Kleines elektronisches Schaltungsdesign erfordert große Aufmerksamkeit

Mit regelmäßig neu eingeführten Steuern, die zu den steigenden Lebenshaltungskosten hinzukommen, ist es nur eine Frage der Zeit, bis Verbraucher unter den Kettenreaktionen leiden. Es geht mir auf die Nerven, wenn meine Lieblingslokale die Preise erhöhen oder dazu übergehen, ihre Portionen zu verkleinern. Natürlich würde ich es vorziehen, wenn alles beim Alten bliebe, aber ich kann meinen Hunger zumindest stillen, indem ich ein wenig mehr bezahle.

In der Elektronik werden PCB-Designs ebenfalls kleiner, genau wie mein Lieblingsteller Pasta. Während Elektronikunternehmen versuchen, hunderte Funktionen in zunehmend kleinere PCBs zu quetschen, werden Hardware-Designer bis an ihre Grenzen getestet. Von Elektroingenieuren wird erwartet, dass sie mit einer kleineren PCB arbeiten und dabei sicherstellen, dass das PCB-Gerät frei von jeglichen Funktionsstörungen ist. Aufgrund der wachsenden Anzahl von Herausforderungen im PCB-Design ist es wichtig, frühzeitig zu lernen, wie man seine Leiterplatte für ein kompaktes Komponentendesign optimiert.

Nützliche Tipps für kompaktes PCB-Design

Wenn Ihnen gesagt wird, dass Ihre PCB in ein unmöglich kleines Gerätegehäuse passen muss, hier sind einige wichtige Tipps, die Sie befolgen können:

1. Verwenden Sie kleinere Komponenten

Große Bauteile wie ein 0805-Widerstand können das manuelle Prototyping erleichtern, haben aber keinen Platz im kompakten elektronischen Schaltungsdesign. Finden Sie die kleinsten oberflächenmontierten Komponenten, die Ihr Monteur verarbeiten kann, und verwenden Sie diese in Ihrem Leiterplattendesign. Die Verwendung eines Mikrocontrollers wie des Quad Flat Package (QFP) mit Hunderten von Pins kann wertvollen Platz auf der Leiterplatte einnehmen. Tauschen Sie größere Komponenten gegen ein Ball Grid Array (BGA)-Paket aus.

Mehr Platz sparen mit BGA-Komponenten.

2. Verlegen Sie mit kleineren Spuren und Lochgrößen

Die meisten Leiterplattenhersteller können Spuren bis zu 4 mils verarbeiten. Nutzen Sie diese Möglichkeit und machen Sie Ihre Spuren wann immer möglich kleiner. Es gibt natürlich Ausnahmen. Stromspuren und Microstrip-Antennen müssen entsprechend den berechneten Werten entworfen werden. Das Gleiche gilt auch für Bohrgrößen für Vias oder Pads. Sie sparen eine große Menge an Platz, indem Sie beides optimieren.

3. Ordnen Sie Bezeichner systematisch an

Es ist verlockend, Bezeichner zu löschen, um Platz für Leiterbahnen und Komponenten zu schaffen. Das wäre jedoch keine kluge Entscheidung. Stattdessen sollten Sie die Bezeichner verkleinern und in kleinere Gruppen organisieren. Achten Sie darauf, dass die Anordnung die Komponenten in einer systematischen Reihenfolge widerspiegelt. Dies erleichtert auch das Auffinden eines Teils innerhalb einer dicht bestückten Leiterplatte.

4. Mehrschichtige Leiterplattendesigns

Wenn die Anzahl der Leiterbahnen verhindert, dass Ihr Design in einer bestimmten Größe passt, erhöhen Sie die Anzahl der Leiterplattenschichten. Mehrschichtige Leiterplatten sind im Allgemeinen teurer als das Standardlayout mit 2 Schichten. Sie können damit beginnen, die Strom- und Masseebenen in innere Schichten zu verschieben und so eine Leiterplatte mit 4 Schichten zu erstellen. Wenn das immer noch nicht ausreicht, können Sie die Anzahl der Schichten erhöhen, während Sie die Signallagen durch Masseebenen getrennt halten, um Interferenzen zu minimieren.

5. Seien Sie kreativ mit Durchkontaktierungen

Das Verlegen auf einer kompakten Leiterplatte kann zu einer hohen Anzahl von Durchkontaktierungen führen. Und wenn Sie mehrere Lagen von Signalen haben, sind gewöhnliche Durchkontaktierungen eher ein Hindernis als eine Hilfe. Verwenden Sie blinde Durchkontaktierungen oder vergrabene Durchkontaktierungen, um Platz auf beiden Seiten Ihrer Leiterplatte zu sparen. Dies wird die Kosten Ihrer Leiterplatte erhöhen, könnte aber auch den Unterschied ausmachen, um ein kompaktes Design erfolgreich zu verlegen.

6. Effiziente Techniken des Wärmemanagements

Es ist ziemlich sinnlos, wertvolle Zeit damit zu verbringen, Komponenten auf einer kompakten PCB eng zu packen, nur um dann festzustellen, dass die PCB aufgrund von Hitzeproblemen nur eine Woche hält. Dies ist eine der größten Herausforderungen, die das Design kompakter PCBs mit sich bringt. Um Hitzeprobleme zu minimieren, übertragen Sie die Umgebung von wärmeemittierenden Komponenten auf PCB-Kühlkörper. Platzieren Sie genügend thermische Vias, um die Wärme effizient zu verteilen. Falls nötig, verwenden Sie eine dickere PCB, um einen schnellen Temperaturanstieg zu verhindern.

Bei kompakten PCBs kann es heiß hergehen.

7. Führen Sie einen schnellen Routbarkeitstest durch

Ich habe einmal den Fehler gemacht, Tage damit zu verschwenden, zu versuchen, eine physisch unmögliche PCB zu routen, die einfach nicht genug Platz für das Routing hatte. Das war zu der Zeit, als die PCB-Designsoftware noch nicht mit intelligenten Autorouting-Funktionen ausgestattet war. Heutzutage können Sie diese Frustration leicht vermeiden, indem Sie die Software das gesamte Design automatisch routen lassen, um zu beweisen, dass es technisch routbar ist. Wenn die Software in der Lage ist, das Routing in einer angemessenen Zeit abzuschließen, werden Sie es später anhand der voreingestellten Designregeln wahrscheinlich auch routen können.

Wenn Sie ein kompaktes PCB effizient entwerfen und Ihre Erfolgschancen optimieren möchten, hilft eine großartige PCB-Designsoftware. Altium Designer^® ermöglicht es Ihnen, die Durchführbarkeit der Verlegung und die Passgenauigkeit zu testen, während es einfach gemacht wird, blinde Vias in Ihrem Layout einzurichten und zu platzieren. Sie können auch Spur- und Lochgrößen für spezifische Signale anpassen.

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