Ад прататыпаў схем на хлебных дошках да праектавання ўласных друкаваная плата (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. Праектаванне друкаванай платы ажыццяўляецца ў працэсе электратэхнікі (ЭЭ). EE стварае “мозг” таго, як працуюць прылады. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Things to know before starting PCB design: 1. PCB size – this depends on your product size (or case size). Памеры прадукцыі вызначаюцца ў працэсе праектавання электроннай тэхнікі. Вы можаце паглядзець відэа пра гэта тут. 2. Пласты друкаванай платы – Чым больш слаёў, тым складаней ВЫРАБ ПЛАТЫ. (Заўвага: Нават аднаслаёвая друкаваная плата можа быць складанай друкаванай платай, але тут гаворка ідзе пра складанасць вырабу друкаванай платы. Чым больш слаёў у друкаванай платы, тым даражэй яна вырабляецца.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Iot звязаныя прадукты звычайна маюць 4 пласта

Typically used for floors 6 to 8 of a smartphone or smartwatch.

3. Your PCB manufacturer’s requirements. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Інфармацыя, якую вы павінны даць вытворцам друкаваных поплаткаў:

Number of layers (e.g. 2, 4, 6, etc.)

Матэрыялы (FR-2 (фенольная баваўняная папера), FR-3 (баваўняная папера і эпаксідная смола), FR-4 (шкловалакно і эпаксідная смола … Etc.)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… Etc.)

Color (red, black, green… Etc.)

Апрацоўка паверхні (ENIG (хімічнае апусканне ў нікель/золата), DIG (прамое апусканне ў золата), OSP (арганічныя паяльныя кансерванты і г.д.)

Copper weight (1 oz (35 microns), 2 oz (70 microns), 0.5 oz (18 microns)… Etc.)

Файл Гербер

PCB design process:

Дызайн схемы

For this step, you need to create the schematic. This is a document, like a blueprint, that describes how components relate to each other and work together. To create the schematic file, you will need a software tool. Нам падабаецца Quadcept, таму што ён аптымізаваны для распрацоўкі друкаваных плат для вытворчасці (напрыклад, вы можаце экспартаваць матэрыялы (BoM) прама з інструмента) і заснаваны на воблаку, таму яго можна лёгка выкарыстоўваць у любым месцы. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

There are many other options you can choose from:

Альцый

ExpressPCB

Прылада частоты

KiCad

Cadence allegro

Харчаванне

Аўтаматызаванае праектаванне

DipTrace

After you install the selected tools, you need to obtain the component specifications for each selected component. They can often be found on the supplier’s website. Файл мадэлі дапаможа вам намаляваць схему. This component becomes available in the database when you upload the model to the software tool. Then, all you have to do is follow the data manual and connect the wire to each pin in the component. (Заўвага: падрабязнасці працэсу праектавання будуць залежаць ад абранага праграмнага інструмента).

Each schematic symbol needs to have an associated PCB space area to define the physical dimensions of the component and the location of the through holes on the brazing pad or PCB. You should have selected the components (or are now selecting them), and we describe this process in the EE Design Process video (see video).

Example diagram

A good schematic is really important, as it will be used as a reference document during debugging and is a good communication tool with other engineers. Акрамя таго, вытворца можа праверыць прыладу праз кантрольныя кропкі ў гэтым дакуменце.

PCB layout + Gerber file

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. У адрозненне ад схемы, макет друкаванай платы прызначае фактычныя кампаненты да дакладных месцаў на друкаванай плаце і паказвае дарожкі, якія злучаюць кожны кампанент разам паміж пластамі друкаванай платы. As mentioned at the beginning of this article, the more layers, the more complex the manufacturing required, and the higher the cost.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). Then, be sure to group the components of each section into the same area. Такім чынам, вы можаце ўтрымліваць кароткі кондуктивный след і знізіць шум і перашкоды.

Карыстальніцкі інтэрфейс (UI) таксама трэба мець на ўвазе пры распрацоўцы друкаванай платы. Такія кампаненты, як аўдыёраздымы, раздымы, святлодыёды і г.д., неабходна наладзіць для дасягнення найлепшага карыстацкага досведу.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. Вытворца PCBA будзе выкарыстоўваць гэты файл. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Размяшчэнне кампанентаў на друкаванай плаце вельмі важна. Some components can interfere with each other and cause unexpected behavior. For example, if you have both Bluetooth and Wi-Fi modules, they have the same 2.4ghz bandwidth and can interfere with each other if incorrectly placed.

PCB production

When you send the Gerber file to the PCB manufacturer, they can print the board. Гэта стане асновай для далейшага стварэння асновы для дадання кампанентаў на друкаваную плату і вытворчасці друкаванай платы (PCBA).

Unassembled PCBS

PCBA (Assembly)

Падрыхтоўка матэрыялу

На гэтым этапе вашага дызайну EE вы павінны былі выбраць кампаненты. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Пытанні, якія патрабуюць увагі:

Lead time: As these components come from different suppliers, keep the lead time in mind. For some components, it can take up to 8-16 weeks.

Packaging: Order components from reels that are automatically picked up by SMT machines instead of packaging them individually.

Мінімальная колькасць заказаў: праверце мінімальную колькасць заказаў кампанента. Калі вы купляеце менш за мінімум, пераканайцеся, што выбраныя кампаненты ёсць у наяўнасці. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Для атрымання дадатковай колькасці звярніцеся па кансультацыю да вытворцы.

Loss: Order 10% more to cover loss (not for expensive components)

Install components on the PCB

There are two main ways to place components on a PCB surface:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. It is also commonly known as DIP or dual in-line packaging process. (See SMT in progress in this video)

SMT (тэхналогія павярхоўнага мантажу) з’яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным метадам у масавым вытворчасці. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

Што трэба памятаць:

Your component type number must not exceed the number of reels that the manufacturer’s SMT machine can support.

Optimize and consolidate your components so that only one SMT runs.

Check manufacturer supported footprint pad sizes. Otherwise, the SMT machine will not install components correctly.

Some larger components cannot be installed by machine and still require manual through-hole work. Therefore, both technologies can be used on the same board.

Any components you need to manually add via the through-hole method add to the manufacturing cost.

Паяць паялу

Reflow soldering is the process of making components “stick” to the PCB. PCBA награвае друкаваную плату праз печ для пераплаўлення або інфрачырвоную лямпу, пакуль прыпой не расплавіцца, тым самым пастаянна прымацоўваючы кампанент да друкаванай плаце.

The trickiest part here is not to overheat or damage the components, because the thermal characteristics of each package are different. Надзейны вытворца PCBA будзе несці адказнасць за гэты працэс, і ўсё, што вам трэба зрабіць, гэта даць ім спецыфікацыі кампанентаў.

Працэс рэфлюксу.

Other welding methods:

Хвалевая пайка ў асноўным выкарыстоўваецца для ўручную дададзеных кампанентаў метадам скразных адтулін. У гэтым выпадку ваш PCBA спачатку пройдзе зварачную печ з пераплаўкай, а затым дадасць іншыя кампаненты ўручную пасля таго, як пройдзе машыну для паяння хваляў.

Зварка жалеза можа выкарыстоўвацца для канкрэтных сітуацый, але не для масавага вытворчасці.

Выпрабаванні і праверка якасці

На гэтым этапе ўзоры PCBA правяраюцца на якасць. Распаўсюджаныя памылкі: кароткае замыканне ў адключаных кампанентах, няўзгодненыя кампаненты і часткі схемы, якія не варта падключаць. Самыя распаўсюджаныя тэсты:

ІКТ (Інтэрнэт -тэсціраванне). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. Машына ІКТ будзе выкарыстоўваць гэтыя кропкі тэставання для праверкі адкрытага/кароткага замыкання і правяраць, ці значэнні пасіўных кампанентаў (рэзістараў, індуктараў, кандэнсатараў) знаходзяцца ў межах спецыфікацыі.

AOI (Аўтаматычная аптычная праверка). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Для гэтага тэсту стваральніку абсталявання трэба будзе даць вытворцу спецыфікацыі і допускі для ўстанаўлення параметраў.

Рэнтген. The PCBA manufacturer will use X-rays to check the welding conditions of the BGA (ball Grid Array) components. Глядзіце рэнтгенаўскі тэст у гэтым відэа.