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Titelseite |
5 |
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Impressum |
6 |
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Inhaltsverzeichnis |
7 |
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Vorwort |
21 |
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Ein Wort zu Kunst |
23 |
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Worauf beruhen unterschiedliche Layouts und Designs ? |
24 |
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Bestellung und Vergabe von Aufträgen |
25 |
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1 Entwicklung elektronischer Geräte |
27 |
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1.1 Von der Idee zum fertigen Produkt |
27 |
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1.1.1 Die Idee |
28 |
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1.1.2 Sinn und Zweck |
28 |
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1.1.3 Funktion |
29 |
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1.1.4 Ziele |
29 |
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1.1.5 Wege zum Ziel |
30 |
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1.1.6 Kostenfaktoren |
33 |
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|
1.1.7 Nutzen und Gewinn |
36 |
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1.1.8 Umweltfaktoren |
37 |
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|
1.2 Spezifikation |
38 |
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1.2.1 Produkt-Beschreibung |
39 |
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|
1.2.2 Funktionsübersicht |
46 |
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1.2.3 Funktionsmuster |
48 |
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|
1.2.4 Vorgaben |
49 |
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|
1.2.5 Pflichten- und Lastenheft |
55 |
|
|
1.2.6 Patente |
57 |
|
|
1.3 Richtlinien und Vorschriften |
60 |
|
|
1.3.1 Richtlinien |
60 |
|
|
1.3.2 Vorschriften |
61 |
|
|
1.3.3 Normen |
63 |
|
|
1.4 Machbarkeit |
68 |
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|
1.4.1 Planung |
68 |
|
|
1.4.2 Nachfrage |
69 |
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|
1.4.3 Finanzierung: |
69 |
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|
1.4.4 Worst-Case Scenario |
70 |
|
|
1.4.5 Realisierbarkeit |
70 |
|
|
1.5 Businessplan |
71 |
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|
1.6 Schlussbewertung zur Ausführbarkeit |
72 |
|
|
2 Planung |
73 |
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|
2.1 Produktekreationsprozess |
74 |
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|
2.2 Produktphasen |
75 |
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|
2.2.1 Vorbereitung |
75 |
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|
2.2.2 Konzeptausarbeitung |
76 |
|
|
2.2.3 Grundentwicklung |
76 |
|
|
2.2.4 Produktentwicklung |
77 |
|
|
2.2.5 Fertigungsüberleitung |
78 |
|
|
2.2.6 Beginn der Serienfertigung |
79 |
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|
2.2.7 Produktion |
79 |
|
|
2.2.8 Produktbetreuung |
80 |
|
|
2.2.9 Entsorgung und Recycling |
80 |
|
|
2.3 Design Flow |
81 |
|
|
2.3.1 Allgemeiner Design Flow |
81 |
|
|
2.3.2 Flussdiagramm zeigt Abhängigkeiten |
82 |
|
|
2.3.3 Meilensteine |
85 |
|
|
2.3.4 Überprüfung (Review) |
85 |
|
|
2.4 Terminplanung |
86 |
|
|
2.4.1 Grundlagen Terminplanung |
86 |
|
|
2.4.2 Erfahrungswerte für Arbeiten |
87 |
|
|
2.4.3 Gantt-Diagramm |
88 |
|
|
2.4.4 Tabellenkalkulation |
89 |
|
|
2.4.5 History Sheet |
89 |
|
|
2.5 Kostenlimit für die Entwicklung |
92 |
|
|
2.5.1 Missverständnisse, fehlende Absprachen und mangelhafte Kommunikation |
92 |
|
|
3 Design-Tools |
95 |
|
|
3.1 Mechanik |
96 |
|
|
3.1.1 Beispiele einiger Mechanik-Systeme |
97 |
|
|
3.1.2 Simulation |
97 |
|
|
3.1.3 Datenaustausch |
98 |
|
|
3.2 Elektronik |
99 |
|
|
3.2.1 Komplettsysteme |
101 |
|
|
3.2.2 freie Systeme |
102 |
|
|
3.2.3 einfache Systeme |
102 |
|
|
3.2.4 High-End Systeme |
102 |
|
|
3.3 Firm- und Software |
103 |
|
|
3.3.1 Softwaredesign |
103 |
|
|
3.3.2 Embedded Design |
103 |
|
|
3.3.3 In-circuit Programming |
104 |
|
|
3.3.4 Debugging |
104 |
|
|
3.4 Weitere Bereiche |
105 |
|
|
3.5 Freeware oder kommerzielle Tools |
106 |
|
|
3.5.1 Freeware |
106 |
|
|
3.5.2 Kommerzielle Produkte |
107 |
|
|
4 Baugruppendesign |
109 |
|
|
4.1 Anforderungen und Eigenschaften |
110 |
|
|
4.1.1 EMV |
111 |
|
|
4.1.2 Signalübertragung |
123 |
|
|
4.1.3 Elektromechanisches Schalten |
130 |
|
|
4.1.4 ESD |
136 |
|
|
4.1.5 IP-Schutzart |
138 |
|
|
4.1.6 Klassifizierung und Komplexität |
141 |
|
|
4.1.7 Mechanische Anforderungen |
144 |
|
|
4.1.8 Wärmeentwicklung |
147 |
|
|
4.1.9 Lebensdauer |
158 |
|
|
4.2 Position und Lage bestimmter Komponenten |
165 |
|
|
4.2.1 Anzeigen und Indikatoren |
165 |
|
|
4.2.2 Bedienungselemente |
166 |
|
|
4.2.3 Sensoren |
167 |
|
|
4.2.4 Schnittstellen |
168 |
|
|
4.2.5 Kabelzuführung |
169 |
|
|
4.2.6 Sicherheitselemente |
169 |
|
|
4.2.7 Stromversorgung |
173 |
|
|
4.2.8 Türen und Klappen |
173 |
|
|
4.2.9 Hilfsfunktionen |
173 |
|
|
4.2.10 Beschriftung |
174 |
|
|
4.3 Mechanische Elemente |
175 |
|
|
4.3.1 Frontplatten |
175 |
|
|
4.3.2 Gehäuse |
177 |
|
|
4.3.3 Befestigung |
178 |
|
|
4.3.4 Mechanische Funktionen |
181 |
|
|
4.4 Verdrahtung |
182 |
|
|
4.4.1 Leiterdichte |
182 |
|
|
4.4.2 Leiterabstand |
183 |
|
|
4.4.3 Leiterquerschnitt |
184 |
|
|
4.4.4 Isolationsmaterialien |
185 |
|
|
4.4.5 Installationsdraht |
186 |
|
|
4.4.6 Flexible Litzen |
186 |
|
|
4.4.7 Mehrfachkabel |
186 |
|
|
4.4.8 Kupferlackdraht |
187 |
|
|
4.4.9 Geschirmte Kabel |
188 |
|
|
4.5 Verbindungstechnik |
189 |
|
|
4.5.1 Wire-Wrap Technik |
189 |
|
|
4.5.2 Löttechnik |
190 |
|
|
4.5.3 Schraubanschlüsse |
190 |
|
|
4.5.4 Klemmtechnik |
190 |
|
|
4.5.5 Presstechnik |
191 |
|
|
4.5.6 Bonden |
192 |
|
|
4.5.7 Galvanisieren |
192 |
|
|
4.5.8 Fügen, Schweissen |
193 |
|
|
4.5.9 Steckverbinder |
193 |
|
|
4.6 Aufbau und Realisation |
199 |
|
|
4.6.1 Einzelgeräte |
199 |
|
|
4.6.2 Prototypen und Muster |
199 |
|
|
4.6.3 Nullserie |
200 |
|
|
4.6.4 Serie |
201 |
|
|
4.7 Inbetriebnahme und Test |
203 |
|
|
4.7.1 Tests in der laufenden Produktion |
203 |
|
|
4.7.2 Testbarkeit |
204 |
|
|
4.7.3 Erste Inbetriebnahme von Prototypen |
206 |
|
|
4.7.4 Typische Fehler bei Prototypen |
208 |
|
|
4.7.5 Stichproben auf Widerstandsfähigkeit |
210 |
|
|
4.8 Produktebetreuung |
211 |
|
|
4.8.1 Service = Dienstleistung |
211 |
|
|
4.8.2 Reparatur |
211 |
|
|
4.8.3 Entsorgung - Recycling |
213 |
|
|
5 Funktionsdesign |
215 |
|
|
5.1 Blockschema |
215 |
|
|
5.2 Schema |
215 |
|
|
5.2.1 Globale und lokale Elemente |
216 |
|
|
5.2.2 Funktionsblöcke |
216 |
|
|
5.2.3 Hierarchie |
217 |
|
|
5.2.4 Übergänge zwischen Blättern |
218 |
|
|
5.2.5 Darstellung |
219 |
|
|
5.2.6 Schema Beispiele |
230 |
|
|
5.2.7 Netzlisten |
244 |
|
|
5.2.8 Stücklisten |
244 |
|
|
5.2.9 Bibliotheken |
245 |
|
|
5.2.10 Testbarkeit |
245 |
|
|
5.3 Komponenten |
246 |
|
|
5.3.1 Funktion gesucht .. |
246 |
|
|
5.3.2 Angebote: Distributoren und Händler |
248 |
|
|
5.3.3 Verträge |
249 |
|
|
5.3.4 Komponenten-Evaluation in Betrieben |
250 |
|
|
5.4 Kriterien zur Auswahl von Komponenten |
251 |
|
|
5.4.1 Bauform |
252 |
|
|
5.4.2 Leistung |
254 |
|
|
5.4.3 Chip-Komponenten: Baugrössen |
255 |
|
|
5.4.4 Kondensatoren |
257 |
|
|
5.4.5 Spulen |
263 |
|
|
5.4.6 Widerstand und Frequenz |
264 |
|
|
5.4.7 Operationsverstärker |
264 |
|
|
5.4.8 Logik |
267 |
|
|
5.5 Simulation |
269 |
|
|
5.5.1 Gründe für eine Simulation: |
270 |
|
|
5.5.2 Simulations-Modi und -Typen |
271 |
|
|
5.5.3 Spice |
272 |
|
|
5.5.4 Fehlfunktion: Simulation oder Schaltung? |
280 |
|
|
5.5.5 Fazit |
280 |
|
|
5.5.6 Field-Solver (EMS) |
282 |
|
|
5.5.7 Thermische Simulation |
283 |
|
|
5.6 Vorgaben für Leiterplatten im Schema |
284 |
|
|
5.6.1 Strompfade |
284 |
|
|
5.6.2 Spannungen |
284 |
|
|
5.6.3 Leistungsbereiche |
284 |
|
|
5.6.4 Differentielle Leiter |
284 |
|
|
5.6.5 Impedanzkontrolle |
285 |
|
|
5.6.6 Vorgaben der Hersteller |
285 |
|
|
5.7 Schema-Funktionsprüfung |
286 |
|
|
5.7.1 Electrical Rule Check |
286 |
|
|
5.7.2 Optische Prüfung |
287 |
|
|
5.7.3 Review |
287 |
|
|
6 Leiterplattendesign |
289 |
|
|
6.1 Sinn und Zweck |
289 |
|
|
6.1.1 Träger für Komponenten |
289 |
|
|
6.1.2 Leitungsträger für Verbindungen |
290 |
|
|
6.1.3 Bauteil mit eigenen Eigenschaften |
290 |
|
|
6.2 Kurze Geschichte der Leiterplatte |
291 |
|
|
6.2.1 Wichtigste Daten und Patente |
291 |
|
|
6.2.2 Fertigungsverfahren |
292 |
|
|
6.2.3 Layerverwendung |
292 |
|
|
6.2.4 Layoutübertragungstechnik |
293 |
|
|
6.2.5 Masssysteme |
293 |
|
|
6.2.6 Umrechnung Zoll - Meter |
294 |
|
|
6.2.7 Koordinatensystem |
294 |
|
|
6.3 Anforderungen an Leiterplatten |
295 |
|
|
6.3.1 Packungsdichte |
295 |
|
|
6.3.2 Machbarkeit |
296 |
|
|
6.4 Trägermaterial für Leiterplatten |
297 |
|
|
6.4.1 Einige Begriffe |
297 |
|
|
6.4.2 Basismaterial |
298 |
|
|
6.4.3 Aufbau von Basismaterial |
299 |
|
|
6.4.4 Kenndaten |
307 |
|
|
6.4.5 Materialauswahl |
311 |
|
|
6.4.6 Daten einiger Basismaterialien im Vergleich |
312 |
|
|
6.5 Leiterplattenfertigung |
314 |
|
|
6.5.1 Leiterplattentypen |
314 |
|
|
6.5.2 Oberflächen |
317 |
|
|
6.5.3 Einfache Leiterplatten |
321 |
|
|
6.5.4 Multilayer |
322 |
|
|
6.5.5 Herstellung eines Multilayers |
323 |
|
|
6.5.6 Leiterplatten Aufbau |
332 |
|
|
6.5.7 Löcher und Bohrungen |
342 |
|
|
6.5.8 Fertigungsdaten |
359 |
|
|
6.6 Board Erstellung |
372 |
|
|
6.6.1 Wahl der Strategie |
374 |
|
|
6.6.2 Layer einrichten |
376 |
|
|
6.6.3 Definition der Leiterplatte |
382 |
|
|
6.6.4 Beschriften, Vermassen und Dokumentieren |
386 |
|
|
6.6.5 Platzieren |
393 |
|
|
6.6.6 Routen (Leiter verlegen) |
401 |
|
|
6.6.7 Stromtragfähigkeit und Erwärmung |
418 |
|
|
6.6.8 Leiterabstand und elektrische Isolation |
436 |
|
|
6.6.9 Testpunkte |
441 |
|
|
6.7 EMV-Design |
443 |
|
|
6.7.1 Versorgungssysteme |
443 |
|
|
6.7.2 Proximity-Effekt |
449 |
|
|
6.7.3 Mehrere Versorgungssysteme |
452 |
|
|
6.7.4 Leiterführung |
454 |
|
|
6.8 High-Speed-Design |
457 |
|
|
6.8.1 Wann beginnt „High-Speed“? |
457 |
|
|
6.8.2 Kritische Leiterlänge |
459 |
|
|
6.8.3 Impedanzkontrollierte Leiter |
460 |
|
|
6.8.4 Vias im High-Speed-Umfeld |
466 |
|
|
6.8.5 Besondere Materialien für hohe Frequenzen |
471 |
|
|
6.8.6 Differentielle Leiter |
472 |
|
|
6.9 spezielle Anforderungen |
475 |
|
|
6.9.1 bewegliche Teile |
475 |
|
|
6.9.2 Flex |
476 |
|
|
6.9.3 Starr-Flex |
484 |
|
|
6.9.4 Semi-Flex |
494 |
|
|
6.9.5 ZIF-Kontaktierung |
497 |
|
|
6.9.6 Eingebettete Komponenten |
500 |
|
|
6.9.7 MID-Technologie |
506 |
|
|
6.10 Regeln, Rules und Constraints |
509 |
|
|
6.10.1 Definieren von Rules |
509 |
|
|
6.10.2 Wichtigste Rules |
511 |
|
|
6.10.3 Elektrisch und Routing |
511 |
|
|
6.10.4 Herstellung |
511 |
|
|
6.10.5 Planes und Polygone |
513 |
|
|
6.10.6 Masken |
514 |
|
|
6.10.7 Bestückung |
514 |
|
|
6.10.8 High-Speed und EMV |
515 |
|
|
7 Bibliotheken |
517 |
|
|
7.1 Komponenten-Verwaltung |
517 |
|
|
7.1.1 Komponenten-Erfassung |
518 |
|
|
7.1.2 Bauteile-Bibliotheken |
519 |
|
|
7.1.3 Komponenten-Definition |
522 |
|
|
7.2 Schema-Bibliothek |
525 |
|
|
7.2.1 Symbolbibliothek erstellen |
525 |
|
|
7.2.2 Masse und Raster |
526 |
|
|
7.2.3 Aufbau von Schema-Symbolen |
527 |
|
|
7.2.4 Bezeichnung von Schemasymbolen |
527 |
|
|
7.2.5 Parts (Einzel-Schaltkreise) |
528 |
|
|
7.2.6 Pinbelegung und -Bezeichnung |
528 |
|
|
7.2.7 Polarisierte Bauteile |
529 |
|
|
7.2.8 Nichtelektrische Bauteile |
530 |
|
|
7.3 PCB-Bibliothek |
531 |
|
|
7.3.1 Voraussetzungen |
532 |
|
|
7.3.2 SMD-Landeflächen nach IPC-7351B |
535 |
|
|
7.3.3 THT-Landeflächen |
543 |
|
|
7.3.4 Namen Definition nach IPC-Standard |
548 |
|
|
7.3.5 Weitere Bauformen |
557 |
|
|
7.3.6 Landeflächen nach Hersteller-Vorgabe |
557 |
|
|
7.3.7 Namen Definition allgemein |
558 |
|
|
7.3.8 Null-Rotation für Bauteile |
565 |
|
|
7.3.9 Beispiele |
568 |
|
|
7.3.10 Nachwort |
577 |
|
|
8 Baugruppenfertigung |
579 |
|
|
8.1 Umgang mit Komponenten |
579 |
|
|
8.1.1 ESD - Elektrostatische Entladungen |
580 |
|
|
8.1.2 ESD - Ereignis |
587 |
|
|
8.1.3 ESD - Schutz |
590 |
|
|
8.1.4 Verweise auf Literatur |
600 |
|
|
8.2 Fertigung |
601 |
|
|
8.2.1 Fertigungsdaten |
601 |
|
|
8.2.2 Lotpasten-Druck |
606 |
|
|
8.2.3 Manuelles Bestücken |
607 |
|
|
8.2.4 Maschinelles Bestücken |
610 |
|
|
8.2.5 Löten |
612 |
|
|
8.2.6 Design-Anforderungen |
616 |
|
|
8.2.7 Bestückungsnutzen |
617 |
|
|
8.2.8 Variantenbestückung |
618 |
|
|
8.3 Baugruppen-Tests |
619 |
|
|
8.3.1 Optische Inspektion |
620 |
|
|
8.3.2 Automatische optische Inspektion (AOI) |
620 |
|
|
8.3.3 In-Circuit-Test |
622 |
|
|
8.3.4 Flying-Probe-Test |
629 |
|
|
8.3.5 Prüfzeichen |
631 |
|
|
8.3.6 EMV-Tests |
632 |
|
|
8.4 Inbetriebnahme |
641 |
|
|
8.4.1 Burn-In Test |
642 |
|
|
8.5 Leiterplattenreparatur |
643 |
|
|
8.5.1 Verwechselte Speisungsanschlüsse |
643 |
|
|
8.5.2 Verwechselte Anschlüsse |
643 |
|
|
8.5.3 Vergessene Komponenten |
644 |
|
|
8.5.4 Leiterbahnen |
645 |
|
|
8.5.5 Vias |
646 |
|
|
8.5.6 Durchkontaktierung in Befestigungslöchern |
646 |
|
|
8.5.7 Rückzug der Planes in Befestigungslöchern |
647 |
|
|
8.5.8 Beispiel: Mechanischer Bruch in Multilayer |
647 |
|
|
8.6 Auftragsabwicklung |
648 |
|
|
8.6.1 Auftragsvergabe |
648 |
|
|
8.6.2 Offertanfrage |
648 |
|
|
8.6.3 Bestellung |
649 |
|
|
8.6.4 Rückfragen |
650 |
|
|
Anhang A: Projektübernahme |
651 |
|
|
Anhang B: Musterleiterplatte |
653 |
|
|
Anhang C: Glossar |
659 |
|
|
Index |
668 |
|
|
Quellenverzeichnis |
683 |
|