Neue Tipps für das PCB-Bestückungsdesign im Jahr 2025?

Abstrakt

pcb-Bestückungsdesign ist das Verfahren der Planung und Spezifizierung Wie digitale Komponenten werden auf einer Leiterplatte (PCB) platziert und verlötet, um eine funktionale elektronische Schaltung zu erstellen.

Betrachten Sie es auf diese Weise:

• Eine blanke Leiterplatte ähnelt einem Stadtplan mit leeren Grundstücken und eingezeichneten Straßen.
• pcb-Bestückungsdesign ist der umfassende Bauplan für diese Stadt, der festlegt, welche Gebäude (Elemente) auf welchen Grundstücken stehen, wie sie ausgerichtet sein sollen und welche Maschinen und Verfahren erforderlich sind, um die gesamte Stadt erfolgreich und zuverlässig zu bauen.

Die fertige, bewohnte Platine wird als Leiterplattenbaugruppe (Leiterplattenbestückung) bezeichnet.

Was beinhaltet das pcb-Bestückungsdesign?

Das PCB-Bestückungslayout ist kein einzelner Schritt, sondern ein ganzheitlicher Prozess, der die Lücke zwischen einem akademischen Schaltungsdesign und einem physischen, herstellbaren Produkt schließt. Es umfasst mehrere wichtige Phasen und Überlegungen:

1. Schaltplan-Stil

Dies ist der logische Plan. Es ist ein Layout, das alle Komponenten (Widerstände, Kondensatoren, integrierte Schaltkreise usw.) und die Art und Weise, wie sie elektrisch miteinander verbunden sind, unter Verwendung von Symbolen zeigt.

• Es beantwortet: "Was muss mit was verbunden werden?"
• Es beantwortet NICHT: "Wo werden diese Teile physisch auf der Platine platziert?"

2. Komponentenoption und Materialkosten (BOM).

Dies ist die "Einkaufsliste" für die Schaltung. Für jede Komponente im Schaltplan wählt der Designer eine bestimmte physische Komponente aus. Dies beinhaltet die Auswahl von:

• Planart: Z. B. ein kleiner oberflächenmontierter 0402-Widerstand im Vergleich zu einem großen Durchgangslochwiderstand.
• Hersteller und Teilenummer: Stellt sicher, dass das richtige Teil mit den idealen Anforderungen gekauft wird.
• Auswirkung: Das physische Muster von Pads auf der Leiterplatte, an die die Komponente gelötet wird.

Die Stückliste ist ein wichtiges Dokument für den Einkauf und die Produktion.

3. PCB-Format.

Hier wird der Schaltplan in ein physisches Layout umgewandelt. Unter Verwendung einer bestimmten Software (wie Altium Developer, KiCad oder Eagle) führt der Entwickler Folgendes aus:

• Definiert die Platinenform und -größe: Die physischen Messungen der Leiterplatte.
• Platziert Elemente: Richtet die physischen Komponenten auf der Platine ein. Dies ist ein wichtiger Schritt beim Einrichtungsstil.
• Routenverbindungen: Zeichnet die Kupfer-"Kabel" (Verbindungen), die die Elemente gemäß dem Schaltplan verbinden.

4. Stil für "X" (DFX).

Dies ist der Kern von großartig Einrichtungsstil. Es bedeutet, mit dem Ziel des Abschlusses vor Augen zu entwerfen. Die wichtigsten Aspekte sind:

• Design für die Herstellbarkeit (DFM): Stellt sicher, dass der Stil genau und mit einer hohen Ausbeute erstellt werden kann.
• Beispiel: Sind die Kupferverbindungen und die Räume zwischen ihnen breit genug, damit die Werkzeuge des Herstellers sie ohne Fehler entwickeln können?
• Design für die Montage (DFA): Stellt sicher, dass die Elemente einfach und automatisch auf die Platine gesetzt und gelötet werden können. Dies ist entscheidend für die Automatisierung.
• Beispiel: Sind die Komponenten weit genug voneinander entfernt, damit die Düse des Bestückungsautomaten sie platzieren kann, ohne auf nahegelegene Teile zu stoßen? Sind alle ähnlichen Elemente parallel ausgerichtet, um die Drehung des Gerätekopfes zu minimieren?
• Layout für den Test (DFT): Stellt sicher, dass die zuletzt gebaute Platine untersucht werden kann, um zu bestätigen, dass sie ordnungsgemäß funktioniert.
• Beispiel: Gibt es bestimmte "Testfaktoren" auf der Platine, an denen Sonden Spannungen messen können, um Probleme zu erkennen?

Wichtige Überlegungen beim pcb-Bestückungsdesign.

Ein Entwickler muss wie ein Fließbandroboter denken. Hier sind die funktionalen Details, auf die sie sich konzentrieren:

1. Elementpositionierung: .
2. Freiraum: Ausreichend Platz zwischen den Komponenten lassen.
3. Ausrichtung: Komponenten (insbesondere polarisierte wie Dioden und einige Kondensatoren) korrekt ausrichten. Das Gruppieren ähnlicher Teile beschleunigt die computergestützte Einrichtung.
4. Wärmemanagement: Positionierung von wärmeerzeugenden Teilen dort, wo sie Wärme effizient ableiten können, häufig weit entfernt von wärmeempfindlichen Komponenten.
5. Tailing: Vermeiden Sie es, kleine Komponenten hinter hohen zu platzieren, was während des Reflow-Prozesses zu Lötproblemen führen kann.
6. Montagetechnologie: .
7. Oberflächenmontagetechnologie (SMT): Teile werden direkt außerhalb der Platine platziert. Dies wird aufgrund seiner geringen Abmessungen und Eignung für die Automatisierung für die Mehrheit der modernen Elektronik verwendet.
8. Durchstecktechnik (THT): Komponenten haben Leitungen, die durch Öffnungen in der Platine verlaufen und auf der anderen Seite verlötet werden. Dies wird für Komponenten verwendet, die starke mechanische Verbindungen benötigen, wie z. B. große Adapter oder Kondensatoren. Viele Platinen verwenden eine Mischung aus beidem.
9. Panelisierung: .
10. Für die Automatisierung werden häufig mehrere Kopien einer einzelnen Leiterplatte auf einer größeren Platine, einem sogenannten "Panel", hergestellt. Das Design muss Attribute (wie V-Nuten oder Mausangriffe) enthalten, die es ermöglichen, die einzelnen Platinen nach der Einrichtung schnell und sauber zu trennen.
11. Passermarken: .
12. Dies sind kleine Kupferkreise oder -muster, die auf der Leiterplatte platziert sind. Automatisierte Bestückungsautomaten verwenden Kameras, um diese Passermarken als spezifische Bezugspunkte zu finden, wodurch sichergestellt wird, dass jedes Element mit extremer Präzision platziert wird.
13. Lötstopplack und Lötpaste: .
14. Lötstopplack: Die grüne (oder andersfarbige) Schicht auf einer Leiterplatte. Sie verhindert, dass Lötzinn versehentlich zwischen zwei Pads überbrückt, was zu einem Kurzschluss führen würde.
15. Lötpastenschablone: Der Einrichtungsstil generiert einen Antrag zum Entwickeln einer dünnen Metallschablone. Dieses Muster wird über die blanke Leiterplatte gelegt, und Lötpaste wird durch die Öffnungen gequetscht, wodurch sie vollständig auf den Pads abgelagert wird, auf denen Komponenten platziert werden.
16. Siebdruck: .
17. Dies ist der für Menschen lesbare Text und die Symbole, die auf die Platine gedruckt werden (normalerweise in Weiß). Es besteht aus Elementbezeichnungen (R1, C1, U1), Polaritätsmarkierungen und Firmenlogos. Es ist entscheidend für die manuelle Montage, Prüfung und Reparatur.

Warum ist das pcb-Bestückungsdesign so wichtig?

• Funktionalität: Ein schlechtes Layout kann zu einer Schaltung führen, die überhaupt nicht funktioniert.
• Zuverlässigkeit: Ein großartiges Layout garantiert, dass der Artikel während seiner gesamten Lebensdauer ständig funktioniert, auch unter Spannung.
• Kosten: Intelligente Auswahlmöglichkeiten für das Montagelayout (z. B. die Verwendung typischer Teile, die für die Automatisierung geeignet sind) können die Produktionskosten erheblich senken.
• Markteinführungszeit: Ein Layout, das einfach herzustellen und zu untersuchen ist, kann viel schneller generiert werden, wodurch das Produkt vor der Konkurrenz auf den Markt gebracht wird.

Häufige Fragen zu SMD vs. THT beim PCB-Aufbau

Zusammenfassung

pcb-Bestückungsdesign ist die Kunst und Wissenschaft, eine digitale Idee in einen physischen, praktischen und herstellbaren Artikel zu verwandeln. Es ist eine entscheidende Disziplin, die sich direkt auf die Kosten, die Spitzenqualität und den Erfolg von praktisch jedem digitalen Werkzeug in der Welt auswirkt.