Tipps und Tools für PCB-Designer senken Fehlerrate und Kosten

Erklär-Videos und Tools helfen Hardware-Entwicklern Leiterplatten fertigungsgerecht zu designen und fehlerfreie Bestückungsdaten zu erarbeiten. Das spart Kosten bei der Leiterplattenfertigung und vermeidet Fehler und Verzögerungen beim Bestücken der Leiterplatte.

Eine elektronische Baugruppe ist ein hochkomplexes Konstrukt aus verschiedenen Materialien. Dabei gilt es das Zusammenspiel unterschiedlicher mechanischer, chemischer und thermischer Prozesse zu beachten. Das gilt sowohl für die Herstellung als auch für die Bestückung der Leiterplatte. Grundsätzlich gilt: Der Designer legt in der Entwicklung nicht nur die Funktion der elektronischen Baugruppe fest, sondern bestimmt maßgeblich die späteren Fertigungskosten.

Fehlerfreie Fertigungsdaten und die Planung des Fertigungsaufwands bereits im Designprozess haben einen wesentlichen Einfluss auf die Produktqualität und die Herstellungskosten des Produktes. Hier geht es um den Aspekt „Design For Manufacturing“ oder „Design For Manufacturability“ –abgekürzt: DFM.

"Right First Time for Manufacture" dank spezieller Tools. Bild: Eurocircuits.

Ein entscheidender Aspekt sind die Toleranzen für den Leiterplattenhersteller. Die Leiterplatte unterliegt unvermeidbaren Prozesstoleranzen, verursacht durch die Eigenschaften der Materialien und Prozessschritte Galvanik, Fotolithografie, Ätzen und Verpressen sowie Ungenauigkeiten der Ausrichtung vom Bohrbild relativ zum Leiterbild bzw. den Leiterbildern.

Die Toleranz beschreibt die Differenz zwischen dem zulässigen Kleinst- und Größtmaß von Bohrungen, Leiterzügen und Leiterabständen. Diese Abmessungen unterliegen bestimmten Toleranzen, weil sie fertigungstechnisch und aus Kostengründen nicht anders realisierbar ist. Dabei gilt die Regel: Je kleiner die vom Designer vorgegebene Toleranz, desto größer die Herstellungskosten.

Anleitungen und Werkzeuge

Toleranzen und Maßnahmen für eine gleichmäßige Kupferverteilung auf der Leiterplatte erklärt Eurocircuits in Design-Tipps und Videos, die im Web frei verfügbar sind. Leitlinien für PCB-Designer beschreiben bewährte Methoden, um die Kosten der Leiterplatten zu reduzieren und Fehler zu minimieren, die während der Produktion auftreten können. Außerdem wird Designern mit von Eurocircuits entwickelter Software geeignete Werkzeuge mitgegeben, um Leiterplatten vor der Produktion detailliert zu prüfen.

Mit dieser Prüfung vor dem Fertigungsstart konnten frühere Fehlerquoten von bis zu 25 % auf unter 3 % abgesenkt werden. Darüber hinaus haben Entwickler nun die Möglichkeit, noch vor der Datenübertragung mit einem Kalkulationstool die Preise für die Leiterplatten zu ermitteln und die optimale Konfiguration auszuwählen.

Tools prüfen die Fertigbarkeit der Leiterplatte und die Daten für die Bestückung. Bild: Eurocircuits.

Damit nicht genug: Eurocircuits geht den logischen Schritt hin zur bestückten Leiterplatte und bezieht die spätere Baugruppenfertigung mit ein. Schon ein Fehler im Design bedeutet fehlerhafte Produktionsdaten und verzögert die Bestückung. Die Software PCBA Visualizer bzw. PCB Assembly Visualizer identifiziert alle Bauteile und vergleicht den Layoutplan der Bauteile mit dem Design der unbestückten Leiterplatte. Das sowohl für Entwickler als auch für Baugruppenfertiger oder EMS-Provider (Electronic Manufacturing Service) wertvolle Tool prüft, ob das PCB-Design mit der BOM (Bill Of Materials = Stückliste) und der CPL (Component Placement List = Übersicht über die Lage der Bauteile) übereinstimmt.

In der Praxis zeigen sich zwischen diesen Dateien gelegentlich Abweichungen, weil z.B. Bauteile gespiegelt, verschoben oder gedreht sind. Möglich ist auch, dass ein falsches Bauteil ausgewählt wurde, das nicht in das vorgesehene Layout passt. Es kann auch vorkommen, dass der PCB-Designer die Leiterplatte von unten betrachtet, während die Zeichnung der Bauteile eine Draufsicht ist. Dadurch werden die beiden Designs gespiegelt und sind in der Endmontage nicht kompatibel, falls es sich um ein asymmetrisches Design handelt.

PCBA Visualizer von Eurocircuits. Bild: Eurocircuits.

Dank diesem Visualisierungstool arbeiten Designer mit einem validierten PCB-Design, einer validierten Stückliste sowie validierten CPL- und 3D-Daten des bestückten Produkts. Dadurch wird die Anzahl der Fehler vor der eigentlichen Herstellung des Prototyps drastisch reduziert. Das ist vor allem dann ein Vorteil, wenn Leiterplattenprototypen und Musterbaugruppen sehr kurzfristig verfügbar sein sollen.

Dieser Komplettservice wird angenommen: Im Kalenderjahr 2019 hat Eurocircuits über 4.250 Bestückungsaufträge bearbeitet und komplette Prototypen ausgeliefert. Hardwareentwickler können online einen Bestellvorgang auslösen und innerhalb von sechs Tagen ihre Leiterplatte fertigen und bestücken lassen.