Beim Entwurf aller Hardware-Komponenten habe ich immer versucht, einige grundlegende Regeln einzuhalten. Ziel
war, daß ich auch noch
in 10+ Jahren Bauteile oder gleichwertige Ersatzteile nachkaufen kann. Außerdem soll auch eine Handbestückung
aller Platinen problemlos
möglich sein.
Hier will ich mal zeigen, daß auch alte Ingenieure noch was dazulernen
können. Als ich vor etlichen Jahren diese Seiten zum ersten mal
geschrieben hatte, wollte ich alle PCBs noch selbst bestücken, um Geld zu
sparen. Daraus ergaben sich diese (alten) Regeln:
Bauteilauswahl
Alle Bauteile sollten 'Feld-, Wald- und Wiesentypen' sein. Keine Exotenhersteller, keine Bauteile mit
Exoten-Features. Aus meiner
Berufspraxis weiß ich aus trauriger Erfahrung, daß z.B. Prozessoren mit Spezial-Features oft schon nach wenigen
Jahren abgekündigt
werden und dann auch keine Ersatztypen mehr zu bekommen sind. Deswegen sind alle Prozessoren vom Hersteller
Atmel aus der ATMEGA Reihe,
mit dem ich seit über 20 Jahren nur gute Erfahrungen gemacht habe, was Verfügbarkeit angeht.
Auch die Gehäusebauformen sollten einen verbreiteten Standard haben. Also z.B. alle Transistoren in SOT23, D2PAK
o.ä. Kann sein, daß
es ganz tolle winzige neue Bauformen gibt, aber gibt es später auch noch Ersatztypen dafür?
Da der Hauptpreistreiber für eigene Designs die Leiterplattenfläche ist, sollten diese so klein wie möglich
werden. Aber nicht so klein,
daß ich nicht mehr selbst bestücken kann! Also als Kompromiß z.B. Widerstände und Kondensatoren im 0603 Gehäuse
und Transistoren in SOT23.
Layout (Design Rules)
Für die meisten Bauteile wurden die Lötpads gegenüber dem Standard für Automatenbestückung etwas vergrößert, um
problemlos mit einem
normalen Lötkolben noch an die Pads zu kommen.
Damit die Leiterplatten auch wirklich von jedem beliebigen Hersteller gefertigt werden können, habe ich auf
Feinleiter, Multilayer,
Microvias und andere Techniken komplett verzichtet. Die Leiterbahnbreiten und -Abstände liegen wo immer möglich
bei 300µm, was die
Zuverlässigkeit deutlich erhöht.
Ich weiß, daß es asiatische Leiterplattenhersteller gibt, die nur einen Bruchteil dessen verlangen, was man hier
bei uns bezahlt.
Nach meiner persönlichen Erfahrung kann man aber auch nur einen Bruchteil dieser Leiterplatten wirklich
verwenden...
Der Grund war, daß Leiterplatten und Bestückung bei deutschen Firmen damals
unbezahlbar waren (und immer noch sind). Bei Kleinserien für Privatanwender
ruinös. Und die chinesischen Anbieter hatten echte Qualitätsprobleme.
Inzwischen gibt es aber Anbieter, die sehr zuverlässig arbeiten und dabei
auch noch unschlagbar preisgünstig sind. Selbst meine ehemalige Firma bestellt
dort, und die haben extreme Qualitätsansprüche (KFZ-Zulieferer). Beispiel:
eine Innenbeleuchtung für H0-Personenwagen (12 LEDs, DCC-Decoder) kostet hier
ca €4,50 (PCB + Bauteile + Bestückung + Porto + Zoll, ca 1 Woche bis es auf
dem Tisch liegt (davon 4 Tage beim deutschen Zoll...)). Das deutsche 'Original' liegt
bei €30.
Ausserdem bieten diese Anbieter oft ein Rundum-Sorglos-Paket. Empfehlen
kann ich hier JLCPCB. Da gibt es alle Tools, die man braucht, und die spielen
nahtlos zusammen:
- Der Schematic/Layout-Editor EasyEDA. Intuitiv zu bedienen. Wenige
Schwächen (z.B. gibt es keine Hierarchie). Mit integrierter Library von einigen 10000
Parts. Besser noch:
- Das Library Tool JLCPCB Part Search. Damit hat man Zugriff auf
Hundertausende Parts, und man sieht auch sofort Preise und Verfügbarkeit.
- Das JLCPCB DFM Tool (Design For Manufacturability). Das findet auch
noch die letzten Layout-Designschwächen.
- Das PCB-Bestell-Tool auf der JLCPCB Homepage
("Get instant Quote"). Es akzeptiert direkt die
Export-Files von EasyEDA.
Deswegen hier die überarbeiteten Regeln:
Bauteilauswahl
Alle Bauteile sollten halbwegs verbreitete Funktionen haben, für die es
auch Alternativ-Parts gibt (andere Gehäuseformen sind zulässig). Ruhig den
billigsten Typ auswählen. Möglichst 'Basic'-Parts wählen, die Standard
sind und keine extra Rüstkosten verursachen. Falls ein Board nachbestellt
werden muss, ist ein Redesign mit ähnlichen Parts oft die einfachere und
billigere Lösung. Es ist erstaunlich, für was es alles Ersatztypen von bei
uns völlig unbekannten Herstellern gibt... 🤫
Alle üblichen Gehäusebauformen sind erlaubt. Allerdings sollte man von
BGA oder Fine-Pitch Abstand halten (das erfordert feinere
Leiterbahnstrukturen).
Die Leiterplattenfläche spielt bei den Gesamtkosten praktisch keine
Rolle mehr. Es muss also nicht unbedingt 0402-Hühnerfutter verbaut werden!
Auch Multilayer-PCBs sind kein Tabu mehr.
Layout (Design Rules)
Ruhig die Default-Einstellungen von EasyEDA verwenden (8 mil). Die
machen Sinn, das ist alles problemlos fertigbar.