E-Book zur PCB-Herstellung

Leiterplatten haben einen enormen Stellenwert in unserem Leben. Sie finden sich in allem, von unseren Fernsehern und Computern bis hin zu unseren Waschmaschinen und Uhren. Als PCB-Designer verstehen Sie das Blut, den Schweiß und die Tränen, die jede Platine und die Geräte, die sie unterstützen, zur Realität machen. Es ist selten, dass ein PCB-Projekt von Anfang bis Ende reibungslos verläuft. Es gibt jedoch eine Reihe von Schritten, die Sie unternehmen können, um die Effizienz zu steigern und die Anzahl der Stolpersteine im Prozess zu reduzieren. Es ist von größter Wichtigkeit, dass Sie jedem Schritt des Projekts wachsam und engagiert gegenüberstehen, um sicherzustellen, dass Ihr Design rechtzeitig, innerhalb des Budgets und genau so, wie Sie es sich vorgestellt haben, fertiggestellt wird.

Begleiten Sie uns, während wir Themen und Tipps im Zusammenhang mit dem PCB-Herstellungsprozess besprechen, einschließlich: 

• Wie man Fehler bei der Platzierung des Siebdrucks in der PCB-Herstellung verhindert
• Sind Fiducial-Marker-Platzierungen auf PCBs mit modernen Fertigungskapazitäten noch notwendig?
• PCB-Designrichtlinien für die Fertigung: Wie man kritische Designfehler vermeidet
• PCB-CAD-Designrichtlinien für die Fertigung: Wie das Routing von Leiterbahnen Lötstellen beeinflussen kann
• PCB-Design- und Fertigungstipps zur Vermeidung offener Schaltkreise während der PCB-Herstellung
• Wie die Platzierung von Komponenten Ihr Fertigungsbudget machen oder brechen kann

WIE MAN FEHLER BEI DER PLATZIERUNG VON SILKSCREENS IN DER PCB-HERSTELLUNG VERHINDERT

Wenn Sie sich an die Olympischen Spiele von 1996 erinnern, dann wissen Sie von Kerri Strugs starkem Abschluss. Sie vollendete ihren zweiten und letzten Sprung mit einem verletzten Knöchel, sicherte dem US-Team die Goldmedaille und bewies die Wichtigkeit, bis zum Ende durchzuhalten. Und dennoch wissen wir alle, wie verlockend es ist, am Ende eines Projekts nachzulassen und die Wache zu senken, selbst beim Entwurf von Schaltplatten. Eine der letzten Handlungen, bevor ein Design zur Fertigung freigegeben wird, ist die Anpassung der Silkscreen-Bilder und Referenzbezeichner auf der Platine. Meistens wird dieser Schritt jedoch nicht mit der gleichen Sorgfalt wie der Rest des Designs durchgeführt. Dies kann dazu führen, dass das Design vom Hersteller abgelehnt und zur Korrektur an den Designer zurückgesendet wird. Lassen Sie uns einige der potenziellen Probleme mit PCB-Silkscreens betrachten und wie Designer diese vermeiden können.

Stark abschließen wie ein Turner.

WELCHE POTENZIELLEN PROBLEME GIBT ES BEI PCB-SILKSCREENS?

Sie fragen sich wahrscheinlich, was schiefgehen kann. Hier sind einige der Folgen, wenn die letzten Anpassungen am Silkscreen vor dem Versand Ihres Designs nicht vorgenommen werden.

Falsch dargestellte Komponenten: Wenn ein Siebdruck seine vorgesehenen Komponenten nicht genau darstellt, kann dies zu Verwirrung bei den Technikern führen, die Fehlersuche oder Modifikationen durchführen. Dies kann eine Form umfassen, die die zugehörige Komponente oder Pinnummern und Polaritätsindikatoren, die an den falschen Pins sind, falsch darstellt. Man kann sich den Ärger der Platinentechniker vorstellen, wenn sie nach der Plusseite eines Kondensators suchen und feststellen, dass die Polaritätsindikatoren tatsächlich vertauscht sind.

Unlesbarer Siebdrucktext: Wenn der Siebdrucktext unlesbar ist, benötigen die Platinentechniker mehr Zeit, um die Referenzdesignatoren zu interpretieren. Dies liegt oft daran, dass eine zu kleine Schriftgröße für die Lesbarkeit verwendet wird oder die falsche Linienbreite verwendet wird. Linienbreiten, die zu schmal sind, werden nicht erfolgreich auf die Platine gedruckt, während Linienbreiten, die zu groß sind, aufblähen und gleichfalls unlesbar werden.

Referenzdesignatoren auf falschen Komponenten platziert: Manchmal landen die Referenzdesignatoren auf den falschen Komponenten. Dies kann passieren, wenn eine Komponente verschoben, aber nicht der Referenzdesignator bewegt wird, oder es kann ein Fehler seitens des Designers sein. In jedem Fall werden die Platinentechniker, die versuchen, die Platine zu testen, Komponenten prüfen, die nicht mit dem übereinstimmen, was sie im Schaltplan sehen.

Referenzdesignatoren, die so platziert sind, dass sie von montierten Komponenten verdeckt werden: Wir haben auch zahlreiche Beispiele gesehen, bei denen Siebdruck-Referenzdesignatoren unter montierten Teilen enden. Dies ist manchmal in dichten Designs unvermeidlich, aber wir sollten unser Bestes tun, um dies zu vermeiden. Stellen Sie sich erneut die Techniker vor, die versuchen, „C143“ auf Ihrem Design zu finden, wenn der Referenzdesignator nicht sichtbar ist.

Siebdrucktinte, die Metall bedeckt oder in Löcher geht: Siebdrucktinte, die blankes Metall bedeckt, wie z.B. Oberflächenmontagestifte oder durchkontaktierte Löcher, kann tatsächlich dazu führen, dass eine Platine verschrottet wird. Ebenso helfen Siebdruckelemente, die mit anderen Siebdruckelementen kollidieren oder Siebdruck, der über den Rand der Platine hinausgeht, niemandem.

MIT IHREM HERSTELLER ARBEITEN

Der erste Schritt, um solche Fehler zu vermeiden, besteht darin, sich mit den Siebdruck-Designrichtlinien Ihres Leiterplattenherstellers vertraut zu machen. Sie geben Ihnen Informationen über die optimalen und minimalen Schriftgrößen und Linienbreiten. Sie werden Ihnen auch Freiraumspezifikationen für Siebdruck zu anderen Objekten geben können, einschließlich blankem Metall und durchkontaktierten Löchern. Eine gute Kommunikation mit Ihrem Hersteller aufzubauen und zu verstehen, was sie benötigen, bevor Sie ihnen ein Design einreichen, ist ein wesentlicher Schlüssel zur Reduzierung von Fertigungsfehlern.

Lass uns das machen!

WAS KÖNNEN SIE ALS DESIGNER TUN, UM SILKSCREEN-FEHLER ZU MINIMIEREN?

Betrachten Sie Ihr Design mit einem frischen Blick, als ob Sie für die Modifizierung und Fehlersuche auf der Platine verantwortlich wären. Wenn Sie den Ausdruck Ihres Designs Silkscreen durch einen separaten Viewer betrachten können, wird dies bei dieser Überprüfung helfen. Können Sie alle Referenzdesignatoren sehen und lesen? Haben Sie Bauteile mit vielen Pins markiert, um Pin 1 zu finden? Haben Sie die richtige Polarität auf den entsprechenden Teilen angegeben? Wenn Sie den Silkscreen nicht lesen und interpretieren können, dann seien Sie versichert, dass Ihre Techniker es auch nicht können.

Schließlich verwenden Sie die Silkscreen DRCs in Ihrem CAD-System. Stellen Sie sicher, dass Sie auf Silkscreen über blankem Metall, Silkscreen, der in Löcher geht, und Silkscreen-Abstände zu anderen Objekten und weiteren Silkscreen-Elementen überprüfen. Diese Überprüfungen können Sie vor vielen Problemen bewahren.

Lassen wir uns nicht täuschen; das Entwerfen einer Platine kann sehr viel Spaß machen. Tatsächlich kann das finale Handrouting sehr kathartisch sein, besonders nachdem man eine herausfordernde Platzierung und kritische Verlegung abgeschlossen hat. Dennoch muss das Design für die finalen Ausgabedateien vorbereitet werden, und das kann eine mühsame und monotone Aufgabe sein. Es ist nicht ungewöhnlich, dass PCB-Designer der Reinigung des Siebdrucks und anderen auf die Ausgabe bezogenen Aufgaben nicht ihre volle Aufmerksamkeit schenken, weil sie einfach mit dem Design fertig werden und zum nächsten Projekt übergehen wollen. Aber wie ein olympischer Turner muss man stark abschließen. Möchten Sie mehr Ideen, wie Sie Ihr Design mit Siebdruck-DRCs abschließen können? Sprechen Sie mit einem Experten bei Altium.

SIND FIDUCIAL-MARKIERUNGEN AUF PCBs MIT MODERNEN FERTIGUNGSKAPAZITÄTEN NOCH NOTWENDIG?

Vor etwa 10 Jahren habe ich aufgehört, Horrorfilme zu schauen. In meinen jüngeren Jahren genoss ich es wirklich, mich dumm zu erschrecken, aber als ich meine Ingenieurkarriere begann, interessierte ich mich mehr für Action- und Sci-Fi-Genres. Das liegt wahrscheinlich daran, dass ich bei der Arbeit meinen fairen Anteil an Horrorgeschichten bekam, als einfache Fehler in katastrophalen Nachproduktions-Albträumen resultierten.

Als ich meine Karriere im Elektronikdesign begann, waren Durchsteckkomponenten äußerst beliebt und oberflächenmontierte Bauteile eine Seltenheit. Als sich Quad-Flat-Package (QFP) Gehäuse für Mikrocontroller (MCU) durchsetzten, hatte ich keine andere Wahl, als vom alten Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) Footprint zu wechseln. Dies liegt daran, dass PLCC einen zusätzlichen Sockel benötigt, während QFP direkt auf der Leiterplatte montiert werden kann. Soweit ich beurteilen konnte, war es nur eine Frage der Zeit, bis die Chip-Hersteller aufhörten, MCU in PLCC-Gehäusen zugunsten von QFP oder ähnlichen Gehäusen zu produzieren.

Als meine PCB-Montagedienstleister mir eine E-Mail schickten, in der sie erklärten, dass sie nicht in der Lage waren, die MCU auf den 200 von mir bestellten Produktionsplatinen maschinell zu montieren, begann mein Alptraum. Da ich an PLCC-Sockel gewöhnt war, die Durchsteckkomponenten sind, kam mir nicht in den Sinn, Fiducial-Markierungen auf der Leiterplatte vorzusehen. Dieses Versäumnis bedeutete, dass alle MCUs in QFP-Gehäusen mit winzigen Abständen manuell montiert werden mussten.

Dies führte zu einer höheren Ablehnungsquote von Platinen und unzähligen Stunden, die mit der Behebung von Fehlern durch unvollkommene manuelle Lötungen verbracht wurden. Seitdem achte ich immer darauf, in meinen Designs Fiducial-Marker zu verwenden, selbst wenn meine Lieferanten mir sagen, dass sie ihre Maschinen so aufgerüstet haben, dass sie ohne die Marker arbeiten können.

Wenn Sie Fiducial-Marker weglassen, könnten Sie am Ende ein komplettes Durcheinander haben.

WAS IST EIN FIDUCIAL-MARKER UND WIE HILFT ER BEI DER HERSTELLUNG

Bei der PCB-Design ist ein Fiducial-Marker eine abgerundete Kupferform, die als Referenzpunkt für Pick-and-Place-Montagemaschinen dient. Fiducial-Marker helfen den Maschinen, die Orientierung der PCB und ihrer Oberflächenmontagekomponenten mit Paketen, die winzige Abstände haben, wie Quad Flat Package (QFP), Ball Grid Arrays (BGAs) oder Quad Flat No-Lead (QFN), zu erkennen.

Es gibt zwei Arten von Fiducial-Markern, die in PCB-Designs üblich sind: globale Fiducial-Marker und lokale Fiducial-Marker. Globale Fiducial-Marker sind eine Kupferreferenz, die am Rand der PCB platziert wird und es der Maschine ermöglicht, die Orientierung der Platine in Bezug auf die X-Y-Achse zu bestimmen. Platzierungsmaschinen verwenden auch den Fiducial-Marker, um jegliche Schräglage auszugleichen, wenn die PCB eingespannt wird.

Lokale Fiducial-Marker sind Kupfermarkierungen, die außerhalb der Ecke einer Quad-Package-Oberflächenmontagekomponente platziert werden. Sie werden von Bestückungsmaschinen verwendet, um den Footprint einer Komponente präzise zu lokalisieren und Fehler bei der Komponentenplatzierung zu reduzieren. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie fein gepitchte und große Quad-Package-Komponenten in Ihrem Design haben.

Überprüfen Sie immer die Anforderungen an Fiducial-Marker bei Ihrem Hersteller.

SIND FIDUCIAL-MARKER MIT MODERNER FERTIGUNGSTECHNOLOGIE NOTWENDIG?

Ich habe meine PCBs immer mit globalen und lokalen Fiducial-Markern entworfen. Als ich jedoch auf einen Artikel stieß, der die Möglichkeit erklärte, lokale Fiducials wegzulassen, war ich fasziniert. Es machte Sinn, Fiducial-Marker auf kleineren PCBs zu entfernen, um Platz für Signalbahnen zu maximieren.

Aufgrund von Fortschritten in der Fertigungstechnologie können lokale Fiducial-Marker unter bestimmten Bedingungen weggelassen werden. Bei kleineren Platinen können moderne Bestückungsmaschinen SMT-Komponenten nur mit globalen Fiducials platzieren. Fiducial-Marker können auch für Komponenten weggelassen werden, die einen größeren Pitch haben. Zum Beispiel können Oberflächenmontagekomponenten mit Pitches über 1,0 mm und darüber von den neuesten Maschinen präzise platziert werden.

Dazu ist es wichtig, das Ausmaß der Fähigkeiten der Maschinen Ihres Herstellers zu diskutieren, bevor Sie lokale Fiducials in Ihrem Design entfernen. Ich habe auf die harte Tour gelernt, dass nicht alle Hersteller mit Maschinen ausgestattet sind, die mit der neuesten Technologie betrieben werden. Andererseits sollten globale Fiducials niemals aus Ihren Designs weggelassen werden. Selbst wenn Sie mit einigen der fortschrittlichsten Fertigungskapazitäten arbeiten.  

BESTE PRAKTIKEN FÜR DIE VERWENDUNG VON FIDUCIALS IM PCB-DESIGN

Wenn Sie das Beste aus der Maschinenmontage herausholen möchten, müssen Sie Ihre Fiducials richtig platzieren. Es gibt einige wichtige Richtlinien für die Platzierung von Fiducials in Ihrem Design.

1. Der Fiducial wird hergestellt, indem eine nicht gebohrte Kupferschicht in kreisförmiger Form platziert wird. Der Fiducial muss frei von Lötstopplack sein.
2. Die optimale Größe eines Fiducials sollte zwischen 1mm und 3mm liegen. Ein Freiraum, der dem Durchmesser des Markers entspricht, muss eingehalten werden.
3. Für globale Fiducials werden 3 Marker am Rand der Platinen für die beste Genauigkeit platziert. In Fällen, in denen nicht genügend Platz vorhanden ist, ist mindestens 1 globaler Fiducial erforderlich.
4. Der Fiducial-Marker muss einen Abstand von 0,3 Zoll zum Rand der Platine einhalten, ausgenommen den Freiraum des Fiducial-Markers.
5. Für lokale Fiducials platzieren Sie mindestens zwei Fiducial-Marker diagonal am äußeren Rand der oberflächenmontierten Komponente.

Unter Verwendung professioneller PCB-Designsoftware kann ein Fiducial-Marker platziert werden, indem ein Pad eingefügt, die Padgröße auf null geändert und die korrekten Werte für den Durchmesser eingestellt werden.  Benötigen Sie weitere Tipps zum Platzieren von Fiducial-Markern in Ihrem Design? Kontaktieren Sie einen Experten bei Altium.

PCB-DESIGN FÜR DIE FERTIGUNG LEITLINIEN: WIE SIE KRITISCHE DESIGNFEHLER VERMEIDEN

Ich schwöre, ich wäre auf dem Weg gewesen, der nächste MasterChef zu werden, wenn ich meinen Ingenieurabschluss nicht gemacht hätte. Nicht, weil ich unglaublich gut im Kochen bin, sondern weil ich nach einem erschreckenden Versuch, gebratene Reisnudeln zu kochen, nicht aufgegeben habe. Das Versäumnis, diese langen Nudelstränge einzuweichen, führte zu Pasta mit einer harten Drahttextur, die nicht mehr zu retten war. Dies war ein gutes Beispiel dafür, was mit einem Gericht passieren kann, wenn man Anweisungen nicht sorgfältig befolgt.

Wie beim Kochen passieren auch im Elektronikdesign Fehler, selbst bei den akribischsten Designern. Doch einige Fehler sind so gravierend, dass man die gesamte gedruckte Schaltplatte (PCB) verwerfen und von vorne beginnen muss. Wenn man geduldig auf eine Prototyp-PCB wartet, um seine Schaltungen zu testen, kann dies kostspielige Verzögerungen im Produktentwicklungszyklus bedeuten.

KRITISCHE DESIGNFEHLER IN DER PCB-HERSTELLUNG

Wir alle hassen es, Fehler zu machen. Aber in Wirklichkeit braucht es zwei oder drei Anläufe, um das perfekte Design zu erreichen. Solange wir Fehler in den frühen Entwürfen einfach durch das Durchtrennen von Leiterbahnen oder das Einsetzen von Jumperkabeln beheben, ist der Einfluss auf den Entwicklungsprozess minimal. Das Gleiche kann nicht über einige der folgenden Fehler gesagt werden, die fast immer Ihre PCBs ruinieren.

1. Verwendung des falschen Footprints

Während die meisten passiven Komponenten sowohl in Durchsteck- als auch in Oberflächenmontage-Bauformen verfügbar sind, werden integrierte Schaltkreise (ICs), insbesondere spezielle Funktionen-ICs, nur in wenigen Gehäusetypen produziert. Die Verwechslung eines Small Outline Integrated Circuit (SOIC) mit einem Shrink Small Outline Package (SSOP) kann dazu führen, dass man versucht, einen kleineren IC auf einem größeren Footprint unterzubringen, oder umgekehrt.

Vergewissern Sie sich, dass Sie den Verpackungstyp Ihrer Komponenten überprüfen, indem Sie deren Datenblätter gründlich kontrollieren. Machen Sie keine Annahmen und stellen Sie sicher, dass sowohl die Abmessungen des ICs als auch seine Rastergröße korrekt sind. Ich habe meine Lektion gelernt, als ich versehentlich die „schmale“ Version eines SOIC verwendete, da die „breite“ Version dieselbe Rastergröße hatte.

Verwenden Sie die richtigen IC-Komponenten, um Designfehler zu vermeiden, die den Design-Fußabdruck beeinflussen werden.

2. Fehlausrichtung des Adressbusses

Während meiner ersten Jahre als Designer bedeuteten hohe Speicheranforderungen die Verwendung von parallelem Flash-Speicher oder Static Random Access Memory (SRAM). Ich musste mich mit bis zu 23 Bits von Adress- und 8 Bits von Datensignalen auseinandersetzen. Ein Fehler bei der Abstimmung der Adresspins des Mikrocontrollers auf die Speicherkomponenten könnte zu einem unbrauchbaren Prototypen führen oder ein paar Tage damit verbringen, die Signale mit Jumperkabeln abzuschneiden und neu zu verdrahten. Um dies zu vermeiden, musste ich den Adressbus des Mikroprozessors vollständig verstehen und wie jeder Speicherchip verbunden sein sollte.

3. Schlechtes Design der Massefläche

Die Auswirkungen eines ordnungsgemäßen Ground-Plane-Designs sind bei einfachen digitalen Schaltungen möglicherweise nicht offensichtlich. Aber Sie könnten eine Charge bestückter, aber inakzeptabler PCBs haben, wenn Sie die besten Praktiken für die Ground-Plane bei analogen oder gemischten Schaltungsentwürfen ignorieren. Dies kann zu Interferenzen und Übersprechen führen, was es notwendig macht, schnell ein besseres Design zu produzieren.

Während ich das Glück hatte, PCBs mit schlechten Masseverbindungen zu retten, stelle ich nun sicher, dass zukünftige Entwürfe ordnungsgemäße Ground-Plane-Designs einhalten. Denken Sie daran, analoge und digitale Massen an einem einzigen Punkt zu trennen, wenn dies angebracht ist, und berücksichtigen Sie den Stromflusspfad.

4. Falsche Montagelöcher

Montagelöcher können hilfreich sein, um elektromagnetische Interferenzen (EMI) zu reduzieren. Wenn jedoch Ihre Koordinaten für die Montagelöcher abweichen, wird Ihre ansonsten funktionierende Platine nicht sicher in ihrem Gehäuse befestigt sein. Stellen Sie sicher, dass Ihre Koordinaten exakt sind, sonst gibt es möglicherweise keinen klaren Weg, um Ihre Schraube zu sichern.

Für Designs, bei denen die PCB an ein Gehäuse montiert wird, ist es entscheidend, das PCB-Layout mit den richtig platzierten Montagelöchern zu beginnen, bevor andere Komponenten platziert werden.

Bohren hilft nicht, wenn Sie die Lochposition von Anfang an falsch haben.

5. Übermäßige Stromdichte auf dünnem Kupfer

Was könnte schiefgehen, wenn Sie alle Ihre Grundlagen abgedeckt haben, indem Sie Leistungsbudgetberechnungen auf Subschaltkreisebene durchgeführt haben? Ein häufiger Fehler ist es, den Gesamtstrom, der durch die primäre Spannungssignalspur fließt, nicht zu berücksichtigen. Ein weiterer häufiger Fehler ist es, nicht genügend Kupferbreite bereitzustellen. Diese Fehler können zu Überhitzung führen oder in bestimmten Fällen dazu, dass das leitende Kupfer vollständig auseinanderbricht. Die richtige Leistungsbudgetanalyse sollte Ihnen eine klare Angabe der erforderlichen Spurbreite geben. Wenn Sie mit professioneller PCB-Designsoftware arbeiten, wie Altium Designer, können Sie DC-Drop-Analysewerkzeuge nutzen, um Ihre Berechnung zu überprüfen.

PCB-CAD-DESIGN FÜR FERTIGUNGSRICHTLINIEN: WIE DIE LEITERBAHNROUTUNG LÖTSTELLEN BEEINFLUSSEN KANN

Redaktioneller Hinweis: Aija Lehtonen / Shutterstock.com

Vor ein paar Wochen habe ich ein Konzert besucht, das eine Hommage an den Big-Band-Leiter Stan Kenton war. Ich liebe Big-Band-Jazz aus vielen Gründen, einer davon ist die Konfiguration der Musiker und Instrumente in der Band. Normalerweise gibt es etwa 15 bis 20 Musiker auf verschiedenen Instrumenten, und jeder spielt einen anderen Part. Wenn nur eine Person einen Fehler macht, kann das das Gleichgewicht der Nummer, die vom Komponisten so sorgfältig arrangiert wurde, zerstören.

Die Wichtigkeit, dass jedes Mitglied der Band harmonisch zusammen spielt, erinnerte mich an die Wichtigkeit einer korrekt hergestellten gedruckten Schaltplatte. Wenn nur ein Teil nicht richtig gelötet ist, kann die fertige Platine intermittierende Ausfälle haben oder vielleicht überhaupt nicht funktionieren. So wie ein Saxophon, das eine schiefe Note spielt, die ganze Nummer ruinieren kann, kann eine schlechte Lötstelle die gesamte Platine ruinieren. Glücklicherweise können Designregeln für die Fertigung (DFM) Ihnen helfen, saure Lötstellen auf Ihrer Schaltplatine zu vermeiden.

Ein Bereich, in dem DFM-Regeln Ihrer Platine helfen können, mag überraschend kommen. Wie Sie Leiterbahnen auf Ihrer PCB verlegen, kann direkte Auswirkungen auf Lötprobleme haben, und DFM-Regeln bieten hier einige Hinweise. Schauen wir uns jetzt an, wie das Routing von Leiterbahnen Probleme wie kalte Lötstellen oder Tombstoning verursachen kann, damit Sie wissen, was Sie in Zukunft vermeiden sollten.

SPITZE WINKEL BEI LEITERBAHNEN

Das erste Problem, das wir uns ansehen werden, sind spitze Winkel bei Leiterbahnen. Obwohl diese Situation nicht spezifisch zu einem Lötproblem führt, ist es ein Routing-Problem, das in den PCB DFM-Richtlinien erwähnt wird.

Spitze Winkel in Leiterbahnen sind Leiterbahnen, die Ecken haben, die größer als 90 Grad sind. Dies führt dazu, dass die Leiterbahn auf sich selbst zurückkommt. Der Keil, der durch den spitzen Winkel der Leiterbahn entsteht, kann ätzende Chemikalien während des Fertigungsprozesses einfangen. Diese gefangenen Chemikalien werden nicht immer so gereinigt, wie sie es während der Reinigungsphase der Fertigung sein sollten, und werden weiterhin die Leiterbahn angreifen. Dies kann letztendlich dazu führen, dass die Leiterbahn bricht oder intermittierende Verbindungen verursacht.

Routing von Leiterbahnen auf einer PCB

TOMBSTONING VON BAUTEILEN AUFGRUND VON LEITERBAHNENBREITEN

Tombstoning tritt auf, wenn ein kleines Bauteil mit zwei Anschlüssen, wie ein oberflächenmontierter Widerstand, während des Lötens an einem seiner Pads aufrecht steht. Dies resultiert aus einem Erwärmungsungleichgewicht zwischen den beiden Pads während des Lötvorgangs. Welche Seite auch immer zuerst schmilzt, zieht das Bauteil zu dieser Seite und verursacht den Tombstoning-Effekt.

Einer der Faktoren, die dieses Erwärmungsungleichgewicht verursachen können, ist die Verwendung von unterschiedlich großen Leiterbahnen an den beiden Pads. Je breiter die Leiterbahn, desto länger dauert es, bis das damit verbundene Pad aufheizt. Wenn ein Pad des Bauteils eine sehr schmale Leiterbahn hat und das andere Pad eine sehr breite Leiterbahn, wird wahrscheinlich ein Ungleichgewicht beim Lötvorgang auftreten, und ein Pad wird schmelzen und fließen, bevor das andere es tut.

Häufig möchte die Elektrotechnik eine Stromleitung, die für den Hersteller zu breit ist, um zuverlässig gelötet zu werden. PCB-Designrichtlinien für die Fertigung haben Empfehlungen für die minimalen und maximalen Leiterbahnbreiten, die bei unterschiedlich großen Bauteilen verwendet werden sollen, aber das löst möglicherweise nicht Ihr Problem. Der Schlüssel für Sie besteht darin, die Anforderungen sowohl der Elektrotechnik als auch der Fertigung auszugleichen und zu einer gemeinsamen Vereinbarung zwischen den beiden zu kommen. Auf diese Weise können Sie die Bedürfnisse beider Seiten in Ihrem Design erfüllen.

DFM-Regeln können Ihnen helfen, Fertigungsprobleme auf Ihrer Platine zu vermeiden.

KALTE LÖTSTELLEN

Ein weiteres Problem, das beim Verlegen dickerer Leiterbahnen auftreten kann, ist die Bildung einer kalten Lötstelle. Eine kalte Lötstelle liegt vor, wenn das Lötzinn nicht korrekt neu verflüssigt wurde, um eine gute Verbindung herzustellen, oder wenn das Lötzinn sich von der Verbindung zurückgezogen hat. Beim Verlegen einer dicken Leiterbahn aus einem Pad heraus kann es passieren, dass die Größe der dicken Leiterbahn das Lötzinn vom Pad abzieht, wo es benötigt wird, um die Verbindung zum Bauteil herzustellen.

Die Lösung besteht darin, Leiterbahnbreiten zu verwenden, die kleiner als die Pad-Größe sind. Einige DFM-Richtlinien empfehlen eine Leiterbahnbreite von nicht mehr als 0,010 Mil, obwohl dies wiederum ausgeglichen werden muss, um den Bedürfnissen sowohl der Elektrotechnik als auch des Maschinenbaus gerecht zu werden.

Es gibt viel mehr zu PCB-Designrichtlinien für die Fertigung als nur die Empfehlungen zur Leiterbahnenverlegung, die wir Ihnen hier gegeben haben. DFM-Richtlinien helfen Ihnen auch bei der richtigen Platzierung von Komponenten, bei den Größen von Footprints und anderen Aspekten Ihres Designs. Dies wird letztendlich dazu beitragen, dass Ihr Design mit so wenigen Fehlern wie möglich hergestellt werden kann. Eine Leiterplatte, die bei der Fertigung fehlerfrei ist, spiegelt ein gutes und solides Design wider, ähnlich wie wenn man die Stan Kenton Band eine fehlerfreie Interpretation von Intermission spielen hört.

PCB-Designsoftware, wie Altium Designer, verfügt über fortschrittliche Routing-Fähigkeiten und andere Funktionen, um Ihnen besser zu helfen, gemäß Ihren DFM-Regeln zu entwerfen. Dies wird Ihnen helfen, ein Design, das DFM-konform ist, gleich beim ersten Mal Ihrem Hersteller zu liefern.

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Altium Ihnen bei Ihrem nächsten Design helfen kann, um dessen DFM-Konformität zu gewährleisten? Sprechen Sie mit einem Experten bei Altium.

PCB-DESIGN- UND FERTIGUNGSTIPPS ZUR VERMEIDUNG VON UNTERBRECHUNGEN WÄHREND DER PCB-HERSTELLUNG

Ein paar Jahre lang lebte ich in einer Stadt mit einer Schokoladen- und Süßwarenfabrik. Es war eine erstaunliche und schreckliche Zeit, denn man konnte zur Fabrik gehen und „Zweite Wahl“- oder minderwertige Süßigkeiten für etwa 75% unter dem normalen Preis kaufen. Meistens war der Fehler nur kosmetischer Natur, wie etwa das Aufbrechen der Schokolade über dem Karamell, und alles schmeckte völlig in Ordnung.

Wenn ein PCB-Hersteller einen Fehler macht, ist es manchmal nur ein kosmetischer Fehler, und die Platine funktioniert trotzdem. Etwas wie das Fehlausrichten des abschließenden Siebdrucks wird wahrscheinlich die elektrische Leistung nicht beeinflussen, aber eine ähnliche Fehlausrichtung einer Lötstopmaske oder Kupferschicht könnte Ihre Platine komplett ruinieren. Da PCBs dazu bestimmt sind, Elektrizität zu leiten, sind die meisten signifikanten Leistungsdefekte elektrischer Natur, wie offene Schaltkreise, Kurzschlüsse und Routing- oder Materialfehler.

Je nach Quelle machen offene Schaltkreise etwa ein Drittel der PCB-Defekte aus, insbesondere in Form von offenen Lötstellen. Eine Reihe von Problemen kann offene Schaltkreise auf Ihrer Platine verursachen, die von Materialien über Verarbeitung bis hin zur Handhabung variieren. Hier sind die häufigsten Ursachen.

LÖTPASTE

Wenn Lötpaste ungleichmäßig aufgetragen wird, sei es durch variierende Mengen oder durch vollständiges Auslassen einiger Stellen, dann wird es nicht genug geben, um eine feste Verbindung zu bilden. Es könnte zu einem offenen Stromkreis kommen oder zu einer Verbindung, die schwach ist und leicht bricht. Ein weiteres Problem bei Lötpaste ist die ungleichmäßige Reflow-Temperatur über die Oberfläche. Wenn Sie jemals Schokolade in der Mikrowelle erwärmt haben, haben Sie wahrscheinlich heiße Stellen bemerkt, die viel früher schmelzen als der Rest. Die gleiche Art von Variabilität kann während des Lötreflows auftreten. Wenn einige Bereiche nicht die Reflow-Temperatur erreichen und vollständig binden, wird die elektrische Verbindung nicht hergestellt, ähnlich wie wenn ungeschmolzene Schokoladenstücke in Ihrem Kakao oder Frosting-Mix verbleiben.

Wenn Lötpaste aufgetragen wird, und das Verhältnis der Aspekte (die Aperturbreite zur Stencildicke) nicht stimmt, ist es wahrscheinlicher, dass Probleme mit den Lötpastenablagerungen auftreten. Stellen Sie sicher, dass Sie die Schichtdicke, insbesondere Ihrer Lötmaske, mit Ihrem Hersteller überprüfen.

Wie beim Schmelzen von Schokolade muss die Lötpaste überall auf Ihrer Platine Reflow-Temperaturen erreichen.

KONTAMINATION

Niemand möchte kontaminierte Schokolade essen. Auch PCB-Komponenten können kontaminiert werden. Umweltbedingte Kontaminationen können aus einer Vielzahl von Quellen stammen, entweder auf der Platine oder im Lötpaste. Offensichtliche Ursachen sind chemische Verschüttungen, Staub und Partikel in der Luft sowie Öle durch Berührung.

Sogar Feuchtigkeit in der Luft kann zu beschleunigter Korrosion führen. Jede Kontamination oder Korrosion der Pad-Oberfläche oder des Bauteilanschlusses kann verhindern, dass die Lötverbindung korrekt bindet. Überprüfen Sie die Qualitätskontrollen Ihres Herstellers und verwenden Sie interne Handhabung, um sicherzustellen, dass Teile sauber und unbeschädigt bleiben.

Fingerabdrücke auf einer Platine sind eine häufige Kontaminationsquelle, die oft zu Korrosion und schlechten Lötverbindungen führt

LÜCKEN UND RISSE

Durch Oberflächenunregelmäßigkeiten verursachte Lücken können dazu führen, dass Bereiche der PCB ihre Planarität verlieren, was den Abstand zwischen verschiedenen Anschlüssen desselben Bauteils stark variieren lässt und verhindert, dass Anschlüsse während des Reflows überhaupt Kontakt mit der Lötpaste aufnehmen. Dies kommt am häufigsten vor, wenn Sie Verwerfungen der Komponenten oder Unregelmäßigkeiten der Lötstopplackierung haben, kann aber auch durch andere thermische Unstimmigkeiten, Probleme im Schichtenaufbau (wie Luftblasen durch unsachgemäßes Entgasen) oder physisches Fehlbehandeln der Platine entstehen.

Manchmal sind Lücken und Risse schwerwiegend genug, um sichtbar zu sein, aber meistens müssen Sie ein Mikroskop oder Röntgen verwenden, um Probleme zu finden, besonders bei kleineren Verpackungen von Komponenten. Je nach dem Budget, das Sie für die Fehlersuche haben, müssen Sie möglicherweise elektrische Tests verwenden, um den Ort des offenen Stromkreises zu identifizieren und Ihren Hersteller oder ein Testlabor die abschließende Ursachenanalyse durchführen lassen.

Etwas so Einfaches wie das Fallenlassen Ihrer Platine kann Lötverbindungen brechen, besonders wenn sie von Anfang an fragil waren, wie ein Schokoladenei!

Fehler während der Fertigung können zeitaufwendig und kostspielig sein. Sie können den Prozess verbessern, indem Sie Ihre Entwürfe und Herstellerinformationen mit qualitativ hochwertiger Layout-Designsoftware verwalten, wie Altium Designer und Altium Vault.  Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie die Fähigkeiten von Altium Ihnen helfen können, Ihren Entwurfs- und Fertigungsprozess zu verbessern?

Sprechen Sie mit einem Altium PCB-Designexperten.

WIE DIE PLATZIERUNG VON KOMPONENTEN IHR FERTIGUNGSBUDGET MACHEN ODER BRECHEN KANN

Mit jedem neuen PCB-Design kommt ein Zeitpunkt, an dem Entscheidungen getroffen werden müssen, die über die Leistung allein hinausgehen. Der physische Raum wird in der Welt der Gleichungen, Schaltpläne und Oszilloskope leicht übersehen – wir konzentrieren uns oft auf die Signalintegrität über solche Banalitäten wie das Volumen der Komponenten. In den Tagen, als Computer ganze Räume füllten, mussten wir nicht so bewusst mit unserem Platz umgehen. Allerdings haben sich Kosten, Zeit und Platzanforderungen offensichtlich geändert. Es gibt jetzt einen Punkt in der Reise jedes Designers, an dem die Realität ihres Budgets (oder dessen Fehlen) ihnen direkt ins Gesicht schlägt, und wir müssen uns der Bewertung der Kostenauswirkungen unserer Entscheidungen zuwenden – insbesondere, wie unser Board-Layout die Herstellungskosten beeinflusst. Wir haben einen langen Weg sowohl in der Skalierbarkeit der Komponenten als auch in unserem Wissen über die Platzierung von Komponenten zurückgelegt. Aus unseren Fehlern lernend, können wir einige Schlüsselbereiche identifizieren, die dazu beitragen können, Ihr Design in einem budgetfreundlicheren Bereich zu halten.

WAS VERURSACHT, DASS DIE HERSTELLUNGSKOSTEN IN DIE HÖHE SCHNELLEN?

Mit der Technologie, die Fabriken zur Verfügung steht, könnte es scheinen, als wäre auf kleinem Budget alles möglich. Auch wenn dies größtenteils zutreffen mag, wird jeder zusätzliche Schritt im Herstellungsprozess definitiv in Rechnung gestellt. Die Idee eines simplen Designs sollte immer im Hinterkopf behalten werden, da Hersteller für jede zusätzliche Arbeit, die sie leisten müssen, Kosten veranschlagen werden. Dies umfasst schnelle Pick-and-Place-Maschinen, die die Komponenten auf der Platine platzieren, maschinengeführte Lötschritte, das Wenden der Platine, Berührungszeiten durch Fabrikarbeiter und so weiter. Je mehr sie mit Ihrer Platine hantieren müssen, desto höher die Kosten für Sie.

VERMEIDEN SIE KOSTENFALLEN BEI DER HERSTELLUNG, DIE MIT PLATZ ZUSAMMENHÄNGEN

Es gibt hunderte von Tipps und Tricks, auf die Sie zweifellos stoßen und aus denen Sie im Laufe Ihres Designs lernen werden. Die folgenden drei Taktiken sind jedoch Ihre leicht zu erreichenden, budgetfreundlichen Möglichkeiten, die Sie immer im Kopf behalten sollten.

Zusätzliche Schritte in der Herstellung Ihres PCB-Designs werden Kosten verursachen.

• Organisation Ihres Boards. Mit der vielfältigen Technologie zur Montage von Komponenten heutzutage werden wir uns wahrscheinlich dabei wiederfinden, Durchsteckmontage mit Oberflächenmontage-Komponenten zu mischen und zu kombinieren. Dies stellt eine leichte Herausforderung für die Hersteller dar, da es einzigartige Wege gibt, jede Komponente auf der PCB zu installieren und zu löten. Dies wird sicherlich eine Fülle von zusätzlichen Schritten und Berührungszeiten erforderlich machen, um das Board herzustellen – und somit mehr Kosten zu Ihrem gesamten Herstellungsbudget hinzufügen. Wenn es aus Designgründen nicht möglich ist, sich auf eine Montagetechnologie zu beschränken, dann wird das Gruppieren von ähnlich montierten Komponenten auf einer Seite des Boards die Anzahl der Schritte, die zum erfolgreichen Löten solcher Gruppen erforderlich sind, begrenzen. 
• Ausrichtung einzelner Komponenten.Im Laufe Ihres Lebens wurde Ihnen vielleicht gesagt, dass Sie Ihre Enten in einer Reihe halten sollen. Unabhängig davon, wie Sie Ihre Enten (oder anderes Geflügel) über all die Jahre gehalten haben, muss ich Sie an dasselbe alte Sprichwort in Bezug auf Ihr PCB-Design erinnern. Komponenten überall auf der Platine verstreut zu halten, ist keine falsche Praxis, aber Ihre Herstellungskosten werden in neue Höhen schnellen. Ihre Komponenten zueinander ausgerichtet und in einer schönen, ordentlichen Reihe zu halten, wird die zum Löten benötigte Zeit verringern sowie Fehler und zusätzliche Schritte in der Fertigung minimieren. 
• Komponenten auf der Oberseite der Platine halten.Bei der Arbeit mit einer einfachen Zweilagenplatine empfehlen wir, Ihre Komponenten auf der Oberseite der Platine zu platzieren. Abhängig von Ihren physischen Einschränkungen denken Sie vielleicht: "Hey, ich könnte die Hälfte der Komponenten auf einer Seite nehmen und sie auf die Unterseite setzen. Ich würde jede Menge Platz sparen!" Seien Sie jedoch vorsichtig, denn dies könnte zu einem Fertigungsalbtraum werden. In der Montagephase der PCB-Herstellung kann eine schnelle Pick-and-Place-Maschine eine einzelne PCB-Seite schnell bearbeiten. Wenn jedoch Ihre Platine eine zweite Seite für das Pick-and-Place benötigt, könnten Ihre Kosten durch die Decke schießen.

Gute Platzierungstechniken senken die Fertigungskosten Ihrer PCB.

ÜBUNG MACHT DEN MEISTER (UND SENKT DIE FERTIGUNGSKOSTEN) 

Wie bei jedem weltlichen Design gibt es Kunst und es gibt Wissenschaft. Ihr PCB-Design wird ein bisschen von beidem benötigen. Die Organisation der Platine, die Ausrichtung der Komponenten und die Platzierung der Komponenten auf der Oberseite während der Anfangsphasen Ihres Designs zu berücksichtigen, wird Sie auf einem Weg zu einem akzeptablen Kompromiss halten, während die Fertigungskosten auf ein Minimum reduziert werden. 

Eine weitere großartige Möglichkeit, Ihr Fertigungsbudget im Auge zu behalten, ist mit Stücklisten-Management-Tools. Nach all der Mühe, Ihre Kosten durch sorgfältige Bauteilplatzierung zu senken, könnten Sie immer noch auf unerwartete Kosten wegen einer fehlerhaften Stückliste stoßen. Fehler in einer manuell erstellten Stückliste könnten die Fertigung Ihres PCB-Designs verlangsamen oder stoppen, was Zeit und Geld kostet. Glücklicherweise können Sie die Chance dieser Fehler eliminieren, indem Sie Stücklisten-Management-Tools verwenden, um Ihre PCB-Stückliste automatisch zu erstellen.

Ist die Erstellung einer fehlerfreien PCB-Stückliste mit Stücklisten-Management-Tools eine Lösung, die Ihnen hilfreich erscheint? Dann könnten Altiums BOM-Tools die Antwort sein, die Sie suchen. Wenn ja, erfahren Sie mehr, indem Sie mit einem Experten bei Altium sprechen.