WAS IST EIN PCB? STELLEN SIE DURCH DAS VERBINDEN VON BAUTEILEN ELEKTRISCHE SCHALTUNGEN HER

Zachariah Peterson
|  Erstellt: October 5, 2020

WAS IST EIN PCB? STELLEN SIE DURCH DAS VERBINDEN VON BAUTEILEN ELEKTRISCHE SCHALTUNGEN HER

Was ist ein PCB? Unsere PCB-Definition für Sie: Eine Leiterplatte ist ein elektrischer Schaltkreis, dessen Bauteile und Leiter innerhalb einer mechanischen Struktur verbaut sind.

Altium Designer

Das leistungsstärkste, modernste und am einfachsten zu bedienende PCB-Designwerkzeug für den professionellen Einsatz.

Was ist ein PCB?

Eine Leiterplatte besteht vor allem aus Bauteilen und Leitern

Eine Leiterplatte ist ein elektrischer Schaltkreis, dessen Bauteile und Leiter innerhalb einer mechanischen Struktur verbaut sind. Zu den leitenden Teilen gehören Kupferleiterbahnen, Pads, Kühlkörper oder leitende Flächen. Die mechanische Struktur besteht aus isolierenden Materialien, die sich zwischen den Lagen aus leitendem Material befinden. Die gesamte Struktur ist plattiert und mit nichtleitender Lötstoppmaske und Siebdruck bedeckt, um die Lage elektronischer Bauteile zu kennzeichnen.

Die Leiterplatte wird hergestellt, in dem man Lagen aus leitendem Kupfer mit Lagen aus nichtleitendem Isoliermaterial abwechselt. Während der Herstellung werden die inneren Kupferlagen geätzt, wobei die gewollten Kupferverbindungen übrig bleiben, um die Bauelemente des Schaltkreises miteinander zu verbinden. Nach dem Ätzen wird ein Isoliermaterial auf die Kupferlagen aufgebracht. Dies wird wiederholt, bis die Leiterplatte fertig ist.

Wenn alle Lagen geätzt und miteinander verbunden sind, werden Bauteile auf die Außenlagen der Leiterplatte gesetzt. Solche oberflächenmontierten Bauteile werden automatisch von Robotern aufgebracht, während Durchsteckbauteile manuell bestückt werden. Anschließend werden alle Teile per Reflow-Lötung oder Schwalllötung mit der Leiterplatte verlötet. Die finale Bestückung wird plattiert, bevor eine Lötstoppmaske aufgebracht und per Siebdruck die Beschriftung vorgenommen wird.

Die Geschichte Der Leiterplatten In Der Welt Von Heute

Bevor darauf eingegangen wird, was eine Leiterplatte eigentlich ist, sollten man wissen, welchen Ursprung PCBs („printed circuit boards“) eigentlich haben. Es war ein langer Weg zu den HDI-Designs mit hunderten Bohrungen sowie zu den PCBs, die mit ihren elektrischen Verbindungen praktisch überall eingesetzt werden – von Smartphones über Herzfrequenz-Monitore bis zu Raketen. Der Prozess, der uns von der einfachen Leiterplatte zu den flexiblen PCBs und den Technologien der Zukunft brachte, hat sehr viel Spaß gemacht.

Als es noch keine Leiterplatten gab, wurden elektrische Schaltkreise durch das Anbringen einzelner Drähte an Bauteilen hergestellt. Leitende Verbindungen wurden durch das Verlöten von Metallbauteilen mit Draht gelegt. Größere Schaltkreise mit vielen Bauteilen enthielten dementsprechend viele Drähte. Tatsächlich war die Zahl der Drähte so groß, dass sie sich verhedderten und einen Großteil des Platzes in einem Design einnehmen konnten. Die Fehlersuche war schwierig, worunter wiederum die Zuverlässigkeit litt. Die Herstellung gestaltete sich langwierig, da mehrere Bauteile von Hand mit ihren Drahtverbindungen verlötet werden mussten.

PCB-Definition von Differenzialpaaren

Netzregeln für das Layout werden beim Erstellen des Schaltplans festgelegt

VERBINDEN SIE BAUTEILE MIT NETZEN AUF PCBS

Kommen Sie ohne Drähte aus, indem Sie kupferne Leiterbahnen auf den PCB-Lagen anordnen. Ausgehend vom Schaltplan, können Sie die Bauteile platzieren und ihre Anschlüsse mithilfe klug verlegter Leiterbahnen verbinden. Beginnen Sie mit automatischem Routing und greifen Sie bei wichtigen Netzen auf das manuelle Routing zurück. Altium Designer bietet mit Autorouting Hilfestellung beim Routing mehrerer Netze.

Vergleichen Sie Drähte und Leiterbahnen bei den heutigen Schaltungen.

Bedenken Sie die Vorteile und Nachteile des Designs mit Breadboards

Schauen Sie in Ihren Schaltplan, um die Anforderungen an den Lagenaufbau zu prüfen.

Lesen Sie dann mehr über den richtigen Lagenaufbau

Beginnen Sie mit dem Routing, sobald Ihre Bauteile platziert sind.

Wenden Sie die besten Vorgehensweisen für das Routing an, nachdem das Autorouting die Hauptlast der Arbeit für Sie gemacht hat

Wenn Sie die Anzahl der Netze in Ihrem Schaltplan überdacht und die Routing-Anforderungen für Ihr Layout festgelegt haben, denken Sie über Designregeln und Beschränkungen nach.

Bei Leiterplatten Dienen Schaltpläne Zur Platzierung Und Verbindung Der Bauteile

PCB-Software von heute bietet Schaltplanerfassung zur Definition von Schaltungen und ihren Bauteilen für das Design von Leiterplatten. PCB-Designer arbeiten auf der Grundlage von Schaltplänen und organisieren Bauteile auf einer virtuellen Leiterplatte, deren Abmessungen vom Mechanikentwickler des Designteams festgelegt werden. Das Platzieren der Bauteile und das Routing erfolgen nach Designregeln, die darauf abzielen, etwaiges Rauschen mithilfe sorgfältig geplanter Masseflächen und Impedanzplanung zu minimieren.

Elektronische Produkte von heute stellen verschiedenste Anforderungen – von flexiblen PCBs und oberflächenmontierten Bauteilen hin bis hin zu einer kniffligen PCB-Bestückung. Der Herstellungsprozess lässt sich entscheiden verbessern, wenn die verwendete Software präzise, sicher und organisiert Auskunft über Bohrungen, Leiterbahnen und Materialien geben kann. Auch der Entwurf elektronischer Geräte wird einfacher, wenn die Schaltplanerfassung die Datendateien während des Designprozesses problemlos konvertieren kann.

Was ist ein PCB Parameter

Die Differenzialpaar-Parameter für das Routing werden im Properties Panel festgelegt

NUTZEN SIE DIE DURCHGÄNGIGE EDA-SOFTWAREUMGEBUNG, UM SCHALTPLÄNE AUF LAYOUTS ZU ÜBERTRAGEN

PCB-Designer arbeiten mit Schaltplandesignern zusammen, um die besten Vorgehensweisen für Bauteilplatzierung, Lagenaufbau, Netzeigenschaften und Basismaterialauswahl zu finden. Beschaffung und Lieferkette kommen bei der Materialsuche ins Spiel. Bauteilbibliotheken innerhalb des Werkzeugs verbinden Bezugs- und Preisinformationen mit elektrischen Parametern. Zulieferer werden einbezogen, damit die Materialdefinition für den Lagenaufbau mit dem praktischen Herstellungsprozess übereinstimmen.

Erfassen Sie Schaltkreise in Ihrem Schaltplan-Tool.

Beginnen Sie mit altem Wissen: Die beste Schaltplan-Software vereinfacht die Synchronisierung zwischen Schaltplan und PCB

Nutzen Sie EDA-Software mit gemeinsam genutzten Bibliotheken.

Bessere Zusammenarbeit durch Vereinheitlichung einer umfassenden Sammlung: PCB-Bibliotheksverwaltung

Integrieren Sie die räumlichen und elektrischen Restriktionen für das Produkt.

Vereinheitlichen und individualisieren Sie Designs mit konsequenten und flexiblen, individuellen Regeln und Abfragen

Sie haben die Gewissheit, dass Ihre Footprints und Größenbeschränkungen die durchgängige Umgebung von Altium nutzen, um sich ins Layout zu integrieren.

Entwerfen Sie PCBs In Der Durchgängigen Umgebung Von Altium

PCBs werden in den nächsten Jahren immer technologieintensiver werden. Zum Glück wird auch unsere Designsoftware ständig besser, um Ihnen das Design zu erleichtern. Die geringste Ihrer Sorgen beim PCB-Design sollte sein, wie Sie den Herstellern präzise vermitteln, wie viele Bohrungen Ihre Leiterplatte haben soll, wo die Kupferfolie hingehört oder an welchen Stellen Lötpaste aufgebracht werden soll. Je mehr Lagen ihre Leiterplatte hat, umso dringender brauchen Sie die Referenz unter den CAD-Softwareprodukten für Ihre Kupferstandards.

Altium Designer bietet alle dafür notwendigen Werkzeuge in einer durchgängigen Plattform für das Design und die Herstellung Ihres PCB. Von der Schaltplanerfassung über die Freigabe bis hin zur Produktion, zur mechanischen Dimensionierung und Umrisszeichnung zum Leiterplattenlayout und den Bauteil-Footprints steht Altium Ihnen zur Seite. Während der Schaltplanerstellung lassen sich Regeln festlegen, um High-Speed-Leiterbahnen zum Erreichen vorgegebener Impedanzen zu definieren. Bauteile lassen sich aus einer gemeinsam genutzten Bibliothek auswählen, sodass physische und elektrische Überlegungen Einfluss auf die Auswahl nehmen und den späteren Erfolg sichern können.

PCB-Definition von Differenzialpaaren

Definieren Sie Differenzialpaare bei der Schaltplanerfassung mit Richtlinien

ALTIUM FÜR DAS SCHALTUNGSDESIGN MIT DURCHGÄNGIGEN PCB-WERKZEUGEN

Sie müssen sich keine Sorgen mehr darüber machen, ob die Schaltungsdetails, die Sie in Ihrem Schaltplan erfasst haben, auch in das Layout übernommen werden. Das Design eines PCB mit allem, was dazugehört, wie etwa Substrat, Kupfer, Bohrlöcher, Lagen und Leiterbahnen, ist wie ein Prozess zur Fertigung. Dies muss keineswegs ein besorgniserregender Prozess werden, wenn Ihre Software genaue und leicht lesbare Ausgaben generiert.

Die durchgängige Umgebung von Altium enthält das PCB-Layoutwerkzeug, mit dem Designer die in ihrem Schaltplan festgelegten Netze nachverfolgen können. Arbeiten Sie bei der Schaltplanerfassung mit Direktiven, um Designvorgaben an Ihren Layout-Designer zu übermitteln. Die Leiterplattenumrisse, die zusammen mit Ihrem Mechanik-Team erstellt wurden, können problemlos in das PCB-Layoutwerkzeug von Altium importiert werden. Die Bauteilbibliotheken werden verknüpft und sind damit für die gesamte durchgängige Entwurfsumgebung konsistent. Die Impedanzrechner folgen den im Schaltplan festgelegten Spezifikationen.

Erstellen Sie Ihren Schaltplan mit dem Altium-Werkzeug gleich auf Anhieb richtig.

Beginnen Sie damit, die Schaltplan-Designregeln von Altium einzusetzen

Erstellen Sie Footprints für die Bauteile zur Platzierung auf Ihrem PCB.

Legen Sie die Bauteilplatzierung mit dem Assistenten „IPC Compliant Footprint“ fest

Verbinden Sie die Bauteile mithilfe von Routing-Funktionen.

Verfolgen Sie Netze, um Bauteile mit Routing-Modi zu vernetzen

Überprüfen Sie die Passgenauigkeit de PCB mit Ihrem Mechanik-Team.

Validieren Sie Passgenauigkeit und Funktion durch MCAD-Integration

Die durchgängige Umgebung von Altium Designer bietet alle notwendigen Werkzeuge unter einem Dach. Ausgehend vom Schaltplan im Projektverzeichnis werden Ihre Schaltkreise erfasst und Ihre Netze festgelegt. Hier können Regeln und Vorgaben festgelegt werden, die zur PCB-Layoutumgebung weitergeleitet werden, um den Layout-Designer auf dem Laufenden zu halten. Technische Zeichnungen können einfach in die durchgängige Umgebung importiert werden, sodass die Leiterplattenumrisse auf ihnen basieren. Bauteilbibliotheken werden geteilt, anstatt für die verschiedenen EDA-Werkzeuge jeweils separate Bibiliotheken für dieselbe Leiterplatte vorzuhalten. Durch Bauteilbibliotheken, die im gesamten Unternehmen zugänglich sind können Ihre Schaltungsentwickler leicht verfügbare Bauteile schon früh im Designzyklus auswählen, wodurch das PCB-Layout bis zu seiner Freigabe für die Fertigung gültig bleibt. Das Routing von Netzen erfolgt dank durchgängiger Impedanzberechnungs-Werkzeuge auf hohem Niveau. Flächen werden frühzeitig mit dem Lagenaufbau-Manager organisiert, sodass High-Speed-Signale über eine der nahe der Massefläche verlaufende Streifenleitung geführt werden können.

Lassen Sie Ihre PCBs nicht in die Zeit der Printed Wiring Boards zurückfallen. Überlassen Sie leistungsfähiger PCB-Designsoftware die mühsame Arbeit an Ihrem PCB. Altium Designer ist das beste Werkzeug auf dem Markt, mit dem Sie Ihre Leiterplatte für den modernen Elektronik-Markt entwerfen und herstellen können.


Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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