Da i prototipi di circuiti nantu à e tavule di pane à a cuncezzione di i nostri tavulatu di circuitu stampatu (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 crea u “cervellu” di u funziunamentu di i dispositivi. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Cose da sapè prima di inizià a cuncezzione di PCB: 1. Dimensione di PCB – questu dipende da a dimensione di u vostru pruduttu (o dimensione di u casu). E dimensioni di u pruduttu sò definite durante u prucessu di cuncepimentu elettronicu. You can watch a video about it here. 2. Strati PCB – Più sò strati, più hè cumplessa a FABBRICAZIONE di PCB. (Nota: Ancu un PCB à una sola capa pò esse un PCB cumplessu, ma quì parlemu di a cumplessità di fà un PCB. Quantu più PCB hà un stratu, più hè costu di fabricà.)

U Livellu 2 hè di solitu adupratu per i prudutti di ghjoculi semplici

I prudutti cunnessi à IOT anu generalmente 4 strati

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

3. I vostri bisogni di u fabricatore di PCB. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

L’infurmazioni chì avete bisognu à furnisce à i pruduttori di PCB:

Numaru di strati (per esempiu 2, 4, 6, ecc.)

Materiali (FR-2 (carta di cotone fenolica), FR-3 (carta di cotone è epossidica), FR-4 (fibra di vetru è epossidica … Etc.)

Spessore (0.5 mm, 1.0 mm … Etc.)

Culore (rossu, neru, verde … Etc.)

Trattamentu di superficia (ENIG (nichel chimicu / immersione in oru), DIG (immersione diretta in oru), OSP (conservanti saldabili organici, ecc.)

Pesu di ramu (1 oz (35 microns), 2 oz (70 microns), 0.5 oz (18 microns) … Etc.)

Schedariu Gerber

Prucessu di cuncepimentu PCB:

Disegnu di u circuitu

For this step, you need to create the schematic. Questu hè un documentu, cum’è un pianu, chì descrive cume i cumpunenti si riferiscenu l’uni à l’altri è travaglianu inseme. Per creà u fugliale schematicu, avete bisognu di un strumentu software. Ci piace Quadcept perchè hè ottimizatu per cuncepisce PCBS per a fabbricazione (per esempiu, pudete esportà una Fattura di Materiale (BoM) direttamente da u strumentu) è hè basatu in nuvola, dunque pò esse facilmente adupratu in ogni locu. (Offrenu ancu una versione cumunitaria gratuita di l’utile per i pruduttori è i studienti.)

Ci hè parechje altre opzioni chì pudete sceglie:

Altium

ExpressPCB

Dispositivu di frequenza

KiCad

Cadenza allegro

francese mat

Cuncepimentu aiutatu da urdinatore

DipTrace

Dopu avè installatu l’utili selezziunati, avete bisognu à ottene e specifiche di cumpunenti per ogni cumpunente selezziunatu. They can often be found on the supplier’s website. U schedariu mudellu vi aiuterà à disegnà u schema. Questu cumpunente diventa dispunibule in a basa di dati quandu caricate u mudellu in u strumentu software. Dopu, tuttu ciò chì duvete fà hè seguità u manuale di dati è cunnette u filu à ogni pin in u cumpunente. (Nota: i dettagli di u prucessu di cuncepimentu dipenderanu da u strumentu software sceltu).

Ogni simbulu schematicu deve avè un spaziu spaziu PCB assuciatu per definisce e dimensioni fisiche di u cumpunente è a situazione di i fori attraversanti nantu à u pad di brasatura o PCB. Duvete avè sceltu i cumpunenti (o li selezziunate avà), è descrivemu stu prucessu in u video di u Processu di Cuncepimentu EE (vedi video).

Schema d’esempiu

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. Inoltre, u fabbricante pò testà u dispositivu attraversu i punti di prova di stu documentu.

Disposizione PCB + schedariu Gerber

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. A diversità di un schematicu, un schema di PCB assigna i cumpunenti veri à i lochi esatti nantu à u PCB è mostra e tracce chì cunnettanu ogni cumpunente trà i strati di PCB. Cum’è l’accennatu à l’iniziu di st’articulu, più sò strati, più hè cumplessa a fabbricazione necessaria, è più altu hè u costu.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). Dopu, assicuratevi di raggruppà i cumpunenti di ogni sezzione in a listessa area. In questu modu, pudete tene corta a traccia cunduttiva è riduce u rumu è l’interferenze.

L’interfaccia d’utilizatore (UI) deve ancu esse tenuta in mente quandu cuncepisce un PCB. Componenti cum’è jack audio, connettori, led, ecc. Devenu esse adattati per uttene a migliore esperienza di l’utente.

Una volta chì u layout hè designatu, un fugliale Gerber hè generatu. U vostru fabbricante PCBA utilizerà stu schedariu. Ci sò parechje cumpagnie chì offrenu questi servizii, è da a biblioteca esperta di HWTrek vi cunsigliemu Kingbrother, NexPCB è HQPCB.

Sample Gerber files

U piazzamentu di cumpunenti nantu à u PCB hè assai impurtante. Alcuni cumpunenti ponu interferisce l’uni cù l’altri è causà un comportamentu inaspettatu. Per esempiu, sè avete tramindui moduli Bluetooth è Wi-Fi, anu a listessa larghezza di banda 2.4ghz è ponu interferisce trà di elli se sò piazzati in modu incorrettu.

Pruduzione di PCB

Quandu mandate u fugliale Gerber à u fabricatore di PCB, ponu stampà a tavula. Questa serà a basa per custruisce ulteriormente a fundazione per aghjunghje componenti à u PCB è fabricà u PCBA (assemblea di circuitu stampatu).

PCBS micca assemblatu

PCBA (Assemblea)

Preparazione materiale

A stu puntu di u vostru cuncepimentu EE, duverete avè sceltu i cumpunenti. Pudete dumandà à u fabbricante di PCBA di urdinà i cumpunenti richiesti per voi, o fate da voi stessu se sceglite un fornitore. Materie chì necessitanu attenzione:

Tempu di piombu: Cumu questi cumpunenti venenu da diversi fornitori, tenite à mente u tempu di piombu. Per alcuni cumpunenti, pò piglià finu à 8-16 settimane.

Imballaggio: Ordine i cumpunenti da bobine chì sò ripigliate automaticamente da e macchine SMT invece di imballalli individualmente.

Quantità d’ordine minima: Verificate a quantità d’ordine minima di u cumpunente. Se cumprate menu di u minimu, assicuratevi chì i cumpunenti selezziunati sò in stock. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Per più quantità, dumandate cunsiglii da u vostru fabricatore.

Perdita: Ordine 10% in più per copre a perdita (micca per cumpunenti costosi)

Installa cumpunenti nantu à u PCB

Ci hè dui modi principali per piazzà cumpunenti nantu à una superficie di PCB:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Hè cunnisciutu ancu cumunemente DIP o doppiu prucessu di imballu in linea. (Vede SMT in corsu in stu video)

SMT (tecnulugia di muntagna superficiale) hè u metudu u più adupratu in a pruduzzione di massa. Hè fattu da macchine SMT veloci è precise chì vi risparmianu tempu, soldi è evitanu l’errori umani.

Questi ricordu:

U vostru numeru di tippu di cumpunente ùn deve supera u numeru di bobine chì a macchina SMT di u fabbricante pò supportà.

Ottimizà è cunsulidate i vostri cumpunenti in modu chì solu una SMT corri.

Verificate e dimensioni di i pads di impronta supportati da u fabbricante. Altrimenti, a macchina SMT ùn stallerà micca i cumpunenti currettamente.

Alcuni cumpunenti più grandi ùn ponu micca esse installati da a macchina è richiedenu sempre un travagliu manuale in u foru. Dunque, e duie tecnulugie ponu esse aduprate nantu à u listessu cartone.

Ogni cumpunente chì avete bisognu à aghjunghje manualmente per mezu di u metudu di u foru aghjunghjenu u costu di fabricazione.

Saldatura Reflow

A saldatura Reflow hè u prucessu di fà cumpunenti “attaccà” à u PCB. U PCBA riscalda u circuitu attraversu un fornu di reflow o una lampa infrarossa finu à chì a saldatura si scioglie, attaccendu cusì in permanenza u cumpunente à u circuitu.

A parte più complicata quì ùn hè micca di surriscaldà o dannà i cumpunenti, perchè e caratteristiche termiche di ogni pacchettu sò diverse. Un fabbricante di PCBA affidabile serà responsabile di stu prucessu, è tuttu ciò chì avete bisognu à fà hè di furnisce li cun specificazioni di cumpunenti.

Prucessu di reflux.

Altri metudi di saldatura:

A saldatura ondulata hè aduprata principalmente per cumpunenti aghjunti manualmente da u metudu attraversu. In questu casu, u vostru PCBA passerà prima per u fornu di saldatura di reflow, è dopu aghjunghje manualmente altri cumpunenti dopu chì passerà per a saldatrice d’onda.

A saldatura di u ferru pò esse aduprata per situazioni specifiche, ma micca per a produzione di massa.

Prove è ispezzione di qualità

In questu passu, i campioni PCBA sò testati per assicurà a qualità. Errori cumuni sò: cortocircuiti in cumpunenti disconnessi, cumpunenti sbilanciati è parti di u circuitu chì ùn devenu micca esse cunnessi. I testi più cumuni:

ICT (Prove in ligna). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. A macchina TIC utilizerà questi punti di prova per prove di circuiti aperti / cortocircuiti è verificerà chì i valori di i cumpunenti passivi (resistori, induttori, condensatori) si trovanu in a gamma di specificazioni.

AOI (Ispezzione ottica automatica). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Per sta prova, u creatore di hardware duverà furnisce specificazioni è tolleranze à u fabbricante per stabilisce i parametri.

Raggi X. U fabbricante di PCBA utilizerà i raggi X per verificà e condizioni di saldatura di i componenti BGA (ball Grid Array). Fighjate a prova di raggi X in stu video.