Leiterplatten
entflechtung

Vom Rattennest zu Leiterbahnnetzwerk

Bei den heutigen Ansprüchen an die Komplexität von Schaltungen und logischen Verknüpfungen, die auf möglichst kleinsten Raum und ggf. mehreren Ebenen einer Leiterplatte realisiert werden sollen, ist es klar, dass die Arbeit der Leiterplattenentflechtung von ausgefeilten Computerprogrammen durchgeführt wird.

Das CAD-Programm setzt den Entwurf des Schaltplans in ein komplexes Netzwerk um, das als sogenanntes Leiterbahnnetzwerk mit dem Einsatz eines Auto-Platzierers und Autorouters einen Entwurf der Leiterplatte anfertigt. Zunächst werden alle Bauteile platziert und die nötigen Verbindungen zwischen ihnen dargestellt. Dieses sogenannte Rattennest dient als Grundlage für die Berechnung der Art und Weise, wie die Verbindungen tatsächlich erfolgen können.

Will man diese Aufgabe zeitsparend und extrem exakt durch den Autorouter durchführen lassen, muss man der Software entsprechende Anweisungen geben. Diese Anweisungen stellen als sogenannte Design-Regeln sozusagen die Verkehrsordnung auf den Leiterplatten dar.

Die Design-Regeln

Es braucht einige Erfahrung, um bereits zu einem frühen Zeitpunkt festzulegen, ob sich die Erstellung der Design-Regeln für den Autorouter wirklich rentiert. Das hängt einerseits von der Komplexität der Leiterplatte ab und andererseits vom Vorhandensein diverser optimierter Design-Vorgaben, die bereits als Vorlage in der Bibliothek greifbar sind.

Zu den Design-Regeln gehören

• die Geometrie und die verwendete Technologie der Leiterplatte
• die Positionen der Bauteile
• die Länge, Art der Verbindungen der Bauteile
• die jeweiligen Stromstärken und die elektromagnetische Verträglichkeit
• die Signallaufzeiten für die Bauelemente
• die einzuhaltenden Anforderungen der Isolierung auf den Leiterplatten

und viele weitere Details.

Leitungen sollten kurz und berührungsfrei auf den Leiterplatten verlegt werden. Damit der Autorouter effektiv arbeiten kann, benötigt er klare Regeln. Andernfalls muss der Mensch manuell eingreifen. Das Festlegen von Regeln für den Autorouter und den Auto-Platzierer ist jedoch sehr zeitaufwendig und muss bei der Planung der Kosten berücksichtigt werden.

Der Layouter und seine Bibliotheken

Daher wird die Arbeit der Entflechtung durch Bibliotheken bzw. Datenbanken unterstützt, in denen viele Regeln, Strategien, Bauteile und andere früher bereits verwendete und entsprechend optimierte Elemente einer Leiterplatte abrufbereit lagern. Oft hängt jedoch die Entscheidung über ihre Anwendung von diversen Rahmenbedingungen und Vorgaben aus der Leiterplattenfertigung ab, so dass auch hier der Layouter gefragt ist.

Solche Rahmenbedingungen beziehen sich z.B. auf die Möglichkeiten beim Löten, das Wärmemanagement auf der Leiterplatte und im Gerät sowie Fragen der verwendeten Spannungen. Während den verschiedenen Phasen der Leiterplattenentflechtung und vor allem auch ggf. beim Koppeln der software-generierten Entflechtung und der manuell vorgenommen Eingriffe werden Simulationen gefahren, die nach und nach sämtliche im Schaltplan bzw. der Netzliste gesammelten Aufgaben unter immer realistischer werdenden Bedingungen durchführen.

Das Ergebnis einer professionellen Leiterplattenentflechtung

Wenn eine Entflechtung erfolgreich durchgeführt worden ist, liegt dem Layouter ein fertiges Design als sogenanntes Platinen-File vor. Diese Datei enthält einerseits räumlich-virtuell die Verbindungen und Positionen aller Bauteile aufgrund der zugrundeliegenden Verkehrsordnung auf den häufig mehrfach übereinander geschichteten Kupferlagen.

Dazu kommen aber viele weitere Daten bzw. Informationen, die für die tatsächliche Fertigung der Leiterplatten notwendig sind. Dazu gehören z.B. Angaben über das Ätzen und Belichten der aufgedruckten Schaltungen, die Position und Maße der notwendigen Bohrungen für die Durchkontaktierungen, Lötbrücken und Widerstände. Die fertigen Daten für den Hersteller werden oft auch mit dem Begriff Gerber-Datei bezeichnet.

Die Leiterplattenentflechtung als Dienstleistung

Oft lohnt es sich für ein Unternehmen, die einzelnen Schritte bei der Leiterplattenfertigung außer Haus zu geben. Aus der bisherigen Schilderung lässt sich schon schließen, dass allein mit einer mächtigen Software beim Leiterplattenlayout und bei der Leiterplattenentflechtung noch nicht viel gewonnen ist. Für eine Leiterplattenentflechtung, die mit einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis zur Fertigung führt, benötigt es viel Erfahrung und das Know-How eines eingespielten Teams, das sich täglich mit dieser Art Aufgabe befasst. Auf dem Markt finden sich entsprechend viele Dienstleister, die ihre Arbeit anpreisen. Bei der Wahl des passenden Dienstleisters geht es allerdings längst nicht nur um den günstigen Preis, mit dem jemand wirbt. Vielmehr sollte man sich vor einer Auftragsvergabe mit entsprechenden Informationen und Referenzen davon überzeugen, dass der Dienstleister über die nötige Expertise und Ausrüstung verfügt, um bei der Art Leiterplatte bzw. Platine, die man benötigt, tatsächlich gute Leistungen in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Funktionalität erbringen wird.