PCB-Design-Tools Design-Werkzeuge um Komponenten in Leiterplatten einzubetten

Design-Werkzeuge um Komponenten in Leiterplatten einzubetten Eingebettete Komponenten steigern die Funktionsdichte und die Bestückungsdichte einer Leiterplatte bei oftmals niedrigeren Gesamtkosten. Um diese Vorteile nutzen zu können, ist jedoch der Einsatz einer Design-Software nötig, die sowohl die speziellen Anforderungen eingebetteter Komponenten versteht als auch mit den Embedded Components und den Einbett-Techniken umgehen kann.

Elektronikunternehmen nutzen in ihren Leiterplattendesigns immer häufiger eingebettete Komponenten. Diese Komponenten werden nicht wie bisher üblich auf der fertigen Leiterplatte montiert, sondern sie werden während der Leiterplattenproduktion integriert. Sie können sowohl auf innen liegenden (embedded) Lagen als auch auf der Platinenoberfläche verwendet werden. Eingebettete diskrete Komponenten werden üblicherweise in freiliegenden Aussparungen einer Leiterplatte montiert.

Dabei geht der Trend dahin, mehr integrale passive Komponenten als diskrete passive Komponenten und mehr integrierte diskrete aktive Komponenten als oberflächenmontierbare diskrete aktive Komponenten zu verwenden. Der höhere Funktionsumfang aktiver Komponenten und die hohe Anzahl an niedrigen Versorgungsspannungen hat auch die Anzahl der passiven Komponenten gesteigert. Der Anteil diskreter passiver Komponenten beträgt in vielen Fällen 70 bis 80 % der gesamten Bauteile. Das Passiv- Aktiv-Verhältnis wird in Zukunft weiter steigen. Aktive Komponenten in Ball Grid Arrays (BGAs) mit vielen Pins machen es dem Leiterplattendesigner immer schwerer, Platz auf der Oberfläche für diskrete passive Komponenten zu finden.

Da die Taktfrequenz und der digitale Anteil der Komponenten zunehmen, sind auch mehr Kondensatoren erforderlich. Diese müssen in der Nähe der IC-Anschlüsse platziert werden, um Störungen – nicht nur auf den Versorgungsleitungen (Rauschen) – zu vermeiden, die zu Timing-Fehlern führen können. Das Entfernen der diskreten passiven Komponenten von der Platinenoberfläche und deren Integration in die Leiterplatte schaffen freie Leiterplattenfläche und erlauben es, die passiven Komponenten näher an den Anschlüssen der aktiven Bauteile (Treiber-Pins) zu platzieren. Eingebettete passive Komponenten ermöglichen hochfrequente Leiterplatten. Ihr Aufbau verringert die Induktivität des Signalpfades vom IC-Kern zur Leiterplattenoberfläche und zurück. Zusammen mit der niedrigeren Induktivität können eingebettete passive Komponenten die Impedanz des Stromversorgungssystems und die elektromagnetische Emission verringern. Dies wiederum verbessert die gesamte elektrische Leistungsfähigkeit einer Leiterplatte. Durch Reduzierung der Gesamtanzahl der Lötverbindungen wird außerdem auch die Zuverlässigkeit der Leiterplatte gesteigert.

Zwar erhöhen sich durch den Einsatz von passiven eingebetteten Komponeten die Fertigungskosten der Leiterplatte, jedoch wird mit zunehmender Zahl der in der Leiterplatte integrierten Bauteile der Faktor „Kosteneinsparung durch nicht vorhandene Bauteile“ mehr und mehr ausschlaggebend. Denn in Leiterplatten integrierte Komponenten sind Teil des Fertigungsprozesses und nicht Teil des Bestückungsprozesses. Sie tauchen auch nicht mehr in der Stückliste als physikalische Bauteile auf. Die Hersteller verwalten deshalb integrierte passive Komponenten am liebsten mit Tabellen.

Technologisch führende Unternehmen haben auch Bedarf an eingebetteten aktiven Komponenten. Für weitere aktive Komponenten muss zusätzlicher Platz auf der Platinenoberfläche geschaffen werden. Eingebettete aktive Komponenten haben kleinere Abmessungen, denn sie haben kein Gehäuse, das beim Platzieren auf der Oberfläche zu berücksichtigen ist. Die treibende Kraft für die Nutzung von eingebetteten aktiven Komponenten ist eine Reduzierung der Leiterplattengröße bei gleichzeitiger Erhöhung der aktiven Funktionen.