Od prototypových obvodů na deskách chleba až po navrhování vlastních plošných spojů (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 vytváří „mozek“ fungování zařízení. 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). Rozměry produktu jsou definovány během procesu návrhu elektronického inženýrství. You can watch a video about it here. 2. Vrstvy DPS – Čím více vrstev, tím složitější VÝROBA DPS. (Poznámka: I jednovrstvý PCB může být komplexní PCB, ale zde mluvíme o složitosti výroby PCB. Čím více vrstev má DPS, tím je výroba dražší.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Produkty související se sazemi mají obvykle 4 vrstvy

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.

Informace, které potřebujete poskytnout výrobcům DPS:

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

Materiály (FR-2 (fenolický bavlněný papír), FR-3 (bavlněný papír a epoxid), FR-4 (skleněná vlákna a epoxidové… atd.)

Tloušťka (0.5 mm, 1.0 mm… atd.)

Color (red, black, green… atd.)

Povrchová úprava (ENIG (chemický nikl/zlaté ponoření), DIG (přímé ponoření do zlata), OSP (organické pájitelné konzervanty atd.)

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

Gerberův soubor

PCB design process:

Obvodový design

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. We like Quadcept because it is optimized for designing PCBS for manufacturing (for example, you can export a Bill of Material (BoM) directly from the tool) and is cloud-based, so it can be easily used anywhere. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

There are many other options you can choose from:

Altium

ExpressPCB

Frekvenční zařízení

KiCad

Cadence allegro

rohož

Počítačem podporovaný design

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. Soubor modelu vám pomůže nakreslit schéma. 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. (Poznámka: podrobnosti o procesu návrhu budou záviset na zvoleném softwarovém nástroji).

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. Měli jste vybrat součásti (nebo je nyní vybíráte) a tento postup popisujeme ve videu EE Design Process (viz 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. Kromě toho může výrobce zařízení testovat prostřednictvím testovacích bodů v tomto dokumentu.

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. Na rozdíl od schématu přiřazuje rozvržení desky plošných spojů skutečné součásti k přesným umístěním na desce plošných spojů a ukazuje stopy, které spojují jednotlivé součásti dohromady mezi vrstvami desky plošných spojů. 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. Tímto způsobem můžete udržet vodivou stopu krátkou a omezit šum a rušení.

Při návrhu DPS je třeba mít na paměti také uživatelské rozhraní (UI). Komponenty, jako jsou zvukové konektory, konektory, LED atd., Je třeba upravit, aby bylo dosaženo co nejlepšího uživatelského zážitku.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. Tento soubor použije váš výrobce PCBA. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Umístění součástek na DPS je velmi důležité. 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. To bude základem pro další vybudování základů pro přidávání součástek na desku plošných spojů a výrobu desky plošných spojů (PCBA).

Unassembled PCBS

PCBA (Assembly)

Příprava materiálu

V tomto okamžiku ve vašem návrhu EE jste měli vybrat komponenty. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Záležitosti vyžadující pozornost:

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.

Minimální objednané množství: Zkontrolujte minimální objednací množství součásti. Pokud nakoupíte méně než minimum, ujistěte se, že jsou vybrané komponenty skladem. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Další množství získáte od výrobce.

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 (technologie povrchové montáže) je nejrozšířenější metodou v hromadné výrobě. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

Co je třeba pamatovat:

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.

Reflow soldering

Reflow soldering is the process of making components “stick” to the PCB. PCBA ohřívá desku s obvody přes přetavovací pec nebo infračervenou lampu, dokud se pájka nerozpustí, čímž trvale připevní součást k desce s obvody.

The trickiest part here is not to overheat or damage the components, because the thermal characteristics of each package are different. Za tento proces bude zodpovědný spolehlivý výrobce PCBA a vše, co musíte udělat, je poskytnout jim specifikace komponent.

Refluxní proces.

Other welding methods:

Vlnové pájení se používá hlavně pro ručně přidávané součásti metodou průchozí díry. V tomto případě váš PCBA nejprve projde pecí pro přetavovací svařování a poté ručně přidá další komponenty poté, co projde strojem pro pájení vlnou.

Svařování železa lze použít pro konkrétní situace, ale ne pro hromadnou výrobu.

Testování a kontrola kvality

V tomto kroku jsou vzorky PCBA testovány, aby byla zajištěna kvalita. Běžné chyby jsou: zkraty v odpojených součástech, nesouosé součásti a části obvodu, které by neměly být připojeny. Nejběžnější testy:

ICT (online testování). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. Stroj ICT bude používat tyto testovací body pro testování otevřeného/zkratu a zkontroluje, zda jsou hodnoty pasivních komponent (odpory, induktory, kondenzátory) v rozsahu specifikací.

AOI (automatická optická kontrola). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Pro tento test bude muset tvůrce hardwaru poskytnout výrobci specifikace a tolerance pro nastavení parametrů.

Rentgen. The PCBA manufacturer will use X-rays to check the welding conditions of the BGA (ball Grid Array) components. Podívejte se na rentgenový test v tomto videu.