CAD, Leiterplatten- und Baugruppentechnik, Folge 9 Grundelemente und Aufbau der CAD-Bibliothek - Begriffsvielfalt und Begriffsverwirrung

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Für das Leiterplattendesign muss die CAD-Bibliothek geeignete und umfassende Informationen zur Verfügung stellen. Doch welche genau sind das und wie sind sie für welche Aufgabenstellung zu verwenden?

Wie so oft in unserem Metier gibt es keine genormten Begriffe. Viele Bezeichnungen, die sich mit Bauteilen und den zugehörigen Informationen beschäftigen, werden je nach Anwendung oder Softwarepaket unterschiedlich bezeichnet. Da wird ein Bauteil mal als Bibliothekselement verstanden, mal als plaziertes Element in einem Leiterplatten-Design. Ein Logik-Symbol ist bei dem Einen ein Schaltplan-Symbol und bei dem Anderen nur ein Gatter-Symbol, das die logische Funktion dieses Gatters beschreibt.

Es wird uns hier nicht gelingen, eine einheitliche Terminologie zu etablieren, auch wenn dies wünschenswert wäre. Wohl aber sollten wir ein einheitliches Verständnis finden, wie Bibliotheken organisiert sind und welche Struktur sie üblicherweise heutzutage aufweisen (sollten).

Informationen, die eine CAD-Bibliothek enthalten muss

Eigentlich muss die Frage lauten „Welche Informationen MUSS die CAD-Bibliothek enthalten?“ Na ja, die Bauteilinformationen eben. Doch welche Informationen sind das genau und für welche Aufgabenstellung werden sie benötigt?

Die meisten EDA-Systeme arbeiten heute mit einer sogenannten Bottom-Up-Strategie, das heißt, das Design geht vom Schaltplan aus. Für den Schaltplan werden also schon mal die Schaltplansymbole gebraucht. Doch diese Information reicht noch nicht, denn aus dem Schaltplan wird für gewöhnlich auch die „Bill of Material“ (BOM, Stückliste) erzeugt, die unter anderem zur Bauteilbeschaffung dient.

Wir brauchen also zusätzlich mindestens die Informationen, um welches Bauteil es sich handelt, von welchem Hersteller es stammt, die exakte Herstellerbezeichnung, die Bauform, den Wert, die maximal zulässige Spannung, den Temperaturbereich, die Toleranz und ob es gegebenenfalls Ersatztypen anderer Hersteller gibt.

Wenn wir uns vor Augen führen, dass heutzutage für viele Designs zunächst eine Simulation durchgeführt wird, kommen noch die Simulationsmodelle dazu, außerdem 3-D-Modelle für kritische Mechanikmodellationen. Und vergessen wir nicht die eventuell zugehörigen Teile, wie z.B. Schrauben, Unterlegscheiben, Kühlkörper, Sockel und ähnliches, die in der Stückliste benötigt, im Leiterplatten-Design aber nicht plaziert werden. Da macht sich der für das Leiterplattendesign benötigte Footprint geradezu spartanisch aus.

Wie werden nun diese verschiedenen Informationen für ein Bauteil im EDA-System zusammengefügt? Dazu unterscheiden wir grafische Informationen und, sagen wir einmal textliche Informationen, sowie elektrische Informationen. Das Schaltplan-Symbol und der Footprint sind grafische Informationen, ebenso die 3-D-Darstellung des Bauteils. Die Herstellerbezeichnung zum Beispiel ist eine textliche Information, der Bauteilwert hingegen ist sowohl eine textliche als auch eine elektrische Information. Das Simulationsmodel ist eine elektrische Information.

Heutzutage sind Bibliotheken üblicherweise in einer Art Datenbankstruktur organisiert. Das Bauteil selbst ist in der Bibliothek wie ein Datenbankeintrag abgelegt. Die grafischen, textlichen und elektrischen Informationen werden diesem Eintrag zugeordnet (Bild 1: Beispiel Bibliotheksstruktur in "Pulsonix").

In unserem Beispiel ist der Datenbankeintrag „Part“ eine eindeutige Bezeichnung, die innerhalb dieser Bibliothek nur einmal vorkommen kann. Das kann zum Beispiel die präzise Herstellerbezeichnung mitsamt den Suffixes sein, die die Bauform beschreiben. Dann werden diesem Part auch nur die Footprints für diese Bauform zugeordnet (z.B. Reflow-Footprint und Wellenlöt-Footprint). Damit ist für den Leiterplatten-Designer die Wahl des falschen Footprints ausgeschlossen, wenn das Lötverfahren festgelegt ist.

Dem Part wird außerdem das Schaltplan-Symbol zugeordnet. Dies können gegebenenfalls auch mehrere Symbole sein, entweder ein DIN-Symbol und ein US-Symbol oder aber mehrere Gatter-Symbole. Alle weiteren Informationen werden dem Part als Attribute mit entsprechenden Attributwerten zugefügt.

Dedizierte Bibliotheken versus eine geprüfte Datenbank

Eine Bibliothek für alles oder für jedes Projekt eine eigene Bibliothek? Diese Frage stellt sich, speziell beim Dienstleister, immer wieder. Prinzipiell ist eine einzige geprüfte Bibliothek die sicherste Arbeitsmethode. Nun wird eine solche Bibliothek schnell sehr umfangreich und damit unübersichtlich und der Zugriff kann sich stark verlangsamen. Eine Aufteilung muss her. So können beispielsweise Bibliotheken nach Hersteller getrennt angelegt werden. Eine andere Möglichkeit ist die funktionsgebundene Aufteilung der Bibliothek, beispielsweise eine Bibliothek für Widerstände, eine für Kondensatoren, letztere vielleicht noch getrennt nach gepolten und ungepolten Kondensatoren. Auch eine weitere Unterteilung in SMD- und THT- Bauteile kann sinnvoll sein. Welche Art der Bibliotheksorganisation die firmenspezifischen Anforderungen trifft, muss der Designer in Absprache mit den beteiligten Stellen festlegen.

Bleibt für den Dienstleister noch das Problem, dass er Daten aus anderen Organisationen und Systemen übernehmen muss, die aller Wahrscheinlichkeit nach nicht die gleiche Struktur und schon gleich gar nicht die gleiche Bezeichnung haben. Da ist es verlockend, für jedes Projekt der Einfachheit halber eine eigene Bibliothek anzulegen, in die beispielsweise die Bauteilbezeichnungen und Schaltplan-Symbole aus dem Schaltplan exportiert werden. Man muss dann ja nur noch den Footprint hinzufügen. Eine solche Vorgehensweise birgt naturgemäß große Risiken. Ein Risiko ist die falsche Zuordnung von Footprints, weil die Bauteilbezeichnung unvollständig war. Außerdem ist eine Ansteuerung der Baugruppenproduktion mit geprüften und konstant gleichbleibenden Informationen so nicht möglich, oder wollen Sie jedes Mal von Hand fehlende Attribute nachtragen?

Als Lösung ist auch für den Dienstleister die geprüfte Bibliotheksorganisation anzuraten. Für den Abgleich mit anderen Organisationen und Systemen bieten sich Mappings (Zuordnungsdateien) an, die beim Import der Daten eine Zuordnung der im Datensatz vorhandenen Bauteile zu den geprüften Bauteilen der eigenen Bibliothek(en) schaffen.

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