Ein gut geplantes PCB-Layout entscheidet über Erfolg oder Misserfolg in der Produktion. Komplexe Anforderungen erfordern smarte Lösungen – diese 7 Must-haves sichern den reibungslosen Fertigungsprozess. (Bild: Ersa)
Design meets Production
PCB-Designer haben es nicht leicht – Sie müssen unzählige Anforderungen beachten um die zunehmend komplexeren Schaltungen zu einem funktionalen Produkt zu formen. Die Leiterplatte ist mit dem Hersteller abgestimmt, um optimale Performance zu gewährleisten. Und gerade, wenn Sie denken Sie haben alles erfolgreich zusammengeführt, erklärt die Produktion, dass das Produkt so nicht produzierbar ist.
Wir haben für Sie die 7 wichtigsten Tipps zusammengefasst, welche unerlässlich für ein fertigungsgerechtes Leiterplattendesign sind.
1. Passermarken/Fiducials im Leiterplattenlayout beachten
Jedes Leiterplattenlayout braucht Passermarken! Und zwar mindestens zwei in gegenüber liegenden Ecken. Jede Elektronikfertigung nutzt heute automatische Systeme, die zur optischen Ausrichtung auf Fiducials angewiesen sind. Vermeiden Sie exotische Formen, denn Rechtecke oder Kreise sind in der Regel völlig ausreichend. Kreuze, Ringe, etc. werden zudem teilweise nicht von jedem Visionsystem gut erkannt.
2. Freigestellten Leiterplattenrand einplanen
Eigentlich eine Selbstverständlichkeit, aber seit Jahrzehnten Diskussionspunkt zwischen Entwicklung und Fertigung: der Leiterplattenrand muss freigestellt sein. Denn nahezu jeder Prozess in der Leiterplattenfertigung braucht einen Rand, um die Leiterplatte transportieren zu können. Daher muss dieser von Bauteilen (am besten auch Leiterbahnen) freigestellt sein. Bei doppelseitiger Bestückung muss der Rand zudem beidseitig nutzbar sein. Dabei gilt zu beachten: Je schwerer die Baugruppe wird, umso größer sollte der Rand ausfallen. Immerhin muss diese Auflagefläche das gesamte Gewicht der Baugruppe aufnehmen. Wenn die Packungsdichte keinen Rand zulässt, dann sollten Sie auf einen abtrennbaren Produktionsnutzen ausweichen.
Design meets Production
Im neuen Veranstaltungsformat Design meets Production am 22. – 24. Oktober 2024 in Wertheim erfahren Sie mehr über den Einfluss des Designs auf das Lötergebnis, Eigenschaften von Leiterplatten und Basismaterialien, die Grundlagen der Lötprozesse, Zuverlässigkeit von Lötverbindungen und vieles mehr. Holen Sie sich wertvolles Wissen in den Vorträgen und diskutieren Sie mit den Experten aus verschiedenen Disziplinen, um auch Ihr Unternehmen nachhaltig nach vorn zu bringen.
3. Wählen Sie eine passende Leiterplattenoberfläche
Es gibt nicht die eine Leiterplattenoberfläche, sondern je nach Anwendung zeichnen sich unterschiedliche Stärken und Schwächen ab. Für einfache Applikationen ist HAL noch immer die effizienteste Lösung, für Kleinserien mit hohem technologischem Anspruch ist chemisch Nickel-Gold die gängigste Wahl. Für das Drahtbonden hat sich ENIPIG als gute Allround-Lösung etabliert. Doch für alle Applikationen gilt, die Ausschlüsse zu analysieren: z.B. ist HAL für Finepitch-Anwendungen ungeeignet, und OSP nicht optimal, wenn drei (oder mehr) Lötprozesse durchgeführt werden müssen.
4. Pads symmetrisch anbinden
SMD Zweipoler sollten immer möglichst symmetrisch angebunden werden. Das heißt, die jeweilige Leiterbahnanbindung sollte gleich groß erfolgen. Direkte Anbindung eines Pads an Planes oder massive Querschnittunterschiede der Leiterbahnen sind dabei tabu, um den Grabsteineffekt (Tombstoning) zu vermeiden. Tombstoning zählt zu den häufigsten Lötfehlern im SMT-Bereich. Der Effekt basiert vorrangig auf ungleichmäßiger Wärmeverteilung beim Aufheizen der Pads.
5. Abschattungen vermeiden
Wer bei der Platzierung darauf achtet, dass sehr kleine Bauteile nicht zu dicht an großen Bauteilen platziert werden, verbessert die Erkennungsgenauigkeit der automatisch optischen Inspektion (AOI) enorm, da durch ausreichenden Abstand eine Abschattung durch hohe Bauteile vermieden wird, was die Prüftiefe verbessert.
6. Warum Wärmefallen so wichtig sind
Durchkontaktierte Bohrungen, engl. Plated Through Holes (PTH), sind die übliche Kontaktstelle von THT-Bauteilen. Werden Kupferlagen an die Durchkontaktierung angebunden, sollte das immer mittels einer so genannten Wärmefalle geschehen. Die Wärmefalle ist eine speichenartige Struktur, die den schnellen Wärmeabfluss in die Kupferlagen „bremst“. Diese Maßnahme unterstützt jedes Lötverfahren im THT-Bereich, da die erforderliche Lotfüllung der Bohrung einfacher zu erreichen ist.
7. Fertigungsverfahren kennen
Unerlässlich sind Kenntnis und Verständnis der eingesetzten Fertigungsverfahren für das Produkt bereits in der Design-Phase, denn nur dadurch stellen Sie die richtigen Weichen für eine reibungslose Serienfertigung.