Es besteht kein Zweifel, dass die schematische Erstellung und PCB Layout sind grundlegende Aspekte der Elektrotechnik, und es ist sinnvoll, Ressourcen wie technische Artikel, Anwendungshinweise und Lehrbücher häufig auf diese Teile des Konstruktionsprozesses zu konzentrieren. Wir sollten jedoch nicht vergessen, dass der Schaltplan und das Layout nicht sehr nützlich sind, wenn Sie nicht wissen, wie Sie die fertige Designdatei in eine bestückte Leiterplatte umwandeln. Auch wenn Sie mit dem Bestellen und Bestücken von Leiterplatten ein wenig vertraut sind, wissen Sie vielleicht nicht, dass Sie mit bestimmten Optionen zu geringeren Kosten ausreichende Ergebnisse erzielen können.

Ich werde nicht über die DIY-Herstellung von Leiterplatten sprechen und kann diese Methode nicht ehrlich empfehlen. Heutzutage ist die professionelle PCB-Herstellung sehr günstig und bequem, und das Ergebnis ist insgesamt viel besser.

Ich beschäftige mich seit langem mit dem unabhängigen PCB-Design in kleinen Stückzahlen und habe nach und nach genügend relevante Informationen gesammelt, um einen ziemlich umfassenden Artikel zu diesem Thema zu schreiben. Trotzdem bin ich nur ein Mensch und weiß sicherlich nicht alles, also zögere bitte nicht, meine Arbeit durch den Kommentarbereich am Ende dieses Artikels zu erweitern. Danke für Ihren Beitrag.

Grundschema

Der Schaltplan besteht hauptsächlich aus Komponenten und Drähten, die so verbunden sind, dass das gewünschte elektrische Verhalten erzeugt wird. Die Drähte werden zu Spuren oder gießen Kupfer.

Diese Komponenten umfassen Footprints (Land-Muster), die Sätze von Durchgangslöchern und/oder Oberflächenmontage-Pads sind, die der Anschlussgeometrie des physischen Teils entsprechen. Footprints können auch Linien, Formen und Text enthalten. Diese Linien, Formen und Texte werden zusammen als Siebdruck bezeichnet. Diese werden als rein visuelle Elemente auf der Leiterplatte dargestellt. Sie leiten keinen Strom und beeinträchtigen die Funktion der Schaltung nicht.

Die folgende Abbildung zeigt Beispiele für schematische Komponenten und entsprechende PCB-Footprints (die blauen Linien zeigen die Footprint-Pads an, mit denen jeder Komponentenpin verbunden ist).

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Schaltplan in PCB-Layout konvertieren

Der komplette Schaltplan wird von einer CAD-Software in ein PCB-Layout aus Komponentenpaketen und Leitungen umgewandelt; dieser eher unangenehme Begriff bezieht sich auf elektrische Verbindungen, die noch nicht in physikalische Verbindungen umgewandelt wurden.

Der Designer ordnet zuerst die Komponenten an und verwendet dann die Leitungen als Leitfaden für die Erstellung von Leiterbahnen, Kupferguss und Durchkontaktierungen. Ein Durchgangsloch ist ein kleines Durchgangsloch, das elektrische Verbindungen zu verschiedenen PCB-Schichten (oder mehreren Schichten) aufweist. Zum Beispiel kann eine thermische Durchkontaktierung mit der internen Masseschicht verbunden werden und ein Massekupferdraht wird in die Unterseite der Platine gegossen.

Verifizierung: Identifizieren Sie Probleme im PCB-Layout

Der letzte Schritt vor Beginn der Fertigungsphase wird als Verifikation bezeichnet. Die allgemeine Idee dabei ist, dass CAD-Tools versuchen, Layoutfehler zu finden, bevor sie die Funktion der Platine negativ beeinflussen oder den Herstellungsprozess stören.

Im Allgemeinen gibt es drei Arten der Authentifizierung (obwohl es mehr Arten geben kann):

Elektrische Konnektivität: Dies stellt sicher, dass alle Teile des Netzwerks durch eine Art leitfähige Struktur verbunden sind.

Konsistenz zwischen Schaltplan und Layout: Das ist selbstverständlich. Ich gehe davon aus, dass verschiedene CAD-Tools unterschiedliche Möglichkeiten haben, diese Form der Verifikation zu erreichen.

DRC (Design Rule Check): Dies ist insbesondere für das Thema PCB-Fertigung relevant, da Design Rules Einschränkungen sind, die Sie Ihrem Layout auferlegen müssen, um eine erfolgreiche Fertigung zu gewährleisten. Zu den üblichen Konstruktionsregeln gehören der minimale Leiterbahnabstand, die minimale Leiterbahnbreite und der minimale Bohrerdurchmesser. Beim Bestücken der Platine kann man leicht gegen die Designregeln verstoßen, besonders wenn man es eilig hat. Verwenden Sie daher unbedingt die DRC-Funktion des CAD-Tools. Die folgende Abbildung vermittelt die Designregeln, die ich für die C-BISCUIT-Robotersteuerplatine verwendet habe.

PCB-Funktionen werden horizontal und vertikal aufgelistet. Der Wert am Schnittpunkt der Zeilen und Spalten, die den beiden Merkmalen entsprechen, gibt den minimalen Abstand (in mil) zwischen den beiden Merkmalen an. Wenn Sie sich beispielsweise die Zeile für „Board“ ansehen und dann zur Spalte für „Pad“ gehen, werden Sie feststellen, dass der Mindestabstand zwischen dem Pad und der Kante des Boards 11 mil beträgt.