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Der Nutzen steht und fällt mit der Anzahl der eingegebenen Regeln

Bricht man das Design einer Leiterplatte auf seine beiden grundsätzlichen Funktionen herunter, dann geht es zum einen um das Erfassen und Dokumentieren der elektrischen Funktion über ein Schema. Zum anderen ist im Layout alles so zu verdrahten, dass alle Vorgaben eingehalten und das Design produziert werden kann. Durch fortschreitende Miniaturisierung in der Elektronik und eine höhere Funktionsdichte sowie grössere Anforderungen an die Zuverlässigkeit einer Leiterplatte steigt die Anzahl der Designregeln exponentiell an. Gleichzeitig werden die Entwicklungszeiten kürzer. So hat die effektive Verwaltung und Einhaltung aller Designregeln heute eine Schlüsselposition in der Leiterplattenentwicklung eingenommen.

«Früher war alles einfacher.» Diesen Satz hört man im Zusammenhang mit der Leiterplattenentwicklung häufi g. Einst gab es einen lokalen Fertiger, der Layouter hatte die groben Vorgaben für die Fertigung im Kopf und konnte die Layouts erstellen. Vom Entwickler bekam er für die wenigen einzuhaltenden Regeln handschriftliche Notizen. Heute ist dies anders. Designregeln sind komplexer und umfangreicher geworden und widersprechen sich sogar teilweise gegenseitig. Die Anzahl der zu beachtenden Designregeln steigt ähnlich wie bei Moore’s Law; das entspricht alle zwei Jahre einer Verdopplung der Anzahl der zu beachtenden Regeln. Die Toleranzen der Designregeln werden mit jedem Technologiesprung enger. Kleinste Verletzungen der Vorgaben können heute schon dazu führen, dass eine Schaltung nicht mehr zuverlässig funktioniert. Aus den Richtlinien und Notizen von damals sind eine Vielzahl komplexer Regeln geworden, die teilweise durch Simulationen optimiert wurden.

Unter Designregeln (Design Rules) versteht man die Vorgaben für das Layout von Leiterplatten. Physikalische Vorgaben kommen aus der Fertigung, Bestückung und dem Test. So gibt es minimale Abstände und Leiterbahnbreiten, die nicht unterschritten werden dürfen, da kleinere Strukturen im chemischen Ätzprozess nicht aufgelöst werden können. Eine Herstellung ist in dem Fall nicht sichergestellt und es kann zu Kurzschlüssen und Unterbrechungen kommen. Weitere Regeln aus der Fertigung sind minimale Abstände von Bohrung zu Bohrung, Abmessungen für Restringe oder Abstände zu Fräs- oder Ritzkanten. Diese Abstände sind abhängig vom verwendeten Fertigungsprozess und den Maschinen.

Aus der Bestückung kommen die Regeln für das Platzieren und Testen. So gibt es unterschiedliche Abstände, je nachdem in welchem Winkel und mit welchen Nachbarn ein Bauteil platziert wird. Zum Beispiel müssen niedrige Bauteile zu hohen Bauteilen einen grösseren Abstand einhalten, da diese sonst nicht bestückt werden können.

Je nachdem, welches Testverfahren verwendet wird, gibt es besondere Regeln für die Abschattung bei automatischer optischer Inspektion (AOI) oder der mechanischen Zugänglichkeit mit Prüfnadeln oder Testadaptern.

Neben den physikalischen Abständen kommen auch elektrische Vorgaben hinzu. So sind bei höheren Spannungen grössere Abstände zwischen zwei Leitungen notwendig, die ein Überschlagen als Luft- oder Kriechstrecke verhindern. Bei höheren Strömen sind grössere Leitungsquerschnitte erforderlich, die sich durch dickeres Kupfer und/oder breitere Leiterbahnen umsetzen lassen.

 

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