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PCB Design | So entwerfen Sie eine Leiterplatte | Cadlog

Wie sich die Rolle des PCB-Designs in der Entwicklung der Elektronik verändert

Was bedeutet Leiterplattendesign in einem Zeitalter der immer schneller werdenden digitalen Transformation wie diesem? In den vergangenen sechs Jahrzehnten haben Tausende von Unternehmen im Tech-Sektor unermüdlich daran gearbeitet, täglich neue, immer ausgefeiltere elektronische Innovationen auf den Markt zu bringen, die im heutigen Zeitalter der Digitalisierung ihren Höhepunkt gefunden haben. Dies verändert in rasantem Tempo die Art und Weise, wie wir leben, reisen, Geschäfte abwickeln und kommunizieren, und natürlich auch, wie wir PCB-Design gestalten. Dieses Tempo der digitalen Transformation wird sich noch weiter beschleunigen, sobald mehr Unternehmen damit beginnen, Innovationen wie künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) in ihre Systeme einzubauen. Sie werden es ermöglichen, die exponentiell wachsende Menge an Daten, die durch "everything digital" erzeugt wird, zu nutzen.

Cadlog und Siemens haben es sich zur Aufgabe gemacht, Unternehmen aller Größenordnungen bei ihrer digitalen Transformation zu unterstützen und eine intelligentere Zukunft schneller zu gestalten, angefangen beim PCB-Design.

Wie man PCB entwirft

Das Design von Leiterplatten - das in zunehmendem Maße das Design von Leiterplattensystemen ist - steht vor der ständigen Herausforderung, die neue Generation immer komplexerer und schnellerer integrierter Schaltungen mit Energie zu versorgen und zu kühlen. Gleichzeitig muss es die thermische Integrität aller Hochgeschwindigkeitssignale zwischen den ICs auf der Leiterplatte gewährleisten. Die Herausforderungen und damit die Technologie zu ihrer Entwicklung und Analyse müssen schnell alle Leiterplatten eines Systems umfassen und mit den entsprechenden mechanischen Systemen synchronisiert werden. Die Entwicklungsteams müssen diese immer komplexeren Leiterplatten und miteinander verbundenen elektronischen Systeme mit der bestmöglichen Leistung und dem geringstmöglichen Stromverbrauch in immer kürzeren Zeitfenstern auf den Markt bringen. Die Herausforderungen beschränken sich jedoch nicht nur auf die Komplexität des Designs und den Zeitdruck bei der Markteinführung.

Die Technologien von Siemens Digital Industries Software ermöglichen es den Kunden auf einzigartige Weise, die Komplexität von Produkten, Organisationen und Prozessen zu bewältigen, die Unternehmen bisher daran gehindert haben, Leiterplatten und miteinander verbundene elektronische Systeme pünktlich und mit minimalen Überarbeitungen oder Nacharbeiten zu liefern. Diese Technologien sind die Design-Flows Xpedition Enterprise und PADS Professional sowie die eng integrierten HyperLynx und Valor NPI Analyse-Suiten.

pcb design

Zukunft

5 Elemente für das PCB-Design

Fünf Faktoren sind erforderlich, um die Produktdifferenzierung, die Rentabilität und eine schnellere Markteinführung durch das PCB-Design zu erreichen:

  1. Digital integriertes und optimiertes Multidomänen-Design
  2. Modellbasiertes System-Engineering (MBSE)
  3. Digital-prototypgesteuerte Verifikation
  4. Kapazität, Leistung, Produktivität, Effizienz
  5. Stärke und Glaubwürdigkeit der Hersteller

1. Digital integriertes und optimiertes Multidomänen-Design

Unternehmen müssen sich für eine PCB-Design-Umgebung entscheiden, die nicht nur mit der Komplexität des Designs Schritt halten kann, sondern auch einen digitalen Faden (Digital Thread) bietet, der es den Designteams und der Fertigung ermöglicht, über den Projektstatus auf dem Laufenden zu bleiben und weltweit über technische Abteilungen hinweg zusammenzuarbeiten.

Ein digitaler Faden zwischen Design und Fertigung ermöglicht es Design- und Fertigungsteams, besser zusammenzuarbeiten, wodurch der Designprozess beschleunigt und die Reaktionszeiten minimiert werden. Um den Übergang zur Fertigung zu rationalisieren, ist es erforderlich, ein vollständiges Bild des Produkts zu vermitteln und einen frühen Zugriff auf die Daten zu ermöglichen. Die Verwendung einer digital integrierten Plattform hilft den Teams bei der Entwicklung einer vollständigen und genauen bereichsübergreifenden Stückliste, die Unternehmen problemlos in eine Vielzahl von anderen Unternehmensanwendungen integrieren können. Design-Teams können auch Vorlagen entwickeln, die den Teams unternehmensweit helfen, bewährte Verfahren wiederzuverwenden und Standards durchzusetzen.

multi-domain collaboration
Die Wahl einer bereichsübergreifenden, geografieübergreifenden Lösung ist für die digitale Transformation entscheidend.

2. Modellbasiertes System-Engineering (MBSE)

Um eine System-of-Systems-Denkweise zu fördern, wenden sich viele Systemunternehmen dem modellbasierten System-Engineering (MBSE) zu, bei dem Teilsysteme aus den Bereichen Elektrik, Mechanik und Software - einschließlich des PCB-Designs - jeweils funktional modelliert und in einem umfassenden Digitalen Zwilling (Digital Twin) auf der Ebene der Systemarchitektur zusammengeführt werden, bevor mit dem Design begonnen wird.

Mit einer MBSE-Methodik werden die Architekturen für die elektronischen Teilsysteme extrahiert und als "Bill-of-Functions" kommuniziert. Diese werden dann verwendet, um die Definition des elektronischen Systems mit entsprechenden Konfigurationen voranzutreiben.

Zu Beginn des Prozesses definieren die Systemarchitekten alle externen Schnittstellen für das Kabelbaum- und Kabeldesign. Die durch PCB Design definierte Elektronik wird dann in die entsprechenden logischen und anschließenden physikalischen Designimplementierungen eingefügt.

Der Digital Twin ermöglicht es Ingenieuren, bereits zu einem früheren Zeitpunkt im Designzyklus mit der Arbeit an Trade-Offs in verschiedenen Bereichen auf einer funktionalen Ebene zu beginnen. Jeder dieser Trade-Offs kann Auswirkungen auf die einzelnen Bereiche haben. Je früher also festgestellt werden kann, welche Kompromisse für das Gesamtprodukt am besten geeignet sind, desto besser wird das Produkt sein. Durch die Betrachtung des gesamten Systems aus einer modellbasierten Systemperspektive können die Teams außerdem nicht nur die elektrischen und funktionalen Trade-Offs zu einem früheren Zeitpunkt im Entwurfszyklus betrachten, sondern auch Produkt-Trade-Offs, die beispielsweise auf Gewicht, Kosten oder sogar verfügbaren Komponenten beruhen können.

digital twin example

3. Digital-prototypgesteuerte Verifikation

Um die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen und die Rentabilität zu maximieren, führen Teams Analysen während des Design-Prozesses in iterativen, kurzen Schleifen durch. Dieser Ansatz ist vorzuziehen, wenn die Analyse erst nach Fertigstellung des Entwurfs oder im Labor nach der Montage eines physischen Prototyps der Leiterplatte oder des Systems durchgeführt wird. Entwicklungsumgebungen wie Xpedition ermöglichen die iterative Durchführung von Analysen und die Erstellung eines digitalen Prototyps ihrer Systeme für eine viel frühere Analyse. Tools wie PADS Professional ermöglichen kleineren PCB-Design-Teams dasselbe zu tun.

Darüber hinaus ermöglicht ein umfassendes System nicht nur lokalisierte iterative Schleifen für ein konstruktionsgerechtes Design, sondern erleichtert auch eine umfassende Systemanalyse. In der heutigen Umgebung ist es nicht mehr praktikabel, nur einzelne Teile eines Designs außerhalb des Kontextes des gesamten Systems zu analysieren. Die Leistung muss auf der größten Systemebene analysiert und verifiziert werden - von der elektromagnetischen 3D-Modellierung komplexer Designstrukturen bis hin zur Erstellung digitaler Modelle auf Systemebene mit mehreren Substraten, die in die leistungsbewusste Signalanalyse auf Systemebene einfließen. Heterogene Siliziumintegration und fortschrittliches IC-Packaging erfordern eine echte thermische Analyse auf Systemebene zusammen mit einer simultanen Analyse, bei der die thermischen Auswirkungen der ICs auf die Gehäuse und die entsprechende Leiterplatte im Kontext des gesamten Systems modelliert werden.

Programa de diseño de layout PCB

4. Kapazität, Leistung, Produktivität, Effizienz

Die Unternehmen, die bei der digitalen Transformation am erfolgreichsten waren, haben sich für PCB-Design-Umgebungen entschieden, die auf die Größe ihres Unternehmens, die Herausforderungen und die Expertise ihres Designteams abgestimmt sind. Darüber hinaus ermöglichen hochentwickelte Umgebungen die Katalogisierung und Wiederverwendung von Designs im gesamten Unternehmen. Im Bereich des IC-Designs hat sich dies als vorteilhaft für die Senkung der Kosten und der Designzeit erwiesen, da es die Entwicklung abgeleiteter Designs innerhalb eines Unternehmens ermöglicht.

Design Rule Check de la PCB

5. Stärke und Glaubwürdigkeit der Hersteller

Um eine digitale Transformation einzuleiten und während dieser Transformation weiter zu wachsen und zu innovieren, ist es notwendig, mit zuverlässigen Partnern zusammenzuarbeiten. Letztere müssen nicht nur führende Lösungen für heute anbieten, sondern sich auch dafür einsetzen, neue Wege zu finden, um Unternehmen erfolgreicher zu machen.

Siemens und Cadlog sind solche Partner. Wir können Unternehmen dabei helfen, ihre digitale Transformation zu verwirklichen, indem wir nicht nur die branchenweit umfassendste digital integrierte Systemdesign-Plattform der nächsten Generation anbieten, sondern auch eine Plattform mit nahtlosem Zugriff, die nahtlos mit Fertigung, PLM und anderen Systemen zusammenarbeitet. Wir können auch eine Plattform anbieten, die nahtlos mit Fertigung, PLM und Unternehmensprozessen zusammenarbeitet.

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Die Elektronikindustrie steht kurz vor einer neuen Ära des digitalen Wandels. Im Rahmen dieses neuen Paradigmas schaffen digitale Technologien neue Geschäftsprozesse, Kulturen und Kundenerfahrungen, indem sie alle Aspekte des Produktdesigns, einschließlich mechanischer und elektrischer Aspekte, zusammenführen und den gesamten Designprozess rationalisieren - von der Produktentwicklung bis hin zur Fertigung.

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Ivano Tognetti

Ivano
Tognetti

Product Manager

Ivano, seit den 80er Jahren an der Spitze
der Elektronik, ist Produktmanager für den Bereich
EDA (Electronic Design
Automation). Durch die Leitung von Projekten in
zahlreichen europäischen Ländern verfügt er über
einen sehr umfassenden Überblick über den Markt und seine
Herausforderungen




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