Design-for-Manufacturing-Richtlinien für das PCB-Design: Vermeidung kritischer Designfehler

CircuitStudio

Angebrannte Kuchen im Backofen

 

 

Ich kann Ihnen sagen, ich wäre wohl schon auf dem besten Weg gewesen, der nächste Sternekoch zu werden, wenn ich nicht meinen Ingenieursabschluss gemacht hätte. Nicht weil ich so toll kochen könnte, sondern weil ich nach einem völlig missglückten Versuch, gebratene Reisnudeln zu machen, nicht aufgegeben habe. Ich hatte das Einweichen dieser langen Nudeln vergessen und nun waren sie wie harter Draht und damit auch nicht mehr zu retten. Das war ein gutes Beispiel dafür, was beim Kochen passieren kann, wenn Sie das Rezept nicht genau befolgen.

 

Ebenso wie beim Kochen, sind auch im Elektronikdesign Fehler unvermeidlich. Sie passieren sogar den sorgfältigsten Designern. Aber einige Fehler sind so kritisch, dass Sie die ganze Leiterplatte verschrotten und von vorn anfangen müssen. Wenn Sie geduldig auf den Prototyp einer Leiterplatte warten, damit Sie Ihre Schaltungen testen können, kann dies teure Verzögerungen im Produktentwicklungszyklus nach sich ziehen.

Kritische Designfehler in der PCB-Fertigung

Niemand macht gern Fehler. Aber in der Realität braucht man zwei oder drei Versuche, bis ein Design perfekt ist. Solange wir Fehler in den frühen Entwürfen durch einfaches Durchtrennen von Leiterbahnen oder mit dem Einfügen von Jumpern beheben können, sind die Auswirkungen auf den Entwurfsprozess überschaubar. Anders ist es mit einigen der folgenden Fehler, die Ihre Leiterplatten fast immer ruinieren.

 

1. Verwenden des falschen Footprints

Obwohl die meisten passiven Bauteile in Ausführungen für Durchsteck- oder Oberflächenmontage erhältlich sind, werden integrierte Schaltungen (ICs), insbesondere solche mit Spezialfunktionen, mit nur wenigen Gehäusetypen hergestellt. Das Verwechseln einer SO-Bauform (Small Outline Integrated Circuit SOIC) mit einem Shrink Small Outline Package (SSOP) kann dazu führen, dass ein kleines IC an einen größeren Footprint angepasst werden muss oder umgekehrt.

 

Denken Sie daran, den Gehäusetyp Ihrer Bauteile zu verifizieren, indem Sie deren Datenblätter sorgfältig studieren. Gehen Sie nicht von Annahmen aus, sondern vergewissern Sie sich, dass sowohl die Abmessungen des IC als auch sein Pitch korrekt sind. Ich habe meine Lektion gelernt, als ich einmal fälschlicherweise die schmale Version eines SOIC verwendete, da die breite Version den gleichen Pitch hatte.

 

 

Elektronisches Bauteil auf einem PCB
Verwenden Sie die richtigen ICs, um Designfehler zu vermeiden, die sich auf den Footprint des Designs auswirken.
 

 

2. Fehlausrichtung des Adressbusses

Während meiner frühen Jahre als Designer bedingten die Anforderungen an die Speicherdichte die Verwendung von parallelen Flash- oder SRAM-Speichern. Ich musste mit bis zu 23 Adressbits und 8 Datenbits umgehen. Ein Fehler bei der Anpassung der Adress-Pins des Mikrocontrollers an die Speicherbauteile hätte zu einem unbrauchbaren Prototypen führen können, oder man hätte ein paar Tage damit verbracht, die Signal-Leiterbahnen zu durchtrennen und mit Jumpern neu zu verbinden. Um das zu vermeiden, musste ich den Adressbus des Mikroprozessors und die Art und Weise, wie die einzelnen Speicherchips angeschlossen werden mussten, vollständig verstehen.

 

3. Schlechtes Masseflächen-Design

Die Auswirkungen eines sachgemäßen Masseflächen-Designs sind in einfachen digitalen Schaltungen möglicherweise nicht sofort erkennbar. Sie könnten jedoch ein Los von zwar bestückten, aber inakzeptablen PCBs bekommen, wenn Sie die optimalen Vorgehensweisen für das Design der Masseflächen in Analog‑ oder Mixed-Signal-Schaltungen nicht beachten. Das kann zu Interferenzen und Übersprechen führen, was das schnelle Entwerfen eines verbesserten Designs erforderlich macht.

 

Ich hatte zwar das Glück, PCBs mit schlechten Masseverbindungen noch retten zu können, aber trotzdem vergewissere ich mich bei künftigen Designs jetzt immer, dass die Masseflächen richtig gestaltet sind. Denken Sie daran, analoge und digitale Erdungen an einem einzelnen Punkt zu trennen, wenn es angemessen ist, und den Strompfad zu berücksichtigen.

 

4. Falsche Befestigungsbohrungen

Befestigungsbohrungen können hilfreich für das Eindämmen elektromagnetischer Interferenzen (EMI) sein. Wenn aber die Koordinaten der Befestigungsbohrungen nicht stimmen, wird Ihre gut funktionierende Leiterplatte nicht fest mit ihrem Gehäuse verbunden sein. Stellen Sie sicher, dass Ihre Koordinaten genau stimmen, da sonst Ihre Schrauben nicht richtig festgezogen werden können.

 

Bei Designs, in denen das PCB an einem Gehäuse befestigt wird, ist es wichtig, das PCB-Layout mit den richtigen Koordinaten für die Befestigungsbohrungen zu beginnen, bevor andere Bauteile bestückt werden.

 

 

Arbeiter bohrt ein Loch
Bohren wird nicht helfen, wenn die Position der Bohrung von vornherein falsch ist.

 

 

5. Zu hohe Stromdichte auf dünnem Kupfer

Was kann schon noch schief gehen, wenn alle Möglichkeiten berücksichtigt wurden, indem Sie das Stromversorgungs-Budget für die einzelnen Teilschaltungen geplant haben? Ein häufiger Fehler ist es, den durch die Haupt-Versorgungsspannungs-Leiterbahn fließenden Gesamtstrom nicht zu berücksichtigen. Ein weiterer häufiger Fehler besteht darin, die Kupferbreite zu klein zu wählen. Diese Fehler können zu einer Überhitzung oder in bestimmten Fällen zum vollständigen Durchtrennen des leitenden Kupfers führen. Die richtige Analyse des Stromversorgungs-Budgets dürfte Ihnen klar zeigen, wie breit die Leiterbahn sein muss. Wenn Sie mit einer professionellen PCB-Designsoftware wie Altium Designer arbeiten, können Sie die Vorteile der Tools für die DC-Spannungsabfall-Analyse nutzen, um Ihre Berechnungen zu überprüfen.

 

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