Sind kategoriebasierte Designregeln besser als matrixbasierte Einschränkungen?

Nein. Kategoriebasierte Regeln sind besser für eine detaillierte Zuordnung des Geltungsbereichs und für Prioritäten, während matrixbasierte Einschränkungen besser für Vergleiche und Massenbearbeitung geeignet sind. Die beste Wahl hängt vom Design und vom Workflow des Designers ab.

Was prüft eine PCB-Design Rule Check tatsächlich?

Die DRC prüft, ob das Layout den definierten Regeln und Einschränkungen folgt. Sie kann Verstöße bei Abständen, Breiten, Lochgrößen, Restringen, Lötstoppmasken, Bauteilabständen und beim High-Speed-Routing kennzeichnen.

Bedeutet ein bestandener DRC, dass eine PCB keine Fertigungsfehler aufweisen wird?

Nein. Ein bestandener DRC bedeutet nur, dass das Layout den definierten Regeln entspricht. Fehler können dennoch durch die Wahl des Lagenaufbaus, Fertigungsschwankungen, mangelhafte Dokumentation, Montageprobleme oder falsche Regelwerte entstehen.