PCB-Konstruktion

September 16, 2025

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PCB-Design-Softwaretools und Workflow
1. PCB-Design-Softwaretools

Das PCB-Design basiert auf CAD-Software (Computer-Aided Design). Tools unterscheiden sich stark in ihren Funktionen und ihrer Komplexität:

  • Professionelle (kostenpflichtige) Tools
    • Altium Designer, PADS, Allegro, OrCAD
    • Wird für anspruchsvolle Hochgeschwindigkeits-Mehrschichtdesigns verwendet.
    • Unterstützen Sie komplexe Routing-Regeln, Signalintegritätsanalysen und Simulationen.
  • Kostenlose Tools / Einstiegstools
    • KiCad, ExpressPCB
    • Gut für Studenten, Bastler oder einfache Designs.
    • Eingeschränkte Funktionen im Vergleich zu professioneller Software.
2. Wichtige Phasen des PCB-Designs
(a) Schematische Erfassung
  • Erster Schritt nach der Produktdesignspezifikation.
  • Ingenieure zeichnen den Schaltplan mithilfe einer CAD-Software.
  • Jede Komponente hat:
    • Schematisches Symbol (logische Darstellung).
    • PCB-Footprint (physikalisches Layout: Abmessungen, Pads, Löcher, SMT vs. Durchgangsloch).
  • Ausgabe: Netzlistendatei, die elektrische Verbindungen definiert.
(b) Komponentenplatzierung
  • Übergang vom 2D-Schaltplan zum 3D-Platinenlayout.
  • Berücksichtigen Sie die Form, Größe, mechanische Einschränkungen und Bohrinformationen der Platine.
  • Platzieren Sie verwandte Komponenten in logischen Gruppen.
  • Schritte:
    • Grobe Platzierung (Passungsprüfung + Gruppierung).
    • Platzierung kritischer Komponenten (Hochgeschwindigkeitssignale, empfindliche Teile).
    • Allgemeine Platzierung, abgeschlossen vor Beginn der Streckenführung.
(c) Routenführung
  • Verbindet Komponenten mit Kupferleiterbahnen gemäß Schaltplan.
  • Typen:
    • Kritische Routen zuerst → Hochgeschwindigkeitssignale, Differenzpaare, zeitempfindliche Netze.
    • Allgemeine Streckenführung → übrige Verbindungen.
  • Leiterbahnen können mithilfe von Durchkontaktierungen Schichten überqueren.
  • CAD-Software erzwingt Design Rule Checks (DRC), um Verstöße zu verhindern.
  • Ausgabe: Ein vollständiges und überprüftes Layout, bereit für die Fertigung.
(d) Produktionsergebnisse

Sobald das PCB-Design fertiggestellt ist:

  • Für die Fertigung
    • Gerber-Dateien → Ebenenbilder (Kupfer, Lötmaske, Siebdruck).
    • NC-Bohrdatei → Lochinformationen.
  • Zur Montage
    • Stückliste (Bill of Materials) → Teileliste für die Beschaffung.
    • Pick-and-Place-Datei → Koordinaten für Montagemaschinen.
    • Netlist → sorgt für ordnungsgemäße Tests und Inspektionen.