Od prototipnih krugova na pločama za kruh do dizajniranja vlastitog štampana ploča (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. Projektovanje PCB -a se vrši u procesu elektrotehnike (EE). EE stvara “mozak” načina na koji uređaji rade. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Stvari koje trebate znati prije nego započnete dizajn PCB -a: 1. Veličina PCB -a – to ovisi o veličini vašeg proizvoda (ili veličini kućišta). Dimenzije proizvoda definiraju se u procesu projektiranja elektroničkog inženjeringa. Video o tome možete pogledati ovdje. 2. Slojevi PCB -a – Što je više slojeva, to je složenija PROIZVODNJA PCB -a. (Napomena: Čak i jednoslojna PCB ploča može biti složena PCB, ali ovdje govorimo o složenosti izrade PCB-a. Što više slojeva ima PCB, skuplja je proizvodnja.)

Sloj 2 se obično koristi za jednostavne igračke

Srodni proizvodi obično imaju 4 sloja

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

3. Zahtjevi proizvođača PCB -a. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Informacije koje trebate dostaviti proizvođačima PCB -a:

Broj slojeva (npr. 2, 4, 6 itd.)

Materijali (FR-2 (fenolni pamučni papir), FR-3 (pamučni papir i epoksid), FR-4 (staklena vlakna i epoksid … Itd.)

Debljina (0.5 mm, 1.0 mm… Itd.)

Boja (crvena, crna, zelena … Itd.)

Površinska obrada (ENIG (potapanje u hemijski nikal/zlato), DIG (direktno uranjanje u zlato), OSP (organski konzervansi za lemljenje itd.)

Težina bakra (1 oz (35 mikrona), 2 oz (70 mikrona), 0.5 oz (18 mikrona)… Itd.)

Gerber datoteka

Proces projektovanja PCB -a:

Dizajn sklopa

For this step, you need to create the schematic. Ovo je dokument, poput nacrta, koji opisuje kako se komponente međusobno povezuju i rade zajedno. Za kreiranje shematske datoteke trebat će vam softverski alat. Quadcept nam se sviđa jer je optimiziran za dizajniranje PCBS-a za proizvodnju (na primjer, možete izvesti Bill of Material (BoM) direktno iz alata) i zasnovan je na oblaku, pa se može lako koristiti bilo gdje. (Oni takođe nude besplatnu verziju alata u zajednici za proizvođače i studente.)

Postoji mnogo drugih opcija koje možete izabrati:

Altium

ExpressPCB

Frekvencijski uređaj

KiCad

Cadence allegro

otirač

Dizajn pomoću računara

DipTrace

Nakon što instalirate odabrane alate, morate dobiti specifikacije komponente za svaku odabranu komponentu. They can often be found on the supplier’s website. Datoteka modela pomoći će vam da nacrtate shemu. Ova komponenta postaje dostupna u bazi podataka kada postavite model na softverski alat. Zatim sve što trebate učiniti je slijediti priručnik s podacima i spojiti žicu na svaki pin u komponenti. (Napomena: detalji procesa dizajna ovisit će o odabranom softverskom alatu).

Svaki shematski simbol mora imati pridruženo područje prostora za PCB kako bi se definirale fizičke dimenzije komponente i lokacija prolaznih rupa na ploči za lemljenje ili PCB -u. You should have selected the components (or are now selecting them), and we describe this process in the EE Design Process video (see video).

Primjer dijagrama

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. Osim toga, proizvođač može testirati uređaj putem ispitnih točaka u ovom dokumentu.

Raspored PCB -a + Gerber datoteka

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Za razliku od sheme, raspored PCB -a dodjeljuje stvarne komponente tačnim lokacijama na PCB -u i prikazuje tragove koji povezuju svaku komponentu zajedno između slojeva PCB -a. Kao što je spomenuto na početku ovog članka, što je više slojeva, to je složenija proizvodnja potrebna i veći su troškovi.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). Zatim, obavezno grupirajte komponente svakog odjeljka u isto područje. Na taj način možete zadržati provodljivi trag kratkim i smanjiti buku i smetnje.

Korisničko sučelje (UI) također treba imati na umu pri projektiranju PCB -a. Komponente kao što su audio priključci, konektori, LED diode itd. Moraju se prilagoditi kako bi se postiglo najbolje korisničko iskustvo.

Nakon što je izgled dizajniran, generira se Gerber datoteka. Vaš proizvođač PCBA -a će koristiti ovu datoteku. Mnoge kompanije nude ove usluge, a iz stručne biblioteke HWTreka preporučujemo Kingbrother, NexPCB i HQPCB.

Sample Gerber files

Postavljanje komponenti na PCB je vrlo važno. Neke komponente mogu ometati jedna drugu i uzrokovati neočekivano ponašanje. Na primjer, ako imate i Bluetooth i Wi-Fi module, oni imaju istu propusnost od 2.4 GHz i mogu ometati jedan drugog ako su nepravilno postavljeni.

Proizvodnja PCB -a

Kada pošaljete Gerber datoteku proizvođaču PCB -a, oni mogu odštampati ploču. To će biti osnova za daljnju izgradnju temelja za dodavanje komponenata na PCB i proizvodnju PCBA (sklopa tiskanih ploča).

Nemontirani PCBS

PCBA (sklop)

Priprema materijala

U ovom trenutku u dizajnu EE -a trebali ste odabrati komponente. Možete zatražiti od proizvođača PCBA -e da vam naruči potrebne komponente ili to učinite sami ako odaberete dobavljača. Pitanja kojima je potrebna pažnja:

Vrijeme isporuke: Budući da ove komponente dolaze od različitih dobavljača, imajte na umu vrijeme isporuke. Za neke komponente može proći i do 8-16 tjedana.

Pakiranje: Naručite komponente iz role koje automatski preuzimaju SMT strojevi umjesto da ih pakirate pojedinačno.

Minimalna količina narudžbe: Provjerite minimalnu količinu narudžbe komponente. Ako kupujete manje od minimalnog, provjerite jesu li odabrane komponente na lageru. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Za dodatne količine potražite savjet od proizvođača.

Gubitak: Naručite 10% više za pokriće gubitka (ne za skupe komponente)

Instalirajte komponente na PCB

Postoje dva glavna načina postavljanja komponenti na površinu PCB -a:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Također je općenito poznat kao DIP ili dvostruki linijski proces pakiranja. (Pogledajte SMT u toku u ovom videu)

SMT (tehnologija površinskog montiranja) je najraširenija metoda u masovnoj proizvodnji. To rade brzi, precizni SMT strojevi koji štede vrijeme, novac i izbjegavaju ljudske greške.

Stvari koje treba zapamtiti:

Broj vrste komponente ne smije prelaziti broj koluta koji proizvođač SMT mašina može podržati.

Optimizirajte i konsolidirajte svoje komponente tako da radi samo jedan SMT.

Provjerite veličine podloga koje podržava proizvođač. U suprotnom, SMT uređaj neće pravilno instalirati komponente.

Neke veće komponente ne mogu se instalirati strojno i još uvijek zahtijevaju ručni rad kroz rupe. Stoga se obje tehnologije mogu koristiti na istoj ploči.

Sve komponente koje morate ručno dodati metodom provrta povećavaju troškove proizvodnje.

Reflow lemljenje

Ponovno lemljenje je postupak zbog kojeg se komponente „lijepe“ za PCB. PCBA zagrijava ploču kroz peć za ponovno punjenje ili infracrvenu lampu dok se lem ne otopi, čime se trajno pričvršćuje komponenta na ploču.

Najteži dio ovdje nije pregrijavanje ili oštećenje komponenti, jer su toplinske karakteristike svakog pakiranja različite. Pouzdan proizvođač PCBA -a bit će odgovoran za ovaj proces, a sve što trebate učiniti je dostaviti im specifikacije komponenti.

Proces refluksa.

Ostale metode zavarivanja:

Talasno lemljenje se uglavnom koristi za ručno dodavane komponente metodom kroz rupu. U tom slučaju, vaš PCBA će prvo proći kroz peć za ponovno zavarivanje, a zatim ručno dodati ostale komponente nakon što prođe kroz stroj za lemljenje valova.

Zavarivanje željeza može se koristiti za posebne situacije, ali ne i za masovnu proizvodnju.

Testiranje i kontrola kvaliteta

U ovom koraku, uzorci PCBA se testiraju kako bi se osigurala kvaliteta. Uobičajene greške su: kratki spoj u odspojenim komponentama, neusklađene komponente i dijelovi kola koji se ne smiju spojiti. Najčešći testovi:

ICT (online testiranje). Prilikom projektiranja PCB -a, neke test točke su obično rezervirane za otklanjanje grešaka, programiranje i druge svrhe. ICT stroj će koristiti ove ispitne točke za ispitivanje otvorenog/kratkog spoja i provjeriti jesu li vrijednosti pasivnih komponenti (otpornici, prigušnice, kondenzatori) unutar raspona specifikacija.

AOI (Automatski optički pregled). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Za ovaj test kreator hardvera morat će proizvođaču dati specifikacije i tolerancije za postavljanje parametara.

X -ray. Proizvođač PCBA-e će koristiti rendgenske zrake za provjeru uslova zavarivanja komponenata BGA (kuglasta mreža). Rendgenski pregled pogledajte u ovom videu.