От прототипни схеми на дъски за хляб до проектиране на наши собствени печатна платка (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. PCB design is carried out in an electrical engineering (EE) process. EE създава „мозъка“ за това как работят устройствата. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Неща, които трябва да знаете, преди да започнете дизайна на печатни платки: 1. Размер на печатни платки – това зависи от размера на вашия продукт (или размера на кутията). Размерите на продукта се определят по време на процеса на проектиране на електронно инженерство. Можете да гледате видео за това тук. 2. Слоеве на печатни платки – Колкото повече слоеве, толкова по -сложно е ПРОИЗВОДСТВОТО на печатни платки. (Забележка: Дори еднослойната печатна платка може да бъде сложна печатна платка, но тук говорим за сложността на производството на печатна платка. Колкото повече слоеве има печатни платки, толкова по -скъпо е производството им.)

Слой 2 обикновено се използва за прости продукти за играчки

Свързаните с Iot продукти обикновено имат 4 слоя

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

3. Изисквания на производителя на вашата печатна платка. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Информация, която трябва да предоставите на производителите на печатни платки:

Брой слоеве (напр. 2, 4, 6 и т.н.)

Материали (FR-2 (фенолна памучна хартия), FR-3 (памучна хартия и епоксидна смола), FR-4 (стъклени влакна и епоксидна смола … и т.н.)

Дебелина (0.5 мм, 1.0 мм… и т.н.)

Цвят (червен, черен, зелен … и т.н.)

Повърхностна обработка (ENIG (потапяне в химически никел/злато), DIG (директно потапяне в злато), OSP (органични спояващи се консерванти и др.)

Тегло на медта (1 унция (35 микрона), 2 унции (70 микрона), 0.5 унции (18 микрона) … и т.н.)

Гербер файл

Процес на проектиране на печатни платки:

Дизайн на верига

For this step, you need to create the schematic. Това е документ, подобно на план, който описва как компонентите са свързани помежду си и работят заедно. За да създадете схематичен файл, ще ви е необходим софтуерен инструмент. Харесваме Quadcept, защото е оптимизиран за проектиране на PCBS за производство (например можете да експортирате Bill of Material (BoM) директно от инструмента) и е базиран на облак, така че може лесно да се използва навсякъде. (Те също така предлагат безплатна общностна версия на инструмента за производители и студенти.)

Има много други опции, от които можете да избирате:

Алтий

ExpressPCB

Честотно устройство

KiCad

Cadence allegro

Храна

Компютърно проектиран дизайн

DipTrace

След като инсталирате избраните инструменти, трябва да получите спецификациите на компонентите за всеки избран компонент. They can often be found on the supplier’s website. Файлът на модела ще ви помогне да нарисувате схемата. Този компонент става достъпен в базата данни, когато качите модела в софтуерния инструмент. След това всичко, което трябва да направите, е да следвате ръководството за данни и да свържете проводника към всеки щифт в компонента. (Забележка: подробностите за процеса на проектиране ще зависят от избрания софтуерен инструмент).

Всеки схематичен символ трябва да има свързано пространство за печатна платка, за да дефинира физическите размери на компонента и местоположението на проходните отвори на спойката или платката. You should have selected the components (or are now selecting them), and we describe this process in the EE Design Process video (see video).

Примерна диаграма

Добрата схема е наистина важна, тъй като ще се използва като справочен документ по време на отстраняване на грешки и е добър инструмент за комуникация с други инженери. В допълнение, производителят може да тества устройството чрез тестовите точки в този документ.

Оформление на печатна платка + Gerber файл

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. За разлика от схемата, оформлението на печатната платка присвоява действителните компоненти на точните места на печатната платка и показва песните, които свързват всеки компонент заедно между слоевете на печатната платка. Както бе споменато в началото на тази статия, колкото повече слоеве, толкова по -сложно е производството и толкова по -високи са разходите.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). След това не забравяйте да групирате компонентите на всеки раздел в една и съща област. По този начин можете да поддържате късата проводима следа и да намалите шума и смущенията.

Потребителският интерфейс (UI) също трябва да се има предвид при проектирането на печатна платка. Компоненти като аудио жакове, конектори, светодиоди и т.н. трябва да бъдат коригирани, за да се постигне най -доброто потребителско изживяване.

След като оформлението е проектирано, се генерира Gerber файл. Вашият производител на PCBA ще използва този файл. Има много компании, които предлагат тези услуги и от експертната библиотека на HWTrek препоръчваме Kingbrother, NexPCB и HQPCB.

Sample Gerber files

Разположението на компонентите върху печатната платка е много важно. Някои компоненти могат да се намесват помежду си и да причинят неочаквано поведение. Например, ако имате Bluetooth и Wi-Fi модули, те имат една и съща честотна лента от 2.4 GHz и могат да се намесват помежду си, ако са поставени неправилно.

Производство на печатни платки

Когато изпратите файла Gerber до производителя на печатни платки, те могат да отпечатат дъската. Това ще бъде основата за по -нататъшно изграждане на основата за добавяне на компоненти към печатната платка и производство на печатна платка (PCBA).

Несглобен PCBS

PCBA (монтаж)

Материална подготовка

На този етап от вашия EE дизайн, трябваше да изберете компонентите. Можете да помолите производителя на PCBA да поръча необходимите компоненти вместо вас или да го направите сами, ако изберете доставчик. Въпроси, които се нуждаят от внимание:

Време за изпълнение: Тъй като тези компоненти идват от различни доставчици, имайте предвид времето за изпълнение. За някои компоненти може да отнеме до 8-16 седмици.

Опаковка: Поръчайте компоненти от макари, които автоматично се вземат от SMT машини, вместо да ги опаковате поотделно.

Минимално количество за поръчка: Проверете минималното количество за поръчка на компонента. Ако купувате по -малко от минималното, уверете се, че избраните компоненти са на склад. За малки партиди (до 50) можете да поръчате онлайн от DigiKey или Mouser. За повече количества, моля, потърсете съвет от вашия производител.

Загуба: Поръчайте с 10% повече, за да покриете загубата (не за скъпи компоненти)

Инсталирайте компоненти на печатната платка

Има два основни начина за поставяне на компоненти върху повърхност на печатна платка:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Той също е широко известен като DIP или двоен ред процес на опаковане. (Вижте SMT в ход в този видеоклип)

SMT (технология за повърхностен монтаж) е най -широко използваният метод в масовото производство. Извършва се с бързи и точни SMT машини, които ви спестяват време, пари и избягват човешка грешка.

Неща, които трябва да запомните:

Номерът на вашия тип компонент не трябва да надвишава броя на макарите, които SMT машината на производителя може да поддържа.

Оптимизирайте и консолидирайте компонентите си, така че да работи само един SMT.

Проверете поддържаните от производителя размери на подложките за отпечатъци. В противен случай SMT машината няма да инсталира правилно компоненти.

Някои по-големи компоненти не могат да бъдат инсталирани от машина и все още изискват ръчна работа през отвори. Следователно и двете технологии могат да се използват на една и съща платка.

Всички компоненти, които трябва да добавите ръчно чрез метода на отвора, добавят към производствените разходи.

Повторно запояване

Повторното запояване е процесът, при който компонентите се „прилепват“ към печатната платка. PCBA загрява печатната платка през пещ за претопяване или инфрачервена лампа, докато спойката се разтопи, като по този начин компонентът се прикрепя за постоянно към платката.

Най -сложната част тук е да не прегрявате или повреждате компонентите, тъй като топлинните характеристики на всяка опаковка са различни. Надежден производител на PCBA ще отговаря за този процес и всичко, което трябва да направите, е да им предоставите спецификации на компонентите.

Процес на рефлукс.

Други методи на заваряване:

Вълновото запояване се използва главно за ръчно добавени компоненти по метода на отворите. В този случай вашият PCBA първо ще премине през пещта за заваряване с рефлоу, а след това ръчно ще добави други компоненти, след като премине през машината за вълново запояване.

Заваряването с желязо може да се използва за специфични ситуации, но не и за масово производство.

Тестване и проверка на качеството

В тази стъпка PCBA пробите се тестват, за да се гарантира качеството. Чести грешки са: късо съединение в изключени компоненти, неправилно подредени компоненти и части от веригата, които не трябва да се свързват. Най-често срещаните тестове:

ИКТ (онлайн тестване). При проектирането на печатна платка някои тестови точки обикновено са запазени за отстраняване на грешки, програмиране и други цели. ИКТ машината ще използва тези точки за изпитване на отворено/късо съединение и ще провери дали стойностите на пасивните компоненти (резистори, индуктори, кондензатори) са в рамките на спецификационния диапазон.

AOI (Автоматична оптична проверка). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. За този тест създателят на хардуер ще трябва да предостави спецификации и допустими отклонения на производителя, за да зададе параметрите.

Рентгенов. Производителят на PCBA ще използва рентгенови лъчи, за да провери условията на заваряване на компонентите BGA (топчеста решетка). Гледайте рентгеновия тест в това видео.