PCB Ontwerp Basics: Stap-voor-Stap Regels & Gratis Tools voor Betrouwbare Boards

PCB-ontwerp is een tijdrovend proces dat strikt gevolgd moet worden. Afwijkingen leiden tot kostbare fouten. Hier geven we regels, stappen en gratis software voor duurzame, prestatiegerichte boards.

Wat is PCB-ontwerp?

Een printed circuit board-ontwerp combineert componentplaatsing en routing via layoutsoftware, waardoor elektrische connectiviteit fysiek gerealiseerd wordt.

(Electronisch circuitontwerpproces)

PCB Ontwerp Regels

Correcte regels voorkomen vertragingen, onderhoud en zorgen voor high-speed prestaties. Negeer ze niet.

Regels voor Analoge Schakelingen

1. Zorg voor een duidelijke retourweg voor analoge signalen met korte, directe sporen. Obstructies veroorzaken ruis.
2. Gebruik een analoge grondvlak, gescheiden van het digitale vlak, om interferentie te voorkomen.
3. Houd signaallagen kort en direct om elektromagnetische interferentie (EMI) door impedantiemismatch te voorkomen.
4. Scheid analoge en digitale secties om ruis te minimaliseren. Routeer geen analoge sporen naar high-speed digitale componenten.
5. Plaats analoge componenten dichtbij voor vereenvoudigde routing en scheiding.

SMD PCB Design Rule Check

Goede ruimte tussen componenten en minimale sporen vereenvoudigen routing.

(Microchip met surface mount technology)

Routing-opties

Het SMD-package bepaalt de routing-optie. Kies uit:

• Enkelzijdige routing – Eenvoudige schakelingen, voldoende ruimte voor boorgaten, componenten, rand en sporen.
• Dubbelzijdige routing – Boven- en onderkant voor meer componenten en routingruimte.

Componentselectie

Kies de juiste SMD-behuizing of through-hole voor fabricatie en assemblage.

Tips voor 2-Lagen PCB's

2-lagen boards hebben beperkte routing voor BGA's (FPGA, high-end MCU's). Oplossingen:

1. Volg niet blindelings standaardrichtlijnen. Bijv. koperopvulling kan lastig zijn; routeer voeding als sporen. Gebruik 3 condensators met lage lusinductie (totaal 22µF) ipv 3 losse (1µF, 10µF, 0,1µF).
2. Eén retourpad per digitaal signaal op alle connectors om ground bounce/schakelruis te voorkomen.

Schakeling die ground bounce uitlegt

3. Plaats grote decouplingcondensators (bijv. 22µF MLCC) dicht bij IC-voedingspin. Compacte behuizing, spanningsgraad ~2x de rail.
4. Korte route op laag/koperlaag, soms met retourstraps voor korte lusinductantie (betere signaalintegriteit).
5. Gebruik gespacede sporen en componentaanpassing voor minder druk.
6. Grondretour en componenten op laag 2, signaal en voeding op laag 1. Robuust grondvlak onder het board.
7. Gebruik 13 mil boorgaten, 6 mil signaalsporen (1A DC), 20 mil voedingssporen (3A DC). Kleine kenmerken = hoge routingdichtheid, lage kosten.

28-Lagen PCB Ontwerp Regels

Richtlijnen minimaliseren fouten en kosten. Let op: fabrikanten hebben verschillende eisen (stroomisolatie, spoordikte, spacing).

Componentbedradingsregels

1. Geen lusvormige signaallijnen; grond en voeding radiaal.
2. Opening 40 mil, pad 60 mil (DIL).
3. Through-hole component ≥ 30 mil.
4. Lijnspacing > 10 mil, CPU I/O > 8/10 mil, voeding > 18 mil (breed), signaal > 12 mil.
5. Bedrading binnen 1mm rond montagegat en ≤ 1mm van boardrand.

4-lagen PCB ontwerp

Stapel: signaal/voeding + vormen, referentie GND, gesplitste VOUT/VIN, voeding GND. Ongebruikte gebieden vullen met koper (Vout, Vin, GND). Alle voedingspads verbinden met bovenlaag.

Stap-voor-Stap PCB Ontwerphandleiding

Volg deze assemblage-methode voor kwaliteit:

• Begrijp elektrische parameters: capaciteit, IC's, spanningen, etc.
• Maak een schematisch diagram (elektrisch functioneel niveau).
• Creëer PCB-layout met schematic capture tool (bijv. Altium Designer) voor componentplaatsing en werking.
• Ontwerp PCB stack-up – bepaalt impedantie (snelheid/hoeveelheid stroom door spoor).
• Definieer eisen en regels via IPC-standaarden. Kies een fabrikant met standaardkennis om vertragingen te voorkomen.
• Plaats componenten met datasheets en gesmolten soldeer. Ga door naar mechanische layout en PCB-ontwerp.

(Elektronische componenten)

• Boor gaten op basis van verbindingen en componenten. Helft van flex-boards is dubbelzijdig (verbinding met onderste laag).

(Flex circuit)

• Routeer individuele sporen na boorgaten en componenten (passieve componenten). Voeg markeringen, labels, identifiers toe.
• Genereer layout/design-bestanden (Gerber, drill, etc.) – klaar voor assemblage, productie, fabricatie.

Beste Gratis PCB Ontwerpsoftware

Lijst van legitieme, gratis tools voor hobbyisten:

1. DipTrace – Gebruiksvriendelijk, niet op kosten van functionaliteit. Ideeal voor alle niveaus. Werkt op Linux, Mac, Windows.
2. EasyEDA – Gratis, teamcollaboratie, projectmanagement, bibliotheken, PCB-editor, krachtige schematic capture. Onbeperkte functionaliteit (offline/online). Linux, Mac, Windows.

EasyEDA

3. CircuitMaker – Geen beperkingen op PCB-afmetingen, tot 16 vlaklagen + 16 signaallagen. Design rule check, native 3D-visualisatie, geavanceerde routing. Alleen Windows.
4. Autodesk Eagle – PCB-layout editor, schematic editor. Mac, Linux, Windows. Uitgebreide bibliotheek, routing, plaatsing.
5. Osmond PCB – Enige Mac-gebaseerde EDA-software. PCB-layout en schematic capture. Tot 700 pinnen, meerdere lagen, onbeperkte boardformaten.
6. Fritzing – Ideaal voor educatie. Eenvoudige circuits, vertaalt ontwerpen naar PCB, gesoldeerde stripboards of solderloze breadboards.
7. KiCad – Populaire open-source. Linkt met FreeCAD (fysiek ontwerp), GitHub (versiebeheer), Ngspice (simulatie). Krachtige suite voor experts en beginners.
8. EAGLE (Easily Applicable Graphical Layout Editor) – EDA-programma met bibliotheek, routing, plaatsing. Slaat Sieb & Meyer, Excellon, PostScript, Gerber op.

Conclusie

We hebben regels en tools besproken, maar ontwerpuitdagingen kunnen variëren. Heb je hulp nodig? Contacteer ons voor een engineering-expert.