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Wie man Kosten für Feinleiter-Leiterplatten reduzieren kann
Post by  Uwe Dörr on 27 Aug 2015  | Posted under EAGLE Aufrufe:: 2092

In diesem Artikel erklären wir wie man mit korrekter Bauteilplatzierung und korrektem Leiterplatten-Routing die Kosten für 10 4-lagige BGA Leiterplatten von 740€ auf 230€ reduzieren kann und dabei gleichzeitig ein robusteres Produkt erhält.

Regelmäßig berichten Kunden, dass Sie ein fine-pitch BGA Layout erstellt haben. Wenn sie jedoch die Daten auf unsere Webseite zur Fertigung hochladen erhalten sie zahlreiche Fehlermeldungen von unserem PCB-Visualizer oder CAM-Ingenieuren, dass entweder die Leiterplatten nicht, oder nur zu erhöhten Preisen fertigbar sind.

 

Was ist passiert?

Die meisten Entwickler beginnen ihr Layout mit den Standard-Spezifikationen des Leiterplattenherstellers für relativ schmale Leiterbahnbreiten/Abstände und Bohrungen. Für Eurocircuits sind diese:

Beispiel:

- 150 µm Breite/Abstand und 0,25mm Bohr-Enddurchmesser

- Oder für einen kleinen aber bezahlbaren Aufpreis 125 µm Breite/Abstand und 0,15 Bohr-Enddurchmesser

Der Entwickler verwendet in der Regel den kleinsten Standard Bohrdurchmesser für Vias von 0.25m, routet die Leiterbahnen passend zu den Standard DRC Regeln mittig zwischen den Pads.

Das Ergebnis auf dem Bildschirm sieht gut aus. Wenn jedoch das Layout in PCB Visualizer zur Datenprüfung hoch geladen wird, werden überall Fehler angezeigt. Der Entwickler beginnt nun die Fehler nach und nach abzuarbeiten, stellt jedoch schnell fest, dass dies nahezu unmöglich ist. Die einzige Lösung ist in einen teureren Service zu wechseln.

Typisches Resultat für eine BGA Leiterplatte in PCB Visualizer:

Sollte der Entwickler alle Fehler akzeptieren, ändert sich die Leiterplatten Klassifizierung nach 9E. Die Innenlagen und Außenlagen Restringe sind so klein, dass der Bohrenddurchmesser von 0.25 mm nach 0.1mm geändert wird. Die Leiterbahnabstände sind so gering, dass auch hier die kleinstmöglichen Abstände gewählt werden müssen. Wir können die Leiterplatten so fertigen, aber daraus resultiert ein deutlich höherer Preis:

 

Was genau ist das Problem?

Der Entwickler hat nicht gemerkt, dass die Bauteile außerhalb dem Layoutraster liegen. Leiterbahnen können jedoch nur auf dem Raster verlegt werden, da in EAGLE beim Routen eine automatische "snap to grid" Funktion ausgeführt wird. Aus diesem Grund entstehen Abstandsfehler. Wird nun kein DRC Check ausgeführt, ist es unwahrscheinlich, dass die Fehler erkannt werden.

Zusammengefasst:

  • Bauteilraster und Layoutraster stimmen nicht überein
  • Bauteilgeometrie wurde nicht beachtet

"Wie kann ich also meinen BGA platzieren und routen um diese Probleme zu vermeiden? Ich möchte mein Design durch die Datenprüfung des PCB Visualizer übermitteln ohne Fehler zu erhalten, oder einen teureren Service zu wählen."

 

Zunächst das richtige Raster wählen:

  1. Beim Wechsel von Schaltplan zu Layout wird ein Standard Raster von 0.5 inch gewählt. Erster Schritt, prüfen Sie Ihre Bauteile. Hat das feinste Bauteil ein mm Raster, wählen Sie idealerweise auch mm. Richtiger Wert für das Raster. In unserem Beispiel verwenden wir einen BGA mit 0.8mm Raster, somit setzen wir das Raster zum Layouten auf 0.2mm.

    TIPP

    Wählen Sie in Raster das der Hälfte oder einem Viertel des Bauteilrasters entspricht.

  2. Platzieren Sie die Bauteile immer auf dem Raster. Dazu bitte die Raster Anzeige einschalten. Durch aktivieren der Layer tOrigins oder bOrigins den Bauteilmittelpunkt anzeigen lassen. Liegt der Bauteilmittelpunkt nicht auf dem Raster, diesen dort mit "snap to grid" hinsetzen.

    Dies geschieht in dem Sie den MOVE Befehl wählen. Klicken Sie mit der linken Maustaste auf den Bauteilmittelpunkt. Das Bauteil hängt nun an der Maus und kann auf das nächste Raster gesetzt werden.

    Pads und Bauteilmittelpunkt sind korrekt platziert. Die Leiterbahnen können nun mittig durch die Pads verlegt werden, ohne dass die Design Regeln dabei verletzt werden.

 

Als nächstes die richten Design Regeln passend zur Bauteilgeometrie wählen.

Prüfen Sie die Geometrie des BGA. In unserem Beispiel haben wir Padabstände von 0.8mm bei einer Padgröße von 0.4mm. Der Abstand von Padkante zu Padkante ist somit 0.4mm. Verwenden Sie eine Leiterbahn vom 0.125mm und multiplizieren Sie diese mit 3 (=Abstand+Leiterbahn+Abstand). Dies ergibt einen Platzbedarf von 0.375mm, also haben wir genügend Platz um eine Leiterbahn ohne Probleme zwischen den Pads zu verlegen.

Auf der Diagonalen beträgt der Abstnd Pad zu Pad 1.1312mm (= v (0.82 x 2). Somit ist der Abstand Padkante zu Padkante 0.7132mm (= 1.1312 – 0.4 mm für die Pads).

Das ermöglicht uns sein Via-Pad von 0.45mm mit einem Isolationsabstand von 0.125mm und einem Restring 0.1mm bei einem Bohrdurchmesser von 0.25mm. Dies entspricht unseren Design Regeln:

Damit haben Sie das richtige Raster und die passenden Design Regeln gewählt. Das Design wird unserer Klassifizierung 8D entsprechen.

TIPP

EAGLE macht keinen automatischen DRC Check während Sie Ihr Layout routen (dies würde zu viele Fehler anzeigen wenn man versucht Leiterbahnen zu platzieren). Von Zeit zu Zeit einen manuellen DRC Check ausführen minimiert das Risiko von Fehlern.

PCB Visualizer zeigt keine Fehler oder Bemerkungen

Und der Preis der ursprünglichen Losgröße von 10 4-lagigen Leiterplatten reduziert sich von €740 nach €233:

 

Zusammenfassend:

Tipp 1: Das richtige Layoutraster passend zum BGA wählen

Um Abstandsfehler zu vermeiden, dass richtige Layoutraster wählen. Ein praktikabler Wert ist die Hälfte oder ein Viertel des Bauteilrasters. Dann den Bauteilmittelpunkt auf das Layoutraster setzen.

Tipp 2: Wählen Sie die richtige Via-Pad und Bohrgröße passend zum BGA.

Dabei ist der Gesamtdurchmesser ein kritischer Punkt. In unserem Beispiel sind die besten Werte:

Die Innenlagen benötigen einen etwas größeren Restring um Fertigungstoleranzen auszugleichen. Der Unterschied zwischen Innen- und Außenlagen ist in unseren Design Regeln berücksichtigt.


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