Tipps für Multilayer-Designs: So gestalten Sie jede Schicht optimal

PCB with layers

PCB-Designer entwerfen im Laufe Ihrer Karriere verschiedenste Leiterplatten für diverse Technologien und die unterschiedlichsten Anwendungsszenarien. Dabei stellt jedes Projekt eigene Anforderungen hinsichtlich der Größe und Form der Leiterplatte sowie in Bezug auf Zahl, Konfiguration und Komponenten der PCB-Schichten. Beispielsweise ist für Stripline- und Microstrip-Routing ein bestimmter Schichtenaufbau erforderlich. Zusätzlich müssen Vorgaben zur Signalintegrität, Stromversorgung und thermischen Belastbarkeit eingehalten werden.

Um auch komplexe Projekte souverän meistern zu können, sollten Sie genau wissen, wie Sie die verschiedenen Schichten eines Multilayer-Designs mit dem von Ihnen verwendeten Tool Ihren Anforderungen entsprechend gestalten. Daher zeigen wir Ihnen in diesem Beitrag, wie Sie die Vielseitigkeit und Flexibilität von Altium Designer® bei der Entwicklung von Leiterplattendesigns zu Ihrem Vorteil nutzen. Wenn Sie die folgenden Punkte beachten, sollte Ihnen die Erstellung eigener Multilayer-Designs sehr viel leichter fallen.

Die möglichst zweckmäßige Konfiguration der Schichten Ihres PCB-Designs

Nach der anfänglichen Erstellung des Leiterplattenumrisses für Ihr Design können Sie mit der Konfiguration der einzelnen Schichten beginnen. Altium zeigt Ihnen die verschiedenen Lagen Ihres PCB-Designs im Panel „View Configuration“ an. Sie können dieses Panel öffnen, indem Sie zunächst auf die Schaltfläche „Panels“ klicken und dann im Pull-down-Menü „View > Panels > View Configuration“ auswählen. Alternativ können Sie auch einen Shortcut nutzen und auf der Tastatur auf den Kleinbuchstaben „L“ tippen. In beiden Fällen wird daraufhin das gewünschte Panel angezeigt, das der nachstehenden Abbildung ähnelt.

Screenshot of AD18 view configuration panel layers in best uses for each layer

Die Registerkarte „Layers & Colors“ im Panel „View Configuration“ in Altium Designer

Das Panel „View Configuration“ umfasst insgesamt zwei Registerkarten: „Layers & Colors“ und „View Options“. Wie in der Abbildung oben ersichtlich wird, werden auf der Registerkarte „Layers & Colors“ reichhaltige Informationen und Funktionen bereitgestellt. Obwohl es sich bei der Leiterplatte in dem Beispiel nur um ein einfaches zweischichtiges Design handelt, ist diese Registerkarte so lang, dass wir den Screenshot in zwei Teile zerschneiden mussten, um die Darstellung übersichtlich zu halten. Hier haben Sie die Möglichkeit, Signallagen („Signal Layers“), Bauteilschichten („Component Layers“), mechanische Lagen („Mechanical Layers“) und andere Schichten („Other Layers“) ein- und auszublenden. Außerdem können Sie hier Schichten gruppenweise verwalten, die aktive Schicht festlegen und die Systemfarben konfigurieren.

 

Die zweite Registerkarte des Panels „View Configuration“ ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Unter „View Options“ finden Sie zusätzliche Funktionen zur Anpassung der allgemeinen Einstellungen und der Sichtbarkeit von Objekten. Diese erweisen sich bei der Erstellung der verschiedenen Schichten Ihres PCB-Designs als äußerst nützlich.

Screenshot of AD18 view configuration panel options in best uses for each layer

Die Registerkarte „View Options“ im Panel „View Configuration“

Um Ihrem Design eine neue Schicht hinzuzufügen, öffnen Sie den „Layer Stack Manager“ im Pull-down-Menü „Design“. Daraufhin werden Ihnen Informationen zum Lagenaufbau Ihres Designs angezeigt, ähnlich den in der nachstehenden Abbildung vorfindlichen Angaben zu unserem einfachen Beispieldesign mit nur zwei Schichten. Im Folgenden stellen wir Ihnen die zahlreichen Funktionen vor, mit denen Sie im Layer Stack Manager Änderungen an Ihrem Design vornehmen und Spezifikationen definieren können.


Screenshot of AD18 layer stack manager-2 in best uses for each layer

Der „Layer Stack Manager“ in Altium Designer

Zunächst einmal finden sich, wie in der Abbildung zu erkennen, in der linken oberen Ecke des Layer Stack Manager Schaltflächen, über die Sie Schichten aus einer Liste von vordefinierten Lagenaufbauten laden, speichern oder konfigurieren können. Rechts davon sind weitere Steuerelemente angeordnet, mit denen sich die Maßeinheiten anpassen und Daten kopieren und einfügen lassen. Darunter befindet sich das Hauptfenster des Layer Stack Manager. Hier können Sie lagenspezifische Informationen hinzufügen, ändern oder löschen.

In den Spalten der Tabelle im Hauptfenster sind jeweils die Bezeichnung, die Art und das Material der einzelnen Schichten sowie viele weitere Angaben eingetragen. Dementsprechend finden sich in jeder Zeile die Informationen zu einer bestimmten Schicht, einschließlich aller leitenden und isolierenden Lagen sowie der Lötstoppmasken. Die Inhalte vieler Zellen – wie beispielsweise die Bezeichnung einer Schicht – lassen sich durch einen einfachen Klick auf die entsprechende Zelle und die Eingabe eines neuen Werts ändern. In anderen Fällen erscheint dagegen ein Drop-down-Menü, aus dem dann per Mausklick eine Option ausgewählt werden kann.

Durch einen Rechtsklick in das Hauptfenster rufen Sie ein kleines Menü auf, über das Sie Schichten hinzufügen oder löschen können. Diese Funktionen sind auch über Schaltflächen unterhalb des Hauptfensters verfügbar. Darüber hinaus können Sie die Reihenfolge der Schichten im Lagenaufbau ganz nach Wunsch ändern. In der nachstehenden Abbildung sehen Sie nochmals unser Beispieldesign, das wir nun im Layer Stack Manager um interne Signallagen und die dazugehörigen Isolierschichten erweitert und um die entsprechenden Angaben zur Schichtdicke ergänzt haben.

Screenshot of AD18 layer stack manager-4 in best uses for each layer

Lagenaufbau eines vierschichtigen PCBs im Layer Stack Manager

Die Erstellung von Versorgungslagen für Ihr Multilayer-Design

Möglicherweise benötigen Ihre PCB-Designs auch Versorgungslagen und Masseflächen. Hierfür bietet Altium zwei verschiedene Optionen: Sie können entweder eine Kupferfläche auf einer Signallage erstellen oder eine dedizierte interne Schicht in Ihren Lagenaufbau aufnehmen. Zur Umsetzung der ersten Variante steht Ihnen die Funktion „Polygon Pour“ im Pull-down-Menü „Place“ sowie im Kontextmenü auf dem Hauptbildschirm und auf der Taskleiste zur Verfügung. Eine damit erstellte Polygon-Kupferfläche kann anschließend mit dem gewünschten Stromkreis verbunden und mithilfe verschiedener Parameter individuell angepasst werden – wie in der Abbildung unten dargestellt.

Screenshot of AD18 polygon pour in best uses for each layer

Eine Polygon-Kupferfläche in Altium Designer

Generell stehen Ihnen in Altium zahlreiche Funktionen zur Gestaltung und Verwaltung von Kupferflächen zur Verfügung. Sie können jede Fläche mit einer Bezeichnung versehen, einen spezifischen Füllmodus vorgeben und isolierte Kupferbereiche entfernen. Außerdem lassen sich mithilfe der Polygon-Bearbeitungsfunktionen Kupferflächen modifizieren, aufteilen oder miteinander verschmelzen – um nur einige Beispiele zu nennen.

Doch auch die zweite Variante kann in Altium auf einfache Weise realisiert werden, da der Layer Stack Manager die Erstellung von dedizierten Versorgungs- und Masselagen ermöglicht. Wenn Sie sich für dieses Verfahren entscheiden, müssen Sie im Manager statt einer zusätzlichen Signallage eine neue interne Schicht („Internal Plane“) hinzufügen. Für diese Schicht können Sie dann unter anderem festlegen, wie groß der Mindestabstand zwischen den Kupferflächen und dem Rand der Leiterplatte sein soll. Darüber hinaus bieten die oben vorgestellten Funktionen die Möglichkeit, die Position einer Schicht im Lagenaufbau zu ändern sowie die Schichtdicke und andere Eigenschaften anzupassen. Aus der nachstehenden Abbildung wird ersichtlich, wie dies in unserem Beispiel aussehen würde.

Screenshot of AD18 layer stack manager-6 in best uses for each layer

Lagenaufbau eines sechsschichtigen PCBs im Layer Stack Manager

Kontrolle der Schichtenlayouts mit Designregeln und Routing-Einstellungen

Außerdem bietet Ihnen Altium die Möglichkeit, die Schichten Ihres PCB-Designs mithilfe von Designregeln und Routing-Einstellungen zu gestalten. Diese Funktionen sind über den unten abgebildeten „PCB Rules and Contraints Editor“ zugänglich, den Sie über das Pull-down-Menü „Design > Rules“ öffnen können.

Screenshot of AD18 design rules in best uses for each layer

Definition von Designregeln in Altium Designer

Auf der linken Seite des Fensters des Editors sind verschiedene Routing-Parameter zu sehen, darunter Breite, Topologie und Priorität. In dem abgebildeten Beispiel haben wir den Punkt „Routing Layers“ ausgewählt, um Ihnen zu zeigen, dass Sie genau festlegen können, auf welche Schichten die Routing-Funktionen angewendet werden sollen und wo ihr Einsatz nicht erlaubt ist.

Ergänzend können Sie bei Verwendung der Altium-Auto-Router für jede Schicht eine bevorzugte Routingrichtung definieren, indem Sie zunächst über das Pull-down-Menü „Route > Auto Route > Setup“ das Dialogfeld „Routing Strategies“ öffnen. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche „Edit Layer Directions“, um zum Dialogfeld „Layer Directions“ zu gelangen. Dort finden Sie die unten abgebildete Liste der schichtspezifischen Routing-Richtungseinstellungen, die über Drop-down-Menüs geändert werden können.


Screenshot of AD18 router setups in best uses for each layer

Festlegung der Routingrichtung in Altium

Je nach Anwendungsszenario muss Ihr PCB möglicherweise eine Vielzahl von Funktionen erfüllen. Wenn Sie in der Lage sind, jede einzelne Schicht ihres Multilayer-Designs optimal für diese Anforderungen auszulegen, ist das die beste Werbung für Ihre Fähigkeiten als Designer und Ingenieur. Zum Glück gibt es leistungsstarke PCB-Designsoftware, die Ihnen die Erstellung von Multilayer-PCBs, schichtenübergreifenden Schaltkreisen und Masselagen in beliebigen Formfaktoren erleichtert.

 

Mithilfe der in Altium verfügbaren Funktionen zur Konfiguration von Leiterplattenschichten können Sie alle Designherausforderungen meistern, mit denen Sie konfrontiert werden. Ganz gleich, ob es um ein einfaches Zwei-Schichten-Design oder ein komplexes Flex-Design geht – unsere funktionsreiche PCB-Designsoftware bietet Ihnen in jedem Fall die Konfigurations- und Routingtools, die Sie benötigen, um Ihr Projekt zum Erfolg zu führen.

 

Möchten Sie gern mehr darüber erfahren, wie Altium Ihnen die Erstellung fertigungsgerechter PCB-Designs (Stichwort „DFM“) erleichtern kann? Dann sprechen Sie mit einem unserer Experten.



 

About the Author

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

Visit Website More Content by Altium Designer
Previous Article
Einseitiges oder doppelseitiges PCB-Design? Kostenvergleiche schaffen Klarheit.
Einseitiges oder doppelseitiges PCB-Design? Kostenvergleiche schaffen Klarheit.

Wenn Sie die Kosten einseitiger und doppelseitiger PCB-Designs vergleichen können, hilft Ihnen das bei Desi...

Next Article
Wohin damit? Richtlinien für die Platzierung der Bauteile beim PCB-Layout
Wohin damit? Richtlinien für die Platzierung der Bauteile beim PCB-Layout

Wenn man zum ersten Mal Bauteile auf einer Leiterplatte platzieren muss, kann man schon Respekt vor dieser ...