Wichtig ist nicht der Fortschritt an sich,
                             sondern seine Richtung.
                                            Michail M. Genin

Leiterplattendesign, Leiterplattenlayout, Leiterplattenentflechtung

Die Entflechtung eines PCB`s, steht als finaler Arbeits­schritt am Ende eines umfang­reichen PCB-Design Prozesses. Für ein erfolgreiches Leiter­platten­design müssen zuvor die Eigen­schaften des gewünschten Produktes festgelegt, die hierfür ge­eigneten Komponenten gefunden und diese in einem Schalt­bild ent­sprechend verknüpft werden.

Auch sind die zu erwartenden Um­gebungs­bedin­gungen und - Einfluss­größen, sowie erforder­lichen Normen und Sicher­heits­anforder­ungen zu unter­suchen. Die Möglich­keiten bei der späteren Leiter­platten­be­stückung und die An­forder­ungen an Prüf- und Test­ab­läufe müssen eben­falls im PCB Design mit be­rück­sichtigt werden.

Die Leiterplattenentflechtung ist also nur ein Teil­bereich in dem komplexen Prozess des Leiter­platten­designs. Eine Person alleine kann alle Punkte nicht in Gänze über­schauen, be­wer­ten und be­arbeiten. Daher setzen sich zu Beginn Kaufmann, Produkt Designer, Fertiger, Mechanik Konstruk­tion, Program­mierer, Elektronik Ent­wickler und Leiter­platten Designer, vielleicht auch nur Virtuell, an einen Tisch, und er­arbeiten gemein­sam die Ziel­vor­gaben.

Auch wenn das Leiter­platten­design also nur als Team­arbeit erfolg­reich sein kann, wird mit dem Begriff Leiter­platten Designer, die Person benannt, bei der die Summe der An­forder­ungen zu­sammen treffen und die diese dann final in dem Leiter­platten­ent­wurf um­setzt. Ein geübter Leiter­platten Designer wird auch, aus sich wider­sprechen­den An­forder­ungen, eine optimalen Leiter­platte erstellen. Ent­scheidend ist die richtige Ab­wägung der Ge­wichtig­keit einzelner Be­dingun­gen zwischen "wenn möglich" und "auf jeden Fall".




Checkliste Leiterplattendesign:

Der Stromlaufplan

Meist werden Schaltbilder so groß, dass sich diese nicht mehr auf einem Zeichen­blatt sinnvoll dar­stellen lassen. Die Zeichnung wird dann auf einzelne Zeichen­blätter ver­teilt. Das gesamte Schalt­bild ist dann in so­genannte Teil- bzw. Unter­schaltungen ge­gliedert. Beim ersten Schalt­bild, in dieser Hierarchie spricht man auch von dem "top sheet". Dieses Schalt­bild ist ein meist ein Block­diagramm, welches einen Über­blick in den gesamten Schaltung Aufbau gewährt, in der sich dann die folgenden einzelnen Schalt­bilder, die "sub sheets", wiederfinden.

Ein Übersichtlicher Stromlauf­plan ist die beste Voraus­setzung für eine optimale Platzierung der Bauteile auf dem PCB. Bei umfang­reichen Schaltungen werden die einzelnen Bau­gruppen über­sicht­lich in einzelne Schalt­bild­gruppen zu­sammen­gefasst.

Altium Designer unterstützt hierarchisch auf­ge­baute Designs. Die Hierarchie ergibt sich über Schaltbild­seiten die mit "Sheet Symbols" in die über­ge­ordnete Schaltbild­seite ein­gebunden werden. Im -Hierarchical Design Mode- ist die Spannungs­ver­sorgung über Power Ports -global- über alle Seiten ver­bunden. Einzelne Signale müssen aber zwischen den Schaltbild­seiten durch Ports und Sheet Entrys ver­bunden werden. Eine Ver­bindung durch Netz­namen über eine Schaltbild­seite hinaus ist nicht möglich.

Checkliste Stromlaufplan:

Die Leiterplattenentflechtung

Aus dem Stromlaufplan werden die elektronischen Daten in das PCB über­nommen. Im Altium Designer wird diese Ver­bindung sowohl vom Strom­lauf­plan zum PCB als auch vom PCB zum Schal­bild zurück überwacht. In anderen Systemen geschieht dies meist über Netz­listen die Exportiert und Importiert werden. Von der Mechanik Konstruktion werden die vor­ge­gebenen fixierten Positionen von Kompo­nenten und die Leiterplatten Kontur übernommen. Zusätzlich können auch noch 3D Modelle des Gehäuses und weiterer Teile die den Raum der Leiter­karte und Ihrer Bauteile ein­schränken ein­gelesen werden.

Es folgt die Platzierung der Bauteile. Im Anschluss kann dann mit dem Verlegen der Kupfer­bahnen auf dem PCB be­gonnen werden. Thermo­analysen und Simulationen der Signal­integrität und die regel­mäßige Kontrolle der Design­vorgaben sichern einen erfolg­reichen Design­verlauf. Je nach Umfang ist es sinnvoll die Entwickler und Mechanik Konstruk­tion periodisch in den Arbeits­stand ein­zu­beziehen. Irrwege und falsche Eigen­schaften können so meißt noch ohne grossen Aufwand ab­geändert werden.

Checkliste Leiterplattenentflechtung:

Baugruppen Muster

Wenn die Daten erstellt sind, erfolgt die Leiter­karten­ferti­gung, Be­stück­ung und Prüfung auf die ge­wünsch­ten Eigen­schaften. Die Erkenntnisse aus der Muster­ferti­gung und der prüfen­den Inbetrieb­nahme werden in einem Ab­schließen­den Design Review zusammen­gefasst. Die Praxis zeigt, dass meist in einzelnen Punkten eine Über­arbeitung notwendig ist. Werden Einzel­stücke gefertigt, so kann meist mit Fädel­drähten und anderem Hand­werklichen Geschick die Mani­pulation ausreichend. Für ein Fertigungs­gerechtes Design werden alle Änder­ungen und Erkenntnisse zusammen­getragen, das Design über­arbeitet und ein neuer Musterablauf begonnen. Nach einer erfolgreichen Inbetrieb­nahme und positivem Muster-Review kann eine Freigabe an die Fertigungs­serie gegeben werden. Strichzeichnung Arbeitsplatz Leiterplattendesign