Wie man eine Designregelprüfung (DRC) für Ihre Leiterplatten durchführt

Wann immer Sie eine Leiterplatte entwerfen und diese in ein echtes Produkt umwandeln möchten, müssen Sie sicherstellen, dass das Design alle Einschränkungen des Standard-Leiterplatten-Herstellungsprozesses einhält. Diese Einschränkungen im Leiterplatten-Design sind als Designregeln bekannt, und um diese Regeln in einer CAD-Software zu überprüfen, müssen wir den DRC-Algorithmus (Design Rule Check) ausführen. Die ständig wachsende Komplexität der Boards hat es nahezu unmöglich gemacht, die Designregel-Überprüfung manuell durchzuführen, daher müssen Designer die richtigen Designregeln in ihre CAD-Software einprogrammieren, um den Leiterplatten-Design-Workflow reibungslos zu durchlaufen.

DRC ist ein Prozess, der Ihr Leiterplatten-Design anhand eines Satzes vordefinierter Regeln überprüft, um die Fertigbarkeit und Funktionalität sicherzustellen. Wenn Sie früh und häufig im Designprozess einen DRC ausführen, sparen Sie Zeit, reduzieren Fehler und minimieren teure Nacharbeiten. Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie Sie einen DRC für Ihre Leiterplatten effektiv durchführen.

Regelprüfung im Leiterplatten-Design-Workflow

DRCs sollten in verschiedenen Phasen des Leiterplatten-Designprozesses integriert werden, aber die Produktivität hängt davon ab, wie sie initiiert werden. ECAD-Software bietet Regelprüfungs-Tools, die vollständig oder teilweise automatisiert werden können, und es ist wichtig, dass Designer diese Tools zu Beginn eines Projekts einrichten. Bevor Sie mit dem Leiterplatten-Layout beginnen, sollten Designer Regeln in Kategorien wie folgt konfigurieren:

1. Mindestabstände zwischen allen Kupferelementen und Bauteilen

2. Leiterbeschränkungen, wie Gesamtlänge, Breite und Verdrahtung

3. Netz-spezifische Regeln, z. B. Regeln für Differentielle Paare und Impedanzkontrolle.

4. DFA-Regeln bezüglich Lötstopplack, Pad-zu-Pad-Abständen und Bauteilabständen

5. Platten-, Via- und mechanische Randabstände

Diese Designregeln helfen zwar, die Einhaltung der meisten DFM-Anforderungen sicherzustellen, aber das manuelle Verwalten all dieser Regeln kann überwältigend und fehleranfällig sein. Da menschliches Eingreifen immer das Risiko von Fehlern birgt, ist es entscheidend, eine manuelle Designüberprüfung durch automatisierte Regelprüfungen während des gesamten Leiterplatten-Designprozesses zu ergänzen. Auf diese Weise können Fehler frühzeitig erkannt und korrigiert werden. Alle DRC-Regeln werden im nächsten Abschnitt kurz zusammengefasst.

7 häufige DRC-Prüfungen in einem Leiterplatten-Design

1. Abstandsbedingungen

• Via-zu-Via-Abstand: Gibt den minimal zulässigen Abstand zwischen Vias an.
• Netz-Abstandstypen: Definiert Abstandsregeln für verschiedene Netztypen.
• Kupfer-Abstandsbedingungen: Definiert Abstandsregeln für Kupferstrukturen.
• Ätztext zu Kupferformen: Prüft den Abstand zwischen Ätztext und Kupferformen.
• Gehäuse-zu-Gehäuse-Abstand: Definiert den minimalen Abstand zwischen verschiedenen Gehäusen.

2. Leiterbreiten-Beschränkungen

• Leiterbreiten-Beschränkungen: Beschränkungen bezüglich der Breite von Leitungen im Design.
• Mindestleiterbreite: Gibt die minimal zulässige Breite für Leiterbahnen an.
• Maximale Leiterbreite: Gibt die maximal zulässige Breite für Leiterbahnen an.

3. Via-Beschränkungen

• Gestapelte Vias: Regeln für das Erstellen und Verwalten gestapelter Vias in Designs.
• Via-Listen-Beschränkungen: Beschränkungen bezüglich der zulässigen Via-Typen und ihrer Verwendung.
• Via unter Bauteil: Regeln, die Vias unter bestimmten Bauteilen verbieten.

Weitere Informationen zu Via-Beschränkungen und den verschiedenen Via-Typen im Leiterplatten-Design finden Sie in unserem umfassenden Leitfaden zu PCB-Vias.

4. Netz-Beschränkungen

• Netz-Physikalische Typen: Definiert physikalische Eigenschaften und Beschränkungen verschiedener Netze.
• Differentielle Paar-Beschränkungen: Regeln für die Handhabung differentieller Paare in Designs.

5. Ringring (Annular Ring)

• Ringring-Beschränkungen: Beschränkungen bezüglich der Ringring-Abmessungen.
• Durchkontaktstifte unter SMD-Bauteilen: Prüft auf fehlerhafte Durchkontaktstift-Platzierungen unter SMD-Bauteilen.
• Bauteilanschluss-Prüfungen: Prüfungen bezüglich der Anschlüsse von Bauteilen.

Weitere Informationen finden Sie in unserem umfassenden Leitfaden zu Ringringen im Leiterplatten-Design.

6. Fiducial- und Umriss-Beschränkungen

• Fiducial-Prüfungen: Prüft auf korrekte Fiducial-Platzierungen.
• Umriss-Beschränkungen: Beschränkungen bezüglich des Umrisse des Designs.

7. Ausschnitt-Beschränkungen

Ausschnitt-Beschränkungen: Regeln für Design-Ausschnitte und deren Platzierung.

Design for Manufacturing Constraints

Automatisierung Ihres DRC-Prozesses

Im Allgemeinen gibt es drei Möglichkeiten, die Regelprüfung in einem typischen Leiterplatten-Design-Workflow zu optimieren:

1. Manuelle Designüberprüfung: Der Designer prüft die Leiterplatte manuell, um sicherzustellen, dass sie physikalischen und funktionalen Anforderungen entspricht. Teams besprechen und verifizieren normalerweise spezifische Aspekte wie mechanische und elektrische Einschränkungen.

2. Online-DRC: Halten Sie dies während des Layouts und der Verdrahtung immer aktiviert. Es hilft, Regelverletzungen in Echtzeit zu erkennen, während Sie arbeiten, wobei Probleme visuell hervorgehoben werden, damit Sie sie sofort beheben können.

3. Umfassender DRC: Sobald das Design abgeschlossen ist und Sie bereit sind, Ausgaben zu generieren, führen Sie einen umfassenden DRC aus. Er prüft alle Regeln und erstellt einen detaillierten Bericht über etwaige Verletzungen, die während des Layouts übersehen wurden. Anschließend können diese markierten Fehler vom Designer manuell behoben werden.

So führen Sie eine Design Rule Check (DRC) für Ihre individuellen Leiterplatten durch

Schritt 1: Richten Sie Ihre Designregeln ein

Wie bereits erwähnt, müssen Sie bvor Sie einen DRC ausführen, Ihre Designregeln definieren. Die meisten Leiterplatten-Design-Software wie EasyEDA, KiCad oder Eagle ermöglicht es Ihnen, diese Regeln an Ihre spezifischen Bedürfnisse und die Empfehlungen Ihres Herstellers anzupassen. Holen Sie sich die Designregel-Parameter von Ihrem Leiterplattenhersteller, da diese oft spezifische Richtlinien haben. Die Regeln sind in der Regel im Fähigkeiten-Abschnitt des Herstellers aufgeführt.

Sobald Sie die erforderlichen Abstände, Leitergeometrien und Verdrahtungsgrenzen, Montagebedingungen und alle benutzerdefinierten Designeinschränkungen ermittelt haben, sollten Sie diese im Fenster „PCB Rules and Constraints Editor“ definieren, bevor Sie mit dem Leiterplatten-Layout beginnen.

Schritt 2: Führen Sie den DRC in Ihrer Leiterplatten-Design-Software aus

Nachdem Sie die Designregeln festgelegt haben, ist es Zeit, den DRC in Ihrer Leiterplatten-Design-Software auszuführen. Die meisten Tools verfügen über eine integrierte DRC-Funktion, die das gesamte Design automatisch auf Regelverletzungen analysiert. So führen Sie den DRC typischerweise aus:

Öffnen Sie das DRC-Feature, das normalerweise im Bereich „Tools“ oder „Validation“ der Software verfügbar ist. Starten Sie dann den DRC, und die Software erstellt eine Liste potenzieller Verletzungen. Hier finden Sie einen Blog-Artikel, der alle DRC-Fehler detailliert erklärt.

Schritt 3: Überprüfen und Beheben von Verletzungen

Sobald der DRC abgeschlossen ist, überprüfen Sie die Liste der von der Software erstellten Verletzungen. Jede Verletzung wird in Ihrem Leiterplatten-Layout markiert und zeigt Ort und Art des Problems an.

Beheben Sie jede Verletzung, indem Sie das Layout entsprechend den markierten Problemen ändern, Leiterbreiten, Abstände anpassen oder Bauteile neu positionieren, falls erforderlich.

Schritt 4: Führen Sie den DRC erneut aus

Nachdem Sie Anpassungen an Ihrem Design vorgenommen haben, führen Sie den DRC erneut aus, um sicherzustellen, dass alle Verletzungen behoben wurden. Es ist üblich, mehrere Iterationen durchzulaufen, bevor das Design vollständig fehlerfrei ist.

Best Practices für die DRC-Durchführung

• Führen Sie DRC häufig aus: Warten Sie nicht, bis das Design abgeschlossen ist, um den DRC auszuführen. Führen Sie während des Designs häufig Prüfungen durch, um Fehler frühzeitig zu erkennen.
• Verstehen Sie die Herstellerfähigkeiten: Stellen Sie sicher, dass Ihre Designregeln mit den Fähigkeiten Ihres Herstellers übereinstimmen, um Neugestaltungen zu vermeiden.
• Kritische Fehler priorisieren: Einige DRC-Fehler sind möglicherweise unkritisch, andere könnten jedoch zu einem Designversagen führen. Priorisieren Sie das Beheben kritischer Fehler, die die Funktionalität beeinträchtigen können.

Fazit

Die Durchführung einer Design Rule Check (DRC) ist ein entscheidender Bestandteil des Leiterplatten-Designprozesses. Sie stellt sicher, dass Ihr Layout den Fertigungsstandards entspricht und verhindert teure Fehler. Indem Sie Ihre Designregeln verstehen, Ihre Leiterplatten-Design-Software effektiv nutzen und mit Ihrem Hersteller zusammenarbeiten, können Sie einen erfolgreichen DRC-Prozess und eine zuverlässige, fertigbare Leiterplatte sicherstellen.