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Funktionalität und Effizienz per Leiterplattendesign

Eine qualitativ gut designte Leiterplatte (Printed Circuit Board, kurz PCB) sollte ein wesentlicher Bestandteil jedes elektronischen Gerätes sein. Es umfasst den Schaltungsentwurf, das Design des Layouts und die Montage der Komponenten auf einem dünnen Basismaterial.

Dazu gehört auch, dass die PCB aus Aspekt der Fertigung optimal entworfen ist, um die Produktionskosten niedrig zu halten, die Zuverlässigkeit sicherzustellen und die Lebensdauer der Baugruppe zu erhöhen. Außerdem muss eine Vielzahl von weiteren Anforderungen erfüllt werden. EPH Elektronik zeigt Ihnen die Grundlagen zum Leiterplattendesign.

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Vier Typen für ein Leiterplattendesign

Es gibt vier Hauptarten von Leiterplatten: einseitige Platinen, doppelseitige PCBs, mehrlagige Leiterplatten und flexible Leiterplatten.

Einseitige Leiterplatten

Einseitige Leiterplatten sind für weniger komplexe Anwendungen geeignet. Die Bauteile und Leiterbahnzüge befinden sich auf einer Ebene. Die PCB besteht in diesem Fall aus einem nichtleitendem Basismaterial und einer Schicht Kupfer. Anwendungsgebiete für einseitige Leiterplatten sind z.B. Fernbedienungen oder Batteriehalter.

Doppelseitige Leiterplatten

Doppelseitige Leiterplatten bestehen aus zwei Kupferschichten, die auf der Ober- und Unterseite eines isolierenden Basismaterials aufgebracht sind. Verwendung finden diese Baugruppen z.B. in Motorregelungen und Schaltnetzteilen.

Multilayer-Leiterplatten

Mehrere Kupferschichten, die jeweils durch ein isolierendes Basismaterial oder Folien (Prepag) voneinander getrennt sind, bilden Multilayer-Leiterplatten. Diese Art des Aufbaus (Stackup) wird für Highspeed-Anwendungen mit hoher Dichte verwendet. Dazu zählen z. B. Mobiltelefone, Fernseher oder Laptops.

Flexible Leiterplatten

Dünne leitende Materialien auf einem biegsamen Basismaterial bilden flexible Leiterplatten. Diese Arten von Leiterplatten sind ideal für tragbare Technologie-Anwendungen, da diese gebogen oder gefaltet werden können und somit auch auf engstem Raum untergebracht werden können.

Vorteile der vier PCB-Varianten

Die Vorteile der verschiedenen Leiterplattentypen hängen von der jeweiligen Anwendung ab. Einseitige Leiterplatten sind kostengünstig und relativ einfach herzustellen, bieten aber nur begrenzte Möglichkeit für die Umsetzung von Designs.

 

Doppelseitige Leiterplatten bieten mehr Möglichkeiten, sind durchmetallisiert und erfordern aber zusätzliche Fertigungsschritte.

 

Mehrlagige Leiterplatten sind teurer, ermöglichen aber die Umsetzung komplexer Schaltungen und eine höhere Packungsdichte der Bauteile.

 

Flexible PCBs unterscheiden sich von starren PCB, weil sie so geformt und angepasst werden können, dass sie in beengte Platzverhältnisse passen. Ihr großer Vorteil ist die perfekte Eignung für tragbare Technik-Anwendungen.

 

Welches ist das beste Leiterplattendesign für Ihr Projekt?

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Vom Entwurf zur voll funktionsfähigen Leiterplatte

Der Entwurf für ein hochwertiges Leiterplattendesign ist keine einfache Angelegenheit und umfasst mehrere Schritte.

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1. Anforderung

Zunächst sollten die elektrischen Anforderungen an die Schaltung, wie Stromversorgung, Signalübertragung und Anschlüsse (z.B. Masseanschluss, Power, etc.), festgelegt werden.

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2. Komponenten

Als Nächstes sollten die Komponenten auf der Grundlage ihrer Leistungsmerkmale und Größenbeschränkungen gewählt werden. Andere Faktoren wie Kosten oder Verfügbarkeit können ebenfalls eine Rolle bei der Auswahl für das Leiterplattendesign spielen.

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3. Auswahl

Die sorgfältige Auswahl der Komponenten und die Einhaltung der Industriestandards bei der Erstellung des Designs sind entscheidend. Es muss sichergestellt sein, dass das Design den elektrischen Anforderungen des Systems entspricht.

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4. Entwurf

Eine richtige Planung und die Berücksichtigung der Fertigungsprozesse sind die Voraussetzungen für ein erfolgreiches Design der Baugruppe. Den Beginn stellt ein erster Entwurf der Schaltung und dessen Übertragung auf die PCB dar. Dieser Entwurf sollte bereits in Übereinstimmung mit Industrienormen wie IPC-2221 oder IPC-7351B erstellt werden.

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5. Prototyp

Im Anschluss erfolgt die Erstellung eines Prototypen, an dem nach der Bestückung erste Tests und Prüfungen durchgeführt und Modifikationen vorgenommen werden können.

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6. Umsetzung

Die gewonnen Erkenntnisse fließen in den endgültigen Entwurf ein und am Ende des Prozesses liegt die ideale Umsetzung der Baugruppe vor.

EPH Elektronik bietet nicht nur ein umfassendes Service-Angebot, wir sind auch der richtige Partner, um individuelle Projekte nach Ihren Anforderungen umzusetzen.

 

Unsere Experten können Ihnen dabei helfen, das richtige Leiterplattendesign für Ihre Anwendung zu finden. Anschließend können wir auf unseren hochmodernen Fertigungslinien bereits kleine bis mittlere Stückzahlen wirtschaftlich für Sie produzieren.

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Fehler, die beim Leiterplattendesign oft gemacht werden

Sie sollten bereits beim Entwurf Ihrer Leiterplatte überlegt vorgehen. Es werden dort noch immer viele Fehler gemacht, welche die Funktionalität der Leiterplatte massiv beeinträchtigen können.

 

Einer der größten Fehler beim Design von Leiterplatten ist die Nichteinhaltung von Industriestandards. Damit Leiterplatten realisierbar sind, müssen bestimmte elektrische und fertigungstechnische Anforderungen erfüllt werden. Es ist von entscheidender Bedeutung, einen Entwurf in Übereinstimmung mit den Richtlinien IPC-2221 oder IPC-7351B zu erstellen.

 

Ein weiterer Fehler ist die Auswahl der Komponenten ohne Berücksichtigung der Größenbeschränkungen und Leistungsmerkmale. Dies kann zu einer ineffizienten Platzausnutzung und schlechtem Lötergebnis führen.

 

Darüber hinaus können unsachgemäß positionierte Leiterbahnen, Durchkontaktierungen und andere Elemente zu Kurzschlüssen und Hardwareausfällen führen. Auch die Auswahl der Oberflächenveredelung wie z.B ENIG (Nickel-Gold) oder ISn (chem. Zinn) hat Einfluss auf das Resultat.

 

Aus diesen Gründen ist es wichtig, sich bei der Erstellung einer Leiterplatte im Voraus vorzubereiten, um kostspielige Fehler zu vermeiden. Auch hier kann Ihnen EPH Elektronik als EMS-Dienstleister beratend zur Seite stehen.

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FAQs

Wie designt man eine Platine?

Der Prozess des Entwurfs einer Platine beginnt mit der Erstellung einer technischen Anforderungsliste. Diese legt den Funktionsumfang, die Spezifikationen und die Auswahl der Komponenten fest. Bevor die fertige Platine produziert wird, müssen im Anschluss an den Testprozess eines Prototypen noch eventuelle Layoutänderungen vorgenommen werden.

Wie ist eine Leiterplatte aufgebaut?

Eine Leiterplatte besteht in der Regel aus einem Kern Basismaterial und mindestens einer oder mehreren Kupfer- und Folienebenen, welches den Stackup bildet. Die metallischen Oberflächen werden mit einer Oberflächenveredelung versehen.

Welche Arten von Leiterplatten gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Leiterplatten, die je nach Anwendung variieren können. Zu den gängigsten Arten gehören einseitige Leiterplatten, doppelseitige Leiterplatten, mehrlagige Leiterplatten und flexible Leiterplatten.