Wer ist am effektivsten im Leiterplattenlayout?

Erinnern wir uns, wie die Verantwortlichkeiten von Spezialisten der Elektronikindustrie vor 40 Jahren verteilt wurden. Der Prozess war in zwei Hauptphasen unterteilt, von denen die erste die Entwicklung von Schaltplänen war, und die Schaltungsingenieure (und tun dies immer noch). Seitdem hat sich viel geändert, aber das Wesentliche bleibt gleich.

In jenen Tagen bestand die Schaltung aus diskreten Komponenten - Widerständen, Kondensatoren, Dioden, Transistoren usw. Die Elektronikingenieure, die solche Schaltungen entwarfen, mussten jedoch die physikalischen Abmessungen der Komponenten nicht berücksichtigen: Sie interessierten sich nur für die technischen Eigenschaften.

Den Universitäten zukünftiger Ingenieure dieser Fachrichtung wurden Schaltkreise beigebracht. Im Rahmen der praktischen Ausbildung modellierten sie ihre Geräte auf Prototyping-Boards, und nur wenige mussten sich mit dem Leiterplattenlayout befassen - diejenigen, die es in ihren Abschlussprojekten benötigten.

Die zweite Stufe des Entwicklungsprozesses für elektronische Geräte ist die Implementierung von Schaltungen auf Leiterplatten. Wie bereits erwähnt, konnten die Schaltungsingenieure dies nicht tun, und die Konstrukteure der Platinen waren mit der Angelegenheit verbunden. Die Arbeiten wurden hauptsächlich von Hand ausgeführt, und die Bretter selbst wurden durch Ätzen hergestellt.

In den 70er Jahren begann die Anwendung von integrierten Schaltkreisen (ICs) an Stärke zu gewinnen. Die Miniaturisierung von Geräten wurde zu einem Plus, aber gleichzeitig gab es ein Problem mit der Verfolgung, da die Dichte der Spuren auf der Platine zunahm.

Ende der 80er Jahre, als ICs überall eingesetzt wurden, erwies sich die Ätzmethode als unwirksam, sodass die Industrie auf mehrschichtige Leiterplatten zusteuerte. Dementsprechend mussten sich sowohl Schaltungsdesigner als auch Motherboard-Designer mit der Entwicklung der CAD-Elektronik befassen - sonst hätte sich die Branche lange Zeit nicht von den nachfolgenden Wirtschaftskrisen erholt.



Wenden wir uns nun den Ergebnissen der jüngsten Umfragen zu. Mehr als 75 Prozent der Leiterplattenentwickler haben bereits das 45. Lebensjahr überschritten, und die Hälfte von ihnen plant, in den nächsten 10 Jahren in den Ruhestand zu treten. Was bedeutet das für die Branche?

1. Board-Designer haben drei Wirtschaftskrisen überstanden und sind nicht geneigt, ihre Erfahrungen mit jungen Menschen zu teilen. Andernfalls werden sie möglicherweise entlassen, um früher als gedacht Personal abzubauen.
2. Universitäten und Industrie finden untereinander keine gemeinsame Sprache, und elektronische Studenten lernen immer noch nicht, mit Leiterplatten zu arbeiten.
3. Es gibt keine effektiven Umschulungsprogramme für den Spezialisten „PCB Designer“.
4. In naher Zukunft wird die Industrie Leiterplatten nicht aufgeben - es gibt noch keine Alternative dazu.
5. Das Konzept des mechatronischen Designs wird immer beliebter, und diejenigen, die sich dafür entscheiden, es zu befolgen, müssen die fortschrittlichen Methoden zum Entwerfen und Herstellen von Platten verstehen.

Tatsächlich gab es in der Elektronikindustrie ein Vakuum. Schaltungsingenieure planen nicht, Platinen zu entwerfen - sie sind mehr daran interessiert, Schaltpläne zu entwickeln und Mikroprogramme zu schreiben.



In Wirklichkeit sind Boards für Hardware-Designer genauso wichtig. Hier kommen die elektrischen und mechanischen Komponenten zusammen und es entsteht das, was wir Mechatronik nennen.

Die Entwicklung von Schaltplänen mit Stromversorgungs-, analogen und digitalen Komponenten liegt weiterhin in der Verantwortung der Schaltungsingenieure, aber wir werden nicht ausschließen, dass die Universitäten in Zukunft auch Mechatroniker ausbilden werden.

Entwickler elektronischer Geräte können die Designer von Leiterplatten ersetzen, und hier ist der Grund dafür:

Bibliotheken Bei der Konstruktion von Platinen ist einer der Hauptfaktoren die Berücksichtigung der Schaltung des Elements. Es ist auch notwendig, den Ort der Schlussfolgerungen zu berücksichtigen, um die Spuren korrekt zu trennen und alle erforderlichen Toleranzen zu berücksichtigen.

Solche Nuancen sind dem Schaltungsingenieur unbekannt, und die Entwickler elektronischer Produkte sind sich ihrer sehr wohl bewusst. Darüber hinaus sollten wir nicht die Höhe jedes einzelnen Elements vergessen, was für die richtige Platzierung auf der Platine wichtig ist.



Vorstandsformular. Marketing-Services werden zunehmend in den Prozess des Board-Layouts einbezogen - sie haben die entscheidende Stimme bei der Bestimmung der Form von Produkten, und Designer müssen dies berücksichtigen.

In der Vergangenheit waren Industrie und Verbraucher sehr zufrieden mit rechteckigen Leiterplatten, die die Form von Produktgehäusen wiederholten. Genauer gesagt wurden die Abmessungen der Gehäuse an die darin befindlichen Bretter angepasst. Mit der Entwicklung von Entwurfssystemen sind jedoch Einschränkungen verschwunden, und Formen können beliebig sein. Im Gegenteil, die Boards sind so konzipiert, dass sie in die von den Designern entworfenen Gehäuse passen.

Platzierung von Gegenständen. Hier gewinnt die Design- und Marketingkomponente zunehmend an Gewicht. Die Platine wird zusammen mit den Komponenten vom Design auf das Schaltungsdesignsystem und umgekehrt übertragen, um eine maximale Ergonomie des Produkts zu erzielen. Es sollte für den Benutzer bequem sein, die Tasten zu drücken, die Positionen der Schalter einzustellen, die Kabel anzuschließen und die Anzeigen und LEDs zu beobachten. Auch hier können wir über Mechatronik sprechen, da in Echtzeit eine parallele Entwicklung elektronischer und mechanischer Teile stattfindet. Auf diese Weise können Sie sicherstellen, dass die Platine und die Komponenten korrekt platziert sind, sodass keine Konflikte zwischen ihnen und dem Produktkörper auftreten.

Überwachung der Einhaltung. Die Regeln bestimmen insbesondere die Lücken zwischen den Schienen, den Abstand zwischen den Elementen, die Breite der Schienen, die Durchmesser der Löcher und die Abmessungen der Pads. Einige dieser Parameter spiegeln die elektrischen Anforderungen wider (hauptsächlich bei Stromversorgungs- und Hochfrequenzgeräten). andere kommen aus der Herstellbarkeit. Der Konstrukteur muss die Toleranztheorie kennen und in der Praxis anwenden können.

Verkabelung. Eine der schwerwiegendsten Aufgaben bei der Konstruktion von Leiterplatten ist die Anordnung von Gleisen, für die Erfahrung und Qualifikation der Ingenieure erforderlich sind. Wenn Sie diesen Prozess unterrichten, wird häufig die Trial-and-Error-Methode praktiziert, sodass es schwierig ist zu sagen, welchen Ingenieuren dies gelingen wird. Elektronik-CAD-Entwickler verstehen das Problem und versuchen, so viele Funktionen wie möglich einzubeziehen, die den Prozess in ihre Systeme automatisieren. Benutzer solcher CAD-Systeme müssen jedoch über die erforderliche Erfahrung verfügen, um effektiv arbeiten zu können.

Wärmeableitung. Die Probleme des Kühlkörpers sind allen bekannt, insbesondere Entwicklern von Geräten für schwierige klimatische Bedingungen, Strom- und Hochfrequenzgeräten. Die Hersteller von elektronischen und mechanischen CAD-Systemen reagierten, indem sie ihren Systemen Analysefunktionen hinzufügten. Die Benutzer selbst sollten sich jedoch der Wärmeübertragungsprozesse bewusst sein, und die Universitäten sollten sich darum kümmern, den Ingenieuren die entsprechenden Disziplinen beizubringen.

Schlussfolgerungen

Wir haben versucht zu zeigen, dass das Design von Leiterplatten auch in der Verantwortung der Entwickler elektronischer Geräte liegt. Es gibt Ausnahmen, und Schaltungsingenieure sind an der Entwicklung von Leiterplatten mit hoher Komplexität beteiligt. Im Allgemeinen ist die Aufgabe jedoch für Konstrukteure mit grundlegenden Kenntnissen in der Arbeit mit CAD-Elektronik leicht zugänglich.
Darüber hinaus wird deutlich, dass Leiterplatten Mechatronik sind und bei der Entwicklung elektrischer und mechanischer Komponenten entworfen werden müssen. Und in Zukunft warten revolutionäre Technologien wie 3D-Druck, leitfähige Pasten und eingebettete Komponenten auf uns. Dies bedeutet, dass sich die Produktionsmethoden und Qualifikationen für Ingenieure ändern werden. Sowohl die Schaltung als auch die Entwickler müssen bei der Entwicklung der Leiterplatten und des Produktlayouts aktiv interagieren.