Leiterplattenentflechtung

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Nahaufnahme einer Leiterplatte. Zu sehen ist die oberste Lage mit Leiterbahnen, Vias und Lötpunkten der durchkontaktierten Bauteile auf der anderen Leiterplattenseite.

Die Leiterplattenentflechtung (auch "Layouten" genannt) ist die Übertragung eines elektrischen Schaltplans in eine Form, die die Herstellung einer Leiterplatte ermöglicht. Dabei müssen u. a. Leiterplattentechnologie, Bauteilgeometrien, Lage der Bauteile, Signallaufzeiten, Stromstärken sowie Lage der äußeren Anschlüsse (Steckverbinder) berücksichtigt werden. Diese Arbeit wird durch Layout-Programme (CAD-Systeme) wie z. B. OrCAD, Eagle, Target, Cadence Allegro oder Expedition PCB unterstützt. Insbesondere durch Bauteile-Datenbanken und die Überprüfungen von Design-Regeln erleichtern Layout-Programme die Arbeit bei der Leiterbahnentflechtung. Autorouter-Funktionen, die nach Vorgabe von Design-Regeln die Entflechtung automatisch durchführen sollen, sind nur bei sehr einfachen Layouts sinnvoll einsetzbar. Ausgegeben werden die CAD-Daten für Platinenherstellungen, Bestückungen und Einkauf typischerweise im Gerber-Format sowie als Bill-of-Materials (BOM).

Benutzeroberfläche von TARGET 3001!

[Bearbeiten] Vorgehen bei der Leiterplattenentflechtung

• Anlegen von Bauteilbeschreibungen in der zum Layout-Programm gehörigen Bauteilbibliothek.
• Eingabe des Schaltplanes in das dazugehörige Stromlaufprogramm.
• Eingabe der Leiterplattengeometrie (manuell oder Import der Daten aus einem Mechanik CAD Programm).
• Eingabe der Leiterplattentechnologie, wie:
  • Lagenaufbau
  • Verwendete Via-Technologie
  • Regeln für Leiterbahnbreiten
  • Abstandsregeln

Diese Design-Regeln können unter Umständen sehr umfangreich sein. Sie ermöglichen es aber dem Layouter die Enflechtung mit weniger aufwendigen Iterationen und Fehlerkontrollen durchzuführen.

• Platzieren der Bauteile auf der Leiterplatte. Hierbei platziert man zuerst diejenigen Bauteile welche im Gerätegehäuse nur an bestimmten Stellen untergebracht werden können. Die weitere Platzierung wird so durchgeführt, dass:
  • die Leitungsverbindungen minimal
  • die vorgegenbenen Regeln für die Verbindungen der Bauteile eingehalten werden
  • Vorgaben aus der Leiterplattenfertigung berücksichtigt werden

Die Platzierung erfolgt in der Regel interaktiv. Dabei werden die zur erzeugenden Verbindungen oft als "Gummibänder" zwischen den Anschlüssen dargestellt, um eine vorteilhafte Platzierung zu ermöglichen. Zur Platzierung unkritischer Bauteile am Ende des Platzierens eignen sich heute in nicht sehr "dichten" Designs durchaus auch automatische Platzierhelfer (Autoplacer).

• Falls ein Entflechtungsprogramm (Autorouter) eingesetzt wird, müssen weitere Randbedingungen eingebenen werden. Diese Design-Regeln können unter Umständen sehr umfangreich sein und die Eingabe mehr Zeit in Anspruch nehmen als die Leiterplattenentflechtung durch einen erfahrenen Layouter.
• Bei manueller Entflechtung werden zuerst kritische Leitungen wie Hochfrequenzleitungen oder Busse verlegt. Während der Entflechtung ist es immer wieder nötig einzelne Bauteile wieder unter Einhaltung der Vorgaben zu verschieben.

[Bearbeiten] Grenzen der Entflechtung

Bei sehr dicht belegten Leiterplatten können unter Umständen nicht alle Leiterbahnen verlegt werden, weil für die Verbindung einiger Bauteilanschlusspunkte keine freien „Gassen“ existieren. Früher wurden in der Fertigung die fehlenden Verbindungen durch Drähte von Hand verlegt. Das ist heute aus Kostengründen aber auch aufgrund der technischen Anforderungen (Hochfrequenz, Signallaufzeiten) nur bei wenigen Produkten vertretbar. Dazu kommt, dass in der aktuellen Elektronik strukturbedingt (75 bis 150 μm Leiterbahnen und Abstände) keine Drähte mehr möglich sind.

[Bearbeiten] Vorgaben für die Leiterplattenentflechtung

Bei der Leiterplattenentflechtung sind meist weiter Vorgaben zu beachten.
Dies wären z. B.:

• Einhaltung vom Wellenwiderstand (Impedanz) spezieller Leitungen (z. B. bei Hochfrequenz Ethernet, USB)
• Übersprechen von Leitungen (z. B. bei kompakten Geräten wie Mobiltelefone)
• Einhaltung von Highspeed-Vorgaben (z. B. Leitungslängen bei PCI, PCI-Express)
• Entflechtung unter Berücksichtigung der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit)
• Einhaltung von Isolationsabständen ab ca. 50 V nach Norm (z. B. nach VDE: Abstände für Luftstrecken, Kriechstrecken)