Platinenlayout mit NI Multisim/Ultiboard

Um Schaltungen zu planen und zu simluieren, bietet der Softwarehersteller National Instruments die Tools Multisim und Ultiboard, welche auch an der Hochschule Hamm-Lippstadt genutzt werden.

Erstellen des Schaltplans mit NI Multisim

Schaltung erstellt mit Multisim

Schaltpläne werden anfangs mit Multisim erstellt. Wenn ein Projekt mehrere Platinen umfasst, macht es teilweise Sinn, für jede Platine ein eigenes Projekt anzulegen. Wenn mehrere Platinen mit einem Platinenstecker verbunden werden, müssen diese bereits im Schaltplan angelegt werden. Auch alle anderen Steckverbinder, die notwendig sind, um Sensoren, Aktuatoren und Netzspannung zu verbinden, müssen bereits in Multisim eingefügt werden. Um die vorhandenen Steckverbinder möglichst funktionell nachzustellen, macht es Sinn, diese Bauteile neu zu erstellen. Zudem sollten alle Anschlusspins eines Bauteils schon in Multisim angelegt werden, auch wenn diverse Pins nicht genutzt werden. Nur so kann ein passender Footprint erstellt werden, wo auch alle Anschlusspins angelegt werden können.

Eine aussagekräftige Beschriftung aller Bauteile und Anschlusspins vereinfacht die Arbeit mit Multisim, sowie die Übertragung in Ultiboard. Wenn der Schaltplan überprüft wurde, kann er in Ultiboard übertragen werden.

Platinenlayout mit NI Ultiboard

Platinenlayout mit Ultiboard

Wenn der Schaltplan von Multisim in Ultiboard übertragen wurde, werden alle Bauteile zuerst neben der Leiterplatte eingefügt. Gelbe Verbindungslinien zeigen die Verbindung der verschiedenen Anschlusspins der Bauteile untereinander an. Eigens erstellte Bauteile besitzen noch keinen Footprint, dieser muss erst durch den Benutzer erstellt und einem Bauteil zugeordnet werden. Dazu muss im Datenbankmanager ein vorhandener Footprint kopiert und anschließend bearbeitet werden. Dabei ist zu beachten, dass die Lötaugen eine Mindeststärke von 1,0 mm bei einer Bohrung von 0,5mm haben sollte. Auch die Standard-Footprints, die in der Datenbank hinterlegt sind, sollten dementsprechend bearbeitet werden.

Wenn alle Bauteile mit den korrekten Footprints eingefügt sind, muss die Position auf der Leiterplatte bestimmt werden. Es macht Sinn, mit großen Bauteilen mit vielen Pins zu beginnen und die kleineren Bauteile so einzufügen, dass die Verbindungen möglichst einfach und nicht "über Kreuz" verlegt werden. Falls dieses nicht möglich ist, müssen sogenannte Durchkontaktierungen verwendet werden. Diese verbinden beide Platinenseiten "Copper Top" und "Copper Buttom".

Als Leiterbahndicke empfiehlt sich im Netzspannungsbereich 1,5 mm, im Niederspannungsbereich 1,0 mm. Es ist zudem darauf zu achten, die Leiterbahnen im Netzspannungsbereich mit möglichst viel Abstand zueinander zu verlegen. gefertigte Platine

gefertigte Platine

Um Leiterbahnen zu sparen, macht es Sinn, eine Kupferlage zu erstellen und diese mit dem Massekontakt zu verbinden. Dadurch werden alle Leiterbahnen für die Masseverbindungen der Bauteile eingespart und direkt über die Kupferfläche verbunden. Es ist aber trotzdem darauf zu achten, dass die Massefläche keine Engstellen besitzt, da sonst Potentiale auf der Platine entstehen, welche die korrekte Funktion der Schaltung beeinflussen können. Sollten Engstellen unvermeidbar sein, sollten diese mit einer Durchkontaktierung über die Rückseite der Platine überbrückt werden.

Um zu überprüfen, ob alle Bauteile richtig eingefügt wurden und ob alle Footprints passen, kann die Platine in Originalgröße auf Papier ausgedruckt werden, sodass der Ausdruck probeweise mit Bauteilen bestückt werden kann.

Wenn alle Verbindungen und Footprints korrekt sind, können aus dem Programm Gerber-Dateien generiert werden, welche dann entsprechend am Fräsbohrplotter gefertigt werden können.

In den meisten Fällen, ist die erste gefertigte Platine noch fehlerhaft. Die Fehler können bei der ersten Bestückung entdeckt werden und sollten dann im Layout ausgebessert werden. Das fertigen einer zweiten Platine ist dann in den meisten Fällen unumgänglich.