از مدارهای اولیه روی تخته نان گرفته تا طراحی خودمان تخته مدار چاپی (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. طراحی PCB در یک فرآیند مهندسی برق (EE) انجام می شود. EE “مغز” نحوه عملکرد دستگاه ها را ایجاد می کند. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

نکاتی که باید قبل از شروع طراحی PCB بدانید: 1. اندازه PCB – این بستگی به اندازه محصول شما (یا اندازه مورد) دارد. ابعاد محصول در طی فرایند طراحی مهندسی الکترونیک تعریف می شود. در اینجا می توانید ویدئویی در مورد آن تماشا کنید. 2. لایه های PCB – هرچه لایه های بیشتر باشد ، تولید PCB پیچیده تر است. (توجه: حتی یک PCB تک لایه می تواند یک PCB پیچیده باشد ، اما در اینجا ما در مورد پیچیدگی ساخت PCB صحبت می کنیم. هرچه لایه های PCB بیشتر باشد ، تولید آن گران تر است.)

لایه 2 معمولاً برای محصولات اسباب بازی ساده استفاده می شود

محصولات مرتبط با Iot معمولاً 4 لایه دارند

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

3. الزامات سازنده PCB شما. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

اطلاعاتی که باید به تولید کنندگان PCB ارائه دهید:

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

مواد (FR-2 (کاغذ پنبه فنولیک) ، FR-3 (کاغذ پنبه ای و اپوکسی) ، FR-4 (الیاف شیشه و اپوکسی… Etc.)

ضخامت (0.5 میلی متر ، 1.0 میلی متر… Etc.)

Color (red, black, green… Etc.)

درمان سطحی (ENIG (غوطه وری شیمیایی نیکل/طلا) ، DIG (غوطه وری مستقیم طلا) ، OSP (نگهدارنده های لحیم پذیر آلی و غیره)

وزن مس (1 اونس (35 میکرون) ، 2 اونس (70 میکرون) ، 0.5 اونس (18 میکرون)… Etc.)

پرونده گربر

مراحل طراحی PCB:

طراحی مدار

For this step, you need to create the schematic. این یک سند است ، مانند یک طرح کلی ، که نحوه ارتباط اجزاء با یکدیگر و کارکردن با یکدیگر را توضیح می دهد. برای ایجاد فایل شماتیک ، به یک ابزار نرم افزاری نیاز دارید. ما Quadcept را دوست داریم زیرا برای طراحی PCBS برای تولید بهینه شده است (به عنوان مثال ، می توانید بیل مواد (BoM) را مستقیماً از ابزار صادر کنید) و مبتنی بر ابر است ، بنابراین می توان آن را به راحتی در هر مکانی استفاده کرد. (آنها همچنین نسخه رایگان این ابزار را برای تولیدکنندگان و دانشجویان ارائه می دهند.)

گزینه های بسیار دیگری نیز وجود دارد که می توانید از بین آنها انتخاب کنید:

آلتیوم

ExpressPCB

دستگاه فرکانس

KiCad

کادنس آلگرو

غذا

طراحی به کمک کامپیوتر

DipTrace

پس از نصب ابزارهای انتخاب شده ، باید مشخصات جزء مربوط به هر جزء انتخاب شده را بدست آورید. They can often be found on the supplier’s website. فایل مدل به شما در ترسیم شماتیک کمک می کند. وقتی مدل را در ابزار نرم افزار بارگذاری می کنید ، این جزء در پایگاه داده در دسترس قرار می گیرد. سپس ، تنها کاری که باید انجام دهید این است که دفترچه راهنمای داده را دنبال کنید و سیم را به هر پین در جزء متصل کنید. (توجه: جزئیات فرایند طراحی بستگی به ابزار نرم افزاری انتخاب شده دارد).

هر نماد شماتیک نیاز به یک ناحیه مربوط به PCB دارد تا ابعاد فیزیکی قطعه و محل سوراخ های موجود در پد لحیم کاری یا PCB را مشخص کند. شما باید اجزاء را انتخاب کرده باشید (یا در حال حاضر آنها را انتخاب می کنید) ، و ما این فرایند را در ویدیوی فرآیند طراحی EE توضیح می دهیم (فیلم را ببینید).

نمودار نمونه

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. علاوه بر این ، سازنده می تواند دستگاه را از طریق نقاط آزمایش روی این سند آزمایش کند.

طرح PCB + فایل Gerber

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. برخلاف طرح کلی ، یک طرح PCB اجزای واقعی را به مکانهای دقیق PCB اختصاص می دهد و آهنگهایی را که هر جزء را بین لایه های PCB به هم متصل می کند ، نشان می دهد. همانطور که در ابتدای این مقاله ذکر شد ، هرچه لایه های بیشتری وجود داشته باشد ، پیچیدگی تولید مورد نیاز است و هزینه آن نیز بیشتر است.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). سپس ، مطمئن شوید که اجزای هر بخش را در یک منطقه گروه بندی کنید. به این ترتیب ، می توانید رد رسانا را کوتاه نگه دارید و سر و صدا و تداخل را کاهش دهید.

هنگام طراحی PCB ، رابط کاربری (UI) نیز باید در نظر گرفته شود. برای دستیابی به بهترین تجربه کاربر ، اجزایی مانند جک های صوتی ، اتصالات ، led ها و غیره باید تنظیم شوند.

پس از طراحی طرح ، یک فایل Gerber ایجاد می شود. سازنده PCBA شما از این فایل استفاده خواهد کرد. بسیاری از شرکت ها این خدمات را ارائه می دهند ، و ما از کتابخانه تخصصی HWTrek Kingbrother ، NexPCB و HQPCB را توصیه می کنیم.

Sample Gerber files

قرار دادن قطعات روی PCB بسیار مهم است. برخی از اجزاء می توانند با یکدیگر تداخل داشته باشند و باعث رفتارهای غیر منتظره شوند. به عنوان مثال ، اگر هر دو ماژول بلوتوث و Wi-Fi دارید ، پهنای باند 2.4 گیگاهرتز یکسانی دارند و در صورت قرارگیری نادرست می توانند با یکدیگر تداخل داشته باشند.

تولید PCB

وقتی فایل Gerber را به سازنده PCB ارسال می کنید ، آنها می توانند برد را چاپ کنند. این مبنایی برای ایجاد پایه و اساس برای افزودن قطعات به PCB و ساخت PCBA (مجموعه برد مدار چاپی) خواهد بود.

PCBS مونتاژ نشده

PCBA (مونتاژ)

تهیه مواد

در این مرحله از طراحی EE ، باید اجزا را انتخاب کرده باشید. می توانید از سازنده PCBA بخواهید تا اجزای مورد نیاز را برای شما سفارش دهد ، یا در صورت انتخاب تأمین کننده ، خودتان این کار را انجام دهید. مواردی که نیاز به توجه دارند:

زمان سرب: از آنجا که این اجزا از تأمین کنندگان مختلف تهیه می شوند ، زمان سرب را در نظر داشته باشید. برای برخی از اجزاء ، ممکن است تا 8-16 هفته طول بکشد.

بسته بندی: قطعاتی را از قرقره هایی سفارش دهید که بطور خودکار توسط دستگاه های SMT جمع آوری می شوند به جای اینکه آنها را به صورت جداگانه بسته بندی کنید.

حداقل مقدار سفارش: حداقل مقدار سفارش قطعه را بررسی کنید. اگر کمتر از حداقل خرید می کنید ، مطمئن شوید که اجزای انتخاب شده در انبار موجود است. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. برای مقادیر بیشتر ، لطفاً از سازنده خود مشاوره بگیرید.

ضرر: 10٪ بیشتر برای جبران ضرر سفارش دهید (نه برای اجزای گران قیمت)

قطعات را روی PCB نصب کنید

دو روش اصلی برای قرار دادن قطعات روی سطح PCB وجود دارد:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. همچنین معمولاً به عنوان DIP یا فرآیند بسته بندی دو خطی شناخته می شود. (SMT در حال پیشرفت را در این ویدئو ببینید)

SMT (فناوری نصب سطح) پرکاربردترین روش در تولید انبوه است. این کار توسط دستگاههای سریع و دقیق SMT انجام می شود که در وقت ، هزینه و صرفه جویی در هزینه شما جلوگیری می کند و از خطای انسانی جلوگیری می کند.

چیز هایی برای به یاد آوردن:

شماره نوع جزء شما نباید از تعداد قرقره هایی که دستگاه SMT سازنده می تواند پشتیبانی کند ، تجاوز کند.

اجزای خود را بهینه و یکپارچه کنید تا فقط یک SMT اجرا شود.

اندازه لنت های ردپای تولید کننده را بررسی کنید. در غیر این صورت ، دستگاه SMT قطعات را به درستی نصب نمی کند.

برخی از اجزای بزرگتر را نمی توان با ماشین نصب کرد و همچنان به کار دستی از طریق سوراخ نیاز دارند. بنابراین ، هر دو فناوری را می توان در یک صفحه استفاده کرد.

هرگونه قطعه ای که نیاز دارید به صورت دستی از طریق روش سوراخ اضافه کنید ، هزینه تولید را افزایش می دهد.

لحیم کاری جریان

لحیم کاری Reflow فرآیند چسباندن قطعات به PCB است. PCBA مدار را از طریق کوره بازپخت یا لامپ مادون قرمز گرم می کند تا لحیم کاری ذوب شود ، در نتیجه قطعه را به طور دائم به برد مدار متصل می کند.

مشکل ترین قسمت اینجا گرم نکردن یا آسیب رساندن به قطعات است ، زیرا ویژگی های حرارتی هر بسته متفاوت است. یک تولید کننده PCBA قابل اعتماد مسئول این فرایند است و تنها کاری که باید انجام دهید این است که مشخصات قطعات را به آنها ارائه دهید.

فرایند رفلاکس

سایر روشهای جوشکاری:

لحیم کاری موج عمدتا برای اجزای افزوده شده دستی به روش سوراخ استفاده می شود. در این حالت ، PCBA شما ابتدا از طریق کوره جوش مجدد عبور می کند و پس از عبور از دستگاه لحیم کاری موج ، قطعات دیگر را به صورت دستی اضافه می کند.

جوشکاری آهن را می توان برای شرایط خاص استفاده کرد ، اما برای تولید انبوه استفاده نمی شود.

آزمایش و بازرسی کیفیت

در این مرحله ، نمونه های PCBA برای اطمینان از کیفیت آزمایش می شوند. خطاهای رایج عبارتند از: اتصال کوتاه در قطعات جدا شده ، اجزای نامرتب و قسمتهایی از مدار که نباید به هم وصل شوند. رایج ترین آزمایشات:

ICT (آزمایش آنلاین) When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. دستگاه ICT از این نقاط تست برای آزمایش مدار باز یا کوتاه استفاده می کند و بررسی می کند که مقادیر اجزای غیرفعال (مقاومت ، سلف ، خازن) در محدوده مشخصات باشد.

AOI (بازرسی خودکار نوری). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. برای این آزمایش ، سازنده سخت افزار باید مشخصات و تحمل را به سازنده برای تنظیم پارامترها ارائه دهد.

اشعه ایکس. سازنده PCBA از اشعه ایکس برای بررسی شرایط جوشکاری اجزای BGA (آرایه شبکه ای توپ) استفاده خواهد کرد. در این ویدئو آزمایش اشعه ایکس را مشاهده کنید.