O gylchedau prototeip ar fyrddau bara i ddylunio ein rhai ein hunain bwrdd cylched printiedig (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. Mae EE yn creu’r “ymennydd” o sut mae dyfeisiau’n gweithio. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Pethau i’w gwybod cyn dechrau dylunio PCB: 1. Maint PCB – mae hyn yn dibynnu ar faint eich cynnyrch (neu faint achos). Diffinnir dimensiynau cynnyrch yn ystod y broses ddylunio peirianneg electronig. Gallwch wylio fideo amdano yma. 2. Haenau PCB – Po fwyaf o haenau, y mwyaf cymhleth yw GWEITHGYNHYRCHU PCB. (Sylwer: Gall hyd yn oed PCB un haen fod yn PCB cymhleth, ond yma rydym yn siarad am gymhlethdod gwneud PCB. Po fwyaf o haenau sydd gan PCB, y mwyaf drud yw ei gynhyrchu.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Fel rheol mae gan gynhyrchion sy’n gysylltiedig â Iot 4 haen

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.

Gwybodaeth y mae’n rhaid i chi ei darparu i wneuthurwyr PCB:

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

Deunyddiau (FR-2 (papur cotwm ffenolig), FR-3 (papur cotwm ac epocsi), FR-4 (ffibr gwydr ac epocsi… Etc.)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… Etc.)

Color (red, black, green… Etc.)

Triniaeth arwyneb (ENIG (trochi nicel / aur cemegol), DIG (trochi aur uniongyrchol), OSP (cadwolion hydoddadwy organig, ac ati)

Pwysau copr (1 ​​oz (35 micron), 2 oz (70 micron), 0.5 oz (18 micron)… Etc.)

Ffeil Gerber

PCB design process:

Dyluniad cylched

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. I greu’r ffeil sgematig, bydd angen teclyn meddalwedd arnoch chi. Rydyn ni’n hoffi Quadcept oherwydd ei fod wedi’i optimeiddio ar gyfer dylunio PCBS ar gyfer gweithgynhyrchu (er enghraifft, gallwch allforio Mesur Deunydd (BoM) yn uniongyrchol o’r offeryn) ac mae’n seiliedig ar gymylau, felly gellir ei ddefnyddio’n hawdd yn unrhyw le. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

Mae yna lawer o opsiynau eraill y gallwch chi ddewis ohonynt:

Altium

ExpressPCB

Dyfais amledd

KiCad

Cadence allegro

Bwyd

Dyluniad gyda chymorth cyfrifiadur

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. Bydd y ffeil enghreifftiol yn eich helpu i lunio’r sgematig. Daw’r gydran hon ar gael yn y gronfa ddata pan fyddwch yn uwchlwytho’r model i’r offeryn meddalwedd. Then, all you have to do is follow the data manual and connect the wire to each pin in the component. (Sylwch: bydd manylion y broses ddylunio yn dibynnu ar yr offeryn meddalwedd a ddewisir).

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. Fe ddylech chi fod wedi dewis y cydrannau (neu nawr yn eu dewis), ac rydyn ni’n disgrifio’r broses hon yn y fideo Proses Ddylunio EE (gweler y fideo).

Diagram enghreifftiol

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. Yn ogystal, gall y gwneuthurwr brofi’r ddyfais trwy’r pwyntiau prawf ar y ddogfen hon.

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. Yn wahanol i sgematig, mae cynllun PCB yn aseinio’r cydrannau gwirioneddol i union leoliadau ar y PCB ac yn dangos y traciau sy’n cysylltu pob cydran gyda’i gilydd rhwng yr haenau PCB. Fel y soniwyd ar ddechrau’r erthygl hon, y mwyaf o haenau, y mwyaf cymhleth yw’r gweithgynhyrchu sy’n ofynnol, a’r uchaf yw’r gost.

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. Yn y modd hwn, gallwch gadw’r olrhain dargludol yn fyr a lleihau sŵn ac ymyrraeth.

Mae angen cadw’r rhyngwyneb defnyddiwr (UI) mewn cof hefyd wrth ddylunio PCB. Mae angen addasu cydrannau fel jaciau sain, cysylltwyr, tywyswyr ac ati i gyflawni’r profiad defnyddiwr gorau.

Ar ôl i’r cynllun gael ei ddylunio, cynhyrchir ffeil Gerber. Bydd eich gwneuthurwr PCBA yn defnyddio’r ffeil hon. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Mae gosod cydrannau ar y PCB yn bwysig iawn. Gall rhai cydrannau ymyrryd â’i gilydd ac achosi ymddygiad annisgwyl. Er enghraifft, os oes gennych fodiwlau Bluetooth a Wi-Fi, mae ganddyn nhw’r un lled band 2.4ghz a gallant ymyrryd â’i gilydd os ydyn nhw wedi’u gosod yn anghywir.

PCB production

When you send the Gerber file to the PCB manufacturer, they can print the board. Dyma fydd y sylfaen i adeiladu’r sylfaen ymhellach ar gyfer ychwanegu cydrannau i’r PCB a gweithgynhyrchu’r PCBA (cynulliad bwrdd cylched printiedig).

PCBS heb ei gyfuno

PCBA (Assembly)

Paratoi deunydd

Ar y pwynt hwn yn eich dyluniad EE, dylech fod wedi dewis y cydrannau. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Materion sydd angen sylw:

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.

Isafswm archeb: Gwiriwch isafswm maint archeb y gydran. Os ydych chi’n prynu llai na’r isafswm, gwnewch yn siŵr bod y cydrannau a ddewiswyd mewn stoc. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Am fwy o feintiau, gofynnwch am gyngor gan eich gwneuthurwr.

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

Gosod cydrannau ar y PCB

Mae dwy brif ffordd i osod cydrannau ar wyneb PCB:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Fe’i gelwir hefyd yn gyffredin fel DIP neu broses becynnu mewn-lein deuol. (Gweler yr UDRh ar y gweill yn y fideo hwn)

UDRh (technoleg mowntio wyneb) yw’r dull a ddefnyddir fwyaf eang mewn cynhyrchu màs. Mae’n cael ei wneud gan beiriannau UDRh cyflym, cywir sy’n arbed amser, arian i chi ac yn osgoi gwall dynol.

Pethau i’w cofio:

Rhaid i’ch rhif math cydran beidio â bod yn fwy na nifer y riliau y gall peiriant UDRh y gwneuthurwr eu cefnogi.

Optimeiddio a chydgrynhoi eich cydrannau fel mai dim ond un UDRh sy’n rhedeg.

Gwiriwch feintiau pad ôl troed a gefnogir gan wneuthurwr. Fel arall, ni fydd y peiriant UDRh yn gosod cydrannau’n gywir.

Ni ellir gosod rhai cydrannau mwy gyda pheiriant ac mae angen gwaith trwy-dwll â llaw arnynt o hyd. Felly, gellir defnyddio’r ddwy dechnoleg ar yr un bwrdd.

Mae unrhyw gydrannau y mae angen i chi eu hychwanegu â llaw trwy’r dull twll drwodd yn ychwanegu at y gost weithgynhyrchu.

Sodro reflow

Sodro reflow yw’r broses o wneud cydrannau’n “glynu” wrth y PCB. Mae’r PCBA yn cynhesu’r bwrdd cylched trwy ffwrnais ail-lenwi neu lamp is-goch nes bod y sodr yn toddi, a thrwy hynny atodi’r gydran yn barhaol i’r bwrdd cylched.

Y rhan anoddaf yma yw peidio â gorboethi na difrodi’r cydrannau, oherwydd mae nodweddion thermol pob pecyn yn wahanol. Bydd gwneuthurwr PCBA dibynadwy yn gyfrifol am y broses hon, a’r cyfan sy’n rhaid i chi ei wneud yw darparu manylebau cydran iddynt.

Proses adlif.

Dulliau weldio eraill:

Defnyddir sodro tonnau yn bennaf ar gyfer cydrannau a ychwanegir â llaw trwy’r dull twll drwodd. Yn yr achos hwn, bydd eich PCBA yn gyntaf yn mynd trwy’r ffwrnais weldio ail-lenwi, ac yna’n ychwanegu cydrannau eraill â llaw ar ôl iddo fynd trwy’r peiriant sodro tonnau.

Gellir defnyddio weldio haearn ar gyfer sefyllfaoedd penodol, ond nid ar gyfer cynhyrchu màs.

Profi ac arolygu ansawdd

Yn y cam hwn, profir samplau PCBA i sicrhau ansawdd. Gwallau cyffredin yw: cylchedau byr mewn cydrannau wedi’u datgysylltu, cydrannau wedi’u camlinio a rhannau o’r gylched na ddylid eu cysylltu. Y profion mwyaf cyffredin:

TGCh (Profi ar-lein). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. Bydd y peiriant TGCh yn defnyddio’r pwyntiau prawf hyn ar gyfer profi cylched agored / byr ac yn gwirio bod gwerthoedd y cydrannau goddefol (gwrthyddion, anwythyddion, cynwysorau) o fewn ystod y fanyleb.

AOI (Archwiliad optegol awtomatig). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Ar gyfer y prawf hwn, bydd angen i’r crëwr caledwedd ddarparu manylebau a goddefiannau i’r gwneuthurwr i osod y paramedrau.

Pelydr-X. Bydd y gwneuthurwr PCBA yn defnyddio pelydrau-X i wirio amodau weldio cydrannau BGA (pêl Grid Array). Gwyliwch y prawf pelydr-X yn y fideo hwn.