Nach 15 Jahren in der PCB-Fertigung habe ich tausende Designs gesehen – und leider auch tausende vermeidbare Fehler. Die gute Nachricht: Die meisten Probleme wiederholen sich. Wenn Sie diese 10 häufigsten Fehler kennen, sind Sie vielen Entwicklern einen großen Schritt voraus.
Warum dieser Artikel wichtig ist
Ein einzelner Design-Fehler kann Wochen Verzögerung und tausende Euro kosten. Ich zeige Ihnen, wie Sie diese teuren Lektionen überspringen können.
1Ignorieren der Hersteller-Designregeln
Der Klassiker: Ein Ingenieur designt sein Board, schickt es an uns – und wir müssen es ablehnen. Warum? Die Leiterbahnbreite ist 0.08mm, aber unser Minimum ist 0.1mm. Oder der Abstand zwischen Via und Pad ist zu gering.
- Leiterbahnen zu dünn
- Abstände zu gering
- Vias zu klein
- Bohrungen zu nah am Rand
- Kupferabstand zur Platinenkante fehlt
- Design Rules vom Hersteller importieren
- DRC (Design Rule Check) aktivieren
- Bei Unklarheiten nachfragen
- Puffer einplanen (10% über Minimum)
- Gerber-Dateien vorab prüfen lassen
“Jede Woche sehe ich Designs, die 5 Minuten vor der Fertigung scheitern – weil niemand die DRC-Regeln geladen hat. Das ist wie Autofahren ohne Rückspiegel.”
Hommer Zhao
Gründer & CEO, WellPCB
Bei WellPCB bieten wir Ihnen unsere Design Rules als downloadbare Datei für alle gängigen EDA-Tools. Nutzen Sie sie!
2Unzureichendes Wärmemanagement
Wärme ist der stille Killer elektronischer Schaltungen. Ein MOSFET, der im Datenblatt 3A kann, wird bei schlechter Wärmeableitung schon bei 1.5A zum Problem. Und Elkos leben bei 10°C mehr Betriebstemperatur nur noch halb so lang.
Kritische Bereiche für Wärmemanagement
| Bauteil | Typische Verlustleistung | Empfohlene Maßnahme |
|---|---|---|
| Spannungsregler | 0.5-5W | Thermal Pad, Kupferfläche unter IC |
| MOSFETs | 1-20W | Vias zu Massefläche, Heatsink |
| Leistungswiderstände | 0.25-5W | Abstand zu anderen Bauteilen |
| LEDs (Power) | 1-10W | Alu-Kern PCB, Thermal Vias |
| Prozessoren | 2-50W | Mehrlagig mit Wärmeverteilung |
Bei kritischen Anwendungen empfehle ich Aluminium-Kern PCBs – die leiten Wärme 200x besser als normales FR4.
3EMV-Probleme durch schlechtes Layout
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist kein Hexenwerk – aber man muss die Grundregeln kennen. Die meisten EMV-Probleme entstehen durch:
- Große Stromschleifen: Je größer die Schleife, desto mehr Antenne
- Fehlende Masseflächen: Hochfrequenz braucht einen Rückweg
- Ungeschirmte Leitungen: Besonders bei Taktsignalen kritisch
- Mangelhafte Filterung: An Schnittstellen nach außen
EMV-Grundregel #1
Für jedes Signal gibt es einen Hin- und Rückweg. Bei Hochfrequenz nimmt der Rückstrom den Weg direkt unter der Signalleitung. Unterbrechen Sie diesen Weg (z.B. durch Schlitze in der Massefläche), haben Sie eine Antenne gebaut.
EMV-Checkliste für Ihr Design
Für EMV-kritische Designs bietet sich eine HDI-Leiterplatte an – mehr Lagen bedeuten bessere Schirmung und kürzere Signalwege.
4Unterdimensionierte Leiterbahnen
„Es sind doch nur 2 Ampere" – berühmte letzte Worte. Eine 0.3mm breite Leiterbahn auf 35µm Kupfer kann zwar 2A führen, wird dabei aber über 30°C wärmer. Bei 5A lötet sie sich selbst ab.
| Strom | 35µm Cu (1oz) | 70µm Cu (2oz) | 105µm Cu (3oz) |
|---|---|---|---|
| 0.5A | 0.15mm | 0.10mm | 0.08mm |
| 1A | 0.30mm | 0.20mm | 0.15mm |
| 2A | 0.70mm | 0.45mm | 0.35mm |
| 5A | 2.00mm | 1.30mm | 1.00mm |
| 10A | 5.00mm | 3.20mm | 2.50mm |
* Werte für 10°C Temperaturerhöhung über Umgebung. Bei geschlossenen Gehäusen entsprechend größer dimensionieren.
“Wenn Sie die Leiterbahnbreite nicht berechnen können, machen Sie sie doppelt so breit wie Sie denken. Kupfer ist billig, ein durchgebranntes Board nicht.”
Hommer Zhao
Gründer & CEO, WellPCB
5Signalintegrität bei Hochgeschwindigkeit
Ab etwa 50MHz wird PCB-Design zur Hochfrequenztechnik. Reflexionen, Übersprechen und Dämpfung können ein funktionierendes Design in einen Alptraum verwandeln.
Wann wird Impedanzkontrolle wichtig?
| Anwendung | Typische Impedanz | Kritisch ab |
|---|---|---|
| USB 2.0 | 90Ω differentiell | 480 Mbps |
| USB 3.0/3.1 | 90Ω differentiell | 5-10 Gbps |
| Ethernet | 100Ω differentiell | 100 Mbps+ |
| DDR3/DDR4 | 40-60Ω single-ended | 800 MHz+ |
| PCIe | 85Ω differentiell | 2.5 GT/s+ |
Für solche Anwendungen brauchen Sie kontrollierte Impedanz. Das erfordert ein Multilayer-PCB mit definierten Lagenaufbau und enger Fertigungstoleranz.
6Nicht für die Fertigung designed
Design for Manufacturing (DFM) bedeutet: Machen Sie es der Bestückung leicht. Ich sehe regelmäßig Designs, die theoretisch funktionieren, aber praktisch nicht bestückbar sind.
DFM-Sünden
- Bauteile zu nah beieinander
- SMD auf beiden Seiten ohne Rücksicht auf Prozess
- Keine Passermarken (Fiducials)
- Bestückungsdruck überlappt Pads
- Exotische Bauteile ohne Alternative
DFM Best Practices
- Mindestens 0.5mm Abstand zwischen Bauteilen
- Schwere Bauteile auf Hauptseite
- 3 Fiducials für automatische Bestückung
- Klarer, lesbarer Bestückungsdruck
- Alternativteile im BOM definiert
Bei unserer SMD-Bestückung prüfen wir Ihr Design kostenlos auf DFM-Probleme – bevor es in die Fertigung geht.
7Prototyp-Design nicht serientauglich
Ein Prototyp mit handgelöteten Drähten und Epoxyflicken funktioniert vielleicht – aber versuchen Sie mal, 10.000 davon zu bauen. Denken Sie von Anfang an an die Serie:
- Testpunkte einplanen: Für ICT (In-Circuit-Test) und Funktionstest
- Standardbauteile verwenden: Keine unobtainium-ICs
- Nutzendesign berücksichtigen: Wie werden die Boards getrennt?
- Vergießen/Lackieren einplanen: Wenn Schutz nötig ist
- Wärme unter realen Bedingungen testen: Nicht nur auf dem Schreibtisch
“Der beste Prototyp ist einer, den Sie 1:1 in Serie fertigen können. Alles andere ist eine Konzeptstudie.”
Hommer Zhao
Gründer & CEO, WellPCB
8Unvollständige Fertigungsunterlagen
„Die Gerber-Dateien sind doch dabei!" – Ja, aber ohne Lagenaufbau, Impedanzangaben, Oberflächenspezifikation oder Besonderheiten. Das führt zu Rückfragen und Verzögerungen.
Vollständige Fertigungsunterlagen enthalten:
| Dokument | Inhalt | Format |
|---|---|---|
| Gerber-Dateien | Alle Layer, Lötstoppmaske, Bestückungsdruck | RS-274X |
| Bohrdaten | NC-Drill, PTH/NPTH getrennt | Excellon |
| Lagenaufbau | Materialien, Dicken, Kupferstärken | PDF/Readme |
| Impedanzangaben | Welche Netze, welche Werte, Toleranz | PDF/Readme |
| Stückliste (BOM) | Alle Bauteile mit Alternativen | Excel/CSV |
| Pick & Place | Koordinaten, Drehwinkel | CSV/ASCII |
9Keine Testmöglichkeiten vorgesehen
Ein fertig bestücktes Board ohne Testpunkte ist wie ein Auto ohne Tacho – Sie wissen nicht, ob alles funktioniert, bis es zu spät ist.
Testpunkte einplanen
- Versorgungsspannungen: Jede Spannung braucht einen Testpunkt
- Kritische Signale: Reset, Clock, wichtige Busse
- Kommunikationsschnittstellen: I2C, SPI, UART
- Analog-Signale: Für Kalibrierung und Debug
Planen Sie außerdem Platz für Programmier- und Debug-Schnittstellen ein – JTAG, SWD oder ISP. Diese werden bei der Serienproduktion täglich gebraucht.
10Kostenoptimierung erst am Ende
„Das Design funktioniert, jetzt schauen wir mal auf die Kosten" – ein teurer Irrtum. 80% der Produktkosten werden in der Designphase festgelegt.
Kostentreiber bei PCBs
| Faktor | Kostenauswirkung | Alternative |
|---|---|---|
| Anzahl Layer | +30-50% pro 2 Layer | Layout optimieren, SMD statt THT |
| Sondermaterial | 2-10x teurer als FR4 | Nur wo wirklich nötig |
| Kleine Strukturen | +20-100% | Standard-Design-Rules nutzen |
| Sonder-Oberfläche | +10-50% | HASL statt ENIG wenn möglich |
| Exotische Bauteile | Unkalkulierbar | Standardbauteile bevorzugen |
“Ein erfahrener PCB-Designer denkt bei jedem Vias: Brauche ich das wirklich? Jedes Via kostet – nicht viel, aber bei 10.000 Stück summiert es sich.”
Hommer Zhao
Gründer & CEO, WellPCB
Die ultimative Design-Checkliste
Bevor Sie Ihr Design abschicken, gehen Sie diese Punkte durch:
Vor dem Export
Nach dem Export
Fazit: Lernen aus Fehlern – am besten aus fremden
Jeder PCB-Designer hat diese Fehler gemacht – ich inklusive. Der Unterschied zwischen Anfängern und Profis ist nicht, dass Profis keine Fehler machen. Es ist, dass sie dieselben Fehler nicht zweimal machen.
Mit dieser Liste haben Sie 15 Jahre Erfahrung in 10 Minuten Lesezeit bekommen. Nutzen Sie sie als Checkliste, drucken Sie sie aus, hängen Sie sie neben Ihren Monitor. Und wenn Sie unsicher sind: Fragen Sie. Bei WellPCB prüfen wir Ihr Design kostenlos, bevor es in die Fertigung geht.
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