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3-2018

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Editorial Dirk Müller,

Editorial Dirk Müller, FlowCAD Trends für die Leiterplatte Unabhängig von den Branchen oder neuen Themen wie IoT oder E-Mobilität gibt es zwei wesentliche Trends, die für das Leiterplattendesign eine große Rolle spielen. Zum einen die Anforderung bessere Qualität zu günstigeren Preisen herzustellen und zum anderen den Formfaktor der elektrischen Baugruppe zu reduzieren. Beide Anforderungen ziehen Veränderungen in der Designmethodik nach sich. Der kleinere Formfaktor führt zu Miniaturisierung und gesteigerter Funktionalität der ICs. Es muss mehr Funktionalität in einem kleineren Bauraum untergebracht werden. So ergeben sich engere Leiterbahnabstände (High Dense Interconnect, HDI) und mehr unterschiedliche Designregeln, die jeweils an die Grenze des Machbaren gehen. Diese Regeln müssen alle in einem Constraint Manager verwaltet und online während des Designvorgangs mit einem Design Rule Check (DRC) geprüft werden. Die Layoutsoftware wird den Umfang der Regeln deutlich erweitern, neben reinen Abstandsregeln kommen DFA- und DFT-Regeln hinzu. Bei der Platzierung der Bauteile ist auf planaren Leiterplatten die Fläche begrenzt. Um den Bauraum dichter zu packen geht es in die dritte Dimension. Bauteile werden entweder innerhalb der Leiterplatte als Embedded Components vergraben, oder es kommt zu starrflexiblen Strukturen, die dann übereinander gefaltet werden. Diese erweiterten Verbindungstechniken erfordern wieder mehr fertigungsbedingte Regeln, die der Designer im Constraint Manager vorgibt und deren Einhaltung vom Tool kontinuierlich in Echtzeit überwacht wird. Dichteres Verlegen von Signalleitungen reduziert den Sicherheitsabstand zwischen den einzelnen Leitungen bzw. den Abstand zwischen Leistungs- und Signalbereichen auf der Leiterplatte. Da es bei geringerem Abstand zu größeren Störungen kommt, wird mehr simuliert. EMV und Übersprechen sind komplexe physikalische Vorgänge, die frequenzabhängig sind und sich nicht durch einfaches Hinsehen vorhersagen lassen. Simulationen zeigen schnell die Grenzen der Machbarkeit auf. Um das Problem der Signalintegrität in den Griff zu bekommen, sinken die Signalspannungen von früher 5 V auf um 1 V. Dies hat aber den Nachteil, dass bei gleicher Leistung die Ströme auf der Leiterplatte proportional ansteigen. Als Folge muss das Stromversorgungssystem auf der Leiterplatte entsprechend dimensioniert werden. Die Anzahl und Art der Abblockkondensatoren soll die Störungen minimieren, Resonanzen vermeiden und gleichzeitig die Verlustleistung nicht erhöhen. Auch hier werden mehr Simulationswerkzeuge zur Power-Integrität (PI) eingesetzt. Die höheren Ströme führen auch zu einer höheren Erwärmung der Leiterplatte. Der Einsatz von Lüftern oder großen Kühlkörpern steht der Anforderung nach Miniaturisierung entgegen, sodass hier kreative Lösungen gefragt sind, die auch die Entwärmung über die Kupferstrukturen in der Leiterplatte und in Gehäusen ermöglichen. Um solche kreativen Lösungen auszuwählen, können Simulationswerkzeuge für die Temperatur eingesetzt werden, die nicht nur Worst-Case-Fälle betrachten, sondern auch die thermische Belastung der Bauteile im Betrieb nachbilden. Zu den technisch steigenden Anforderungen an den Entwickler kommen auch noch logistische Probleme. Die Bauteilhersteller stehen in einem Wettbewerb kleinere und leistungsfähige Bauteile zu liefern. Die gestiegenen Innovationszyklen bringen immer häufiger neue Bauteilgenerationen auf den Markt und die alten Bauteile werden früher abgekündigt. Dies erfordert bessere Bibliotheksverwaltung mit Alternativbauteilen und eine tiefe Anbindung von EDA-Tools in PLM bzw. ERP-Systeme. All die genannten Anforderungen führen dazu, dass die Ingenieure Lösungen finden, um bessere Qualität zu günstigeren Preisen herzustellen und darüber hinaus den Formfaktor der elektrischen Baugruppe zu reduzieren. Dirk Müller, FlowCAD 3/2018 3

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