Referenzdesign für High-Speed-Baugruppen

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Die Fertigung der Baugruppen

Es war ein wichtiger Aspekt des Projektes „LP2010“, auch die logistischen Anforderungen zu berücksichtigen. Die Erfahrung lehrt, daß bedauerlicherweise die Dokumentation zu den mechanischen Eigenschaften einer Leiterplatte unzureichend ist. Die Anzahl der Lagen, die Kupferverteilung auf den inneren Lagen eines Multilayers, selbst die Kupferdicken und die einfachsten Eigenschaften des eingesetzten Basismaterials (welches FR4-Derivat, welcher Tg) sind üblicherweise unbekannt.

Der Baugruppenproduzent steht dann vor der Aufgabe, für eine Baugruppe eine Profilierung für den sensiblen Lötprozess vornehmen zu müssen, ohne daß er Kenntnis von diesen mitentscheidenden Parametern hätte. Die Forderung nach einer vollständigen und aussagefähigen Beschreibung der angelieferten Leiterplatten ist deshalb sicher verständlich und zukünftig eine offensichtliche Bedingung. Gerade in der Phase des Baus der Prototypen, wenn nur wenige Leiterplatten und für manche Bauteile oft gerade nur die Mindestmengen beigestellt werden, ist jeder Hinweis wertvoll, der hilft, die Bestückung abzusichern.

Bei der Fertigung von Leiterplatten für Prototypen bleiben eigentlich immer Leiterplatten übrig, die dann eingelagert oder entsorgt werden. Für die Baugruppenproduktion wäre die Beistellung dieser überzähligen Leiterplatten ein Zugewinn. Irreversible Prozesse müßten dann nicht gleich an einem der handverlesenen Muster verifiziert werden.

Die Baugruppen: Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Die bestückten drei Baugruppen-Varianten zeigen deutlich die Gemeinsamkeiten aber auch die Unterschiede. Um das CPU-Board an die Peripherie anschließen zu können waren diverse Steckerpositionen für die Schnittstellen und die Stromversorgung vorgegeben. Jedes Layout mußte diese mechanischen Vorgaben umsetzen. Alle anderen Bauteile konnten frei plaziert werden.

Offensichtlich haben alle Layouter/innen sich an der zu entflechtenden Dichte mit Referenz zu den Steckern orientiert. Das FPGA ist deshalb wegen der Konzentration der Anschlüsse und wegen der technischen Vorgaben (LVDS) in der oberen Hälfte der Leiterplatte positioniert. Insbesondere wurde darauf geachtet, daß die differenziellen Leiterbahnen zu den Steckern kurz und unkompliziert geroutet werden konnten.

Auffällig, aber auch typisch, ist der Freiraum um das FPGA, der benötigt wird, um das Fan-Out zu ermöglichen. Bei zwei der Layouts wurde dieser Platz genutzt, um nicht nur die Leitungslänge der LVDS-Verbindungen identisch zu halten, sondern auch, um die absolute Länge der Leitungspaare untereinander abzugleichen.

Erhebliche Unterschiede beim Platzieren der Bauelemente

Die verbleibenden Bauteile sind nach dem Ermessen der Layouter/innen hinsichtlich der Plazierung optimiert worden. Dabei wurde die unverzichtbare Regel eingehalten, funktionale Gruppen geometrisch so zusammenzubringen, daß die Leitungswege kurz und direkt sind.

Daß trotzdem beträchtliche Unterschiede bei der Plazierung auftreten können, zeigt sich exemplarisch an dem kleineren zweireihigen weißen Stiftstecker in der unteren rechten Hälfte der Baugruppe.

Das spiegelt die Alltagssituation wieder. Die elektronischen Komponenten müssen gerade bei empfindlichen Baugruppen mit Umsicht gruppiert werden. Eine komplette Plazierungsvorgabe durch den Entwickler der Schaltung ist praktisch nicht möglich. Damit bleibt die Unwägbarkeit einer Fehlfunktion oder zumindest die Möglichkeit der eingeschränkten Funktion der späteren Baugruppe. Ein Qualitätsmerkmal ist diesbezüglich eine mögliche Simulation durch Software-Werkzeuge, vor allem aber zählt hier die individuelle Kompetenz, und, geben wir es ruhig zu, die Intuition der Layouter/innen.

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