Leipälevyjen prototyyppipiireistä omien suunnitteluun piirilevy (PCBS), se oli kuin nousisi harjoituspyöriltä. Tästä prosessista on paljon opittavaa, joten aloitetaan. Piirilevyjen suunnittelu suoritetaan sähkötekniikan (EE) prosessissa. EE luo “aivot” laitteiden toiminnasta. Ilman elektroniikkaa sinulla ei ole muuta kuin kasa metallia ja muovia.

Ennen PCB -suunnittelun aloittamista seuraavat asiat: 1. PCB -koko – tämä riippuu tuotteen koosta (tai kotelon koosta). Tuotteen mitat määritellään sähköisen suunnittelun aikana. Voit katsoa videon tästä. 2. PCB -kerrokset – Mitä enemmän kerroksia, sitä monimutkaisempi PCB: n VALMISTUS. (Huomaa: Jopa yksikerroksinen piirilevy voi olla monimutkainen piirilevy, mutta tässä puhutaan piirilevyn valmistuksen monimutkaisuudesta. Mitä enemmän kerroksia piirilevyssä on, sitä kalliimpaa se on valmistaa.)

Kerrosta 2 käytetään yleensä yksinkertaisiin lelutuotteisiin

Iot -tuotteissa on yleensä 4 kerrosta

Yleensä käytetään älypuhelimen tai älykellon kerroksissa 6–8.

3. PCB -valmistajan vaatimukset. Muista lukea rytmiä, jäljen kokoa, virraneristystä ja tiedostojen nimeämistä koskevat ohjeet ennen suunnittelun aloittamista.

PCB -valmistajille annettavat tiedot:

Kerrosten määrä (esim. 2, 4, 6 jne.)

Materiaalit (FR-2 (fenolipuuvillapaperi), FR-3 (puuvillapaperi ja epoksi), FR-4 (lasikuitu ja epoksi… jne)

Paksuus (0.5 mm, 1.0 mm… jne)

Väri (punainen, musta, vihreä… jne)

Pintakäsittely (ENIG (kemiallinen nikkeli/kulta -upotus), DIG (suora kulta -upotus), OSP (orgaaniset juotettavat säilöntäaineet jne.)

Kuparin paino (1 oz (35 mikronia), 2 oz (70 mikronia), 0.5 oz (18 mikronia)… jne)

Gerber -tiedosto

PCB -suunnitteluprosessi:

Piirin suunnittelu

Tätä vaihetta varten sinun on luotava kaavio. Tämä on asiakirja, kuten suunnitelma, joka kuvaa kuinka komponentit liittyvät toisiinsa ja toimivat yhdessä. Kaaviotiedoston luomiseen tarvitset ohjelmistotyökalun. Pidämme Quadceptista, koska se on optimoitu PCBS: n suunnitteluun valmistusta varten (esimerkiksi voit viedä materiaalikirjan (BoM) suoraan työkalusta) ja on pilvipohjainen, joten sitä voidaan käyttää helposti missä tahansa. (He tarjoavat myös ilmaisen yhteisöversion työkalusta valmistajille ja opiskelijoille.)

Voit valita monista muista vaihtoehdoista:

Altium

ExpressPCB

Taajuuslaite

kicad

Cadence allegro

matto

Tietokoneavusteinen suunnittelu

DipTrace

Kun olet asentanut valitut työkalut, sinun on hankittava kunkin valitun komponentin komponentit. Ne löytyvät usein toimittajan verkkosivustolta. Mallitiedosto auttaa piirtämään kaavion. Tämä komponentti tulee saataville tietokantaan, kun lataat mallin ohjelmistotyökaluun. Sitten sinun tarvitsee vain seurata tietokäsikirjaa ja liittää johto komponentin jokaiseen nastaan. (Huomaa: suunnitteluprosessin yksityiskohdat riippuvat valitusta ohjelmistotyökalusta).

Jokaisella kaavamaisella symbolilla on oltava siihen liittyvä piirilevytila, joka määrittää komponentin fyysiset mitat ja juotoslevyn tai piirilevyn läpivientireikien sijainnin. Sinun olisi pitänyt valita komponentit (tai valitset niitä nyt), ja kuvaamme tätä prosessia EE -suunnitteluprosessin videossa (katso video).

Esimerkkikaavio

Hyvä kaavio on todella tärkeä, koska sitä käytetään viiteasiakirjana virheenkorjauksen aikana ja se on hyvä viestintäväline muiden insinöörien kanssa. Lisäksi valmistaja voi testata laitetta tämän asiakirjan testipisteiden kautta.

Piirilevyasettelu + Gerber -tiedosto

Voit suunnitella piirilevyasettelun ja luoda Gerber -tiedostoja käyttämällä samoja ohjelmistotyökaluja, jotka mainitsimme piirisuunnittelussa. Toisin kuin kaaviossa, piirilevyasettelu määrittää todelliset komponentit tarkkoihin paikkoihin piirilevyllä ja näyttää raidat, jotka yhdistävät kaikki komponentit yhteen piirilevykerrosten välillä. Kuten tämän artikkelin alussa mainittiin, mitä enemmän kerroksia, sitä monimutkaisempi valmistus vaatii ja sitä korkeammat kustannukset.

Jaa piirilevy loogisiin osiin toimintojen perusteella (esim. Virtalähde, äänilähtö jne.). Muista sitten ryhmitellä kunkin osan osat samaan alueeseen. Tällä tavalla voit pitää johtavan jäljen lyhyenä ja vähentää melua ja häiriöitä.

Käyttöliittymä (UI) on myös pidettävä mielessä piirilevyä suunniteltaessa. Komponentit, kuten ääniliittimet, liittimet, ledit jne., On säädettävä parhaan käyttökokemuksen saavuttamiseksi.

Kun asettelu on suunniteltu, Gerber -tiedosto luodaan. PCBA -valmistajasi käyttää tätä tiedostoa. On monia yrityksiä, jotka tarjoavat näitä palveluita, ja suosittelemme HWTrekin asiantuntijakirjastosta Kingbrotheria, NexPCB: tä ja HQPCB: tä.

Esimerkki Gerber -tiedostoista

Komponenttien sijoittaminen piirilevylle on erittäin tärkeää. Jotkin osat voivat häiritä toisiaan ja aiheuttaa odottamatonta käyttäytymistä. Jos sinulla on esimerkiksi sekä Bluetooth- että Wi-Fi-moduulit, niiden kaistanleveys on sama 2.4 GHz ja ne voivat häiritä toisiaan, jos ne on asetettu väärin.

PCB -tuotanto

Kun lähetät Gerber -tiedoston piirilevyvalmistajalle, he voivat tulostaa levyn. Tämä on perusta rakentaa edelleen perusta komponenttien lisäämiselle piirilevylle ja PCBA: n (painettu piirilevy) valmistamiselle.

Kokoamattomat piirilevyt

PCBA (kokoonpano)

Materiaalin valmistelu

Tässä EE -suunnittelun vaiheessa sinun olisi pitänyt valita komponentit. Voit pyytää PCBA -valmistajaa tilaamaan tarvittavat komponentit puolestasi tai tekemään sen itse, jos valitset toimittajan. Huomiota tarvitsevat asiat:

Toimitusaika: Koska nämä komponentit tulevat eri toimittajilta, pidä toimitusaika mielessä. Joillakin komponenteilla se voi kestää jopa 8-16 viikkoa.

Pakkaus: Tilaa komponentit rullilta, jotka SMT -koneet keräävät automaattisesti sen sijaan, että pakkaisit ne erikseen.

Minimitilausmäärä: Tarkista komponentin vähimmäistilausmäärä. Jos ostat alle vähimmäismäärän, varmista, että valitut komponentit ovat varastossa. Pienille erille (enintään 50) voit tilata verkossa DigiKey- tai Mouser -palvelusta. Jos haluat lisätietoja, kysy neuvoa valmistajalta.

Vahinko: Tilaa 10% enemmän kattaaksesi tappiot (ei kalliille komponenteille)

Asenna komponentit piirilevyyn

Komponentteja voidaan asettaa PCB -pinnalle kahdella tavalla:

Läpireiät (läpireiät) ovat manuaalisia menetelmiä kokoonpanojen ja johtojen kokoamiseksi piirilevyn pinnalla oleviin reikiin. Se tunnetaan myös yleisesti nimellä DIP tai kaksoislinjapakkausprosessi. (Katso SMT käynnissä tässä videossa)

SMT (pintakiinnitystekniikka) on yleisimmin käytetty menetelmä massatuotannossa. Sen tekevät nopeat ja tarkat SMT -koneet, jotka säästävät aikaa, rahaa ja välttävät inhimilliset virheet.

Muistettavaa:

Komponenttityyppisi numero ei saa ylittää valmistajan SMT -koneen tukemien rullien määrää.

Optimoi ja yhdistä komponentit niin, että vain yksi SMT toimii.

Tarkista valmistajan tukemat jalanjäljen koot. Muussa tapauksessa SMT -kone ei asenna komponentteja oikein.

Joitakin suurempia komponentteja ei voida asentaa koneella, ja ne vaativat edelleen manuaalisen reiätyön. Siksi molempia tekniikoita voidaan käyttää samalla kortilla.

Kaikki osat, jotka sinun on lisättävä manuaalisesti reiän kautta, lisäävät valmistuskustannuksia.

Reflow -juotto

Reflow -juotto on prosessi, jolla komponentit “tarttuvat” piirilevyyn. PCBA lämmittää piirilevyä reflue -uunin tai infrapunalampun läpi, kunnes juote sulaa, kiinnittäen komponentin pysyvästi piirilevyyn.

Haastavinta tässä on olla ylikuumenemasta tai vahingoittamasta komponentteja, koska kunkin pakkauksen lämpöominaisuudet ovat erilaisia. Luotettava PCBA -valmistaja on vastuussa tästä prosessista, ja sinun tarvitsee vain toimittaa heille komponenttien tekniset tiedot.

Refluksiprosessi.

Muut hitsausmenetelmät:

Aaltojuotosta käytetään pääasiassa käsin lisättäviin komponentteihin läpireikämenetelmällä. Tässä tapauksessa PCBA -laitteesi kulkee ensin reflow -hitsausuunin läpi ja lisää sitten manuaalisesti muita komponentteja sen jälkeen, kun se on käynyt läpi aaltojuotoskoneen.

Rautahitsausta voidaan käyttää erityistilanteissa, mutta ei massatuotannossa.

Testaus ja laaduntarkastus

Tässä vaiheessa PCBA -näytteet testataan laadun varmistamiseksi. Yleisiä virheitä ovat: oikosulku irrotetuissa komponenteissa, väärin kohdistetut komponentit ja piirin osat, joita ei tule kytkeä. Yleisimmät testit:

ICT (Online -testaus). Piirilevyä suunniteltaessa jotkut testauspisteet on yleensä varattu virheenkorjaukseen, ohjelmointiin ja muihin tarkoituksiin. ICT -kone käyttää näitä testipisteitä avoimen/oikosulun testaukseen ja tarkistaa, että passiivisten komponenttien (vastukset, induktorit, kondensaattorit) arvot ovat määrittelyalueella.

AOI (automaattinen optinen tarkastus). Valmistajat käyttävät “kullanäytettä” (viite -PCBA) vertaamaan muihin näytteisiin. Tätä testiä varten laitteiston luojan on toimitettava valmistajalle tekniset tiedot ja toleranssit parametrien asettamiseksi.

Röntgen. PCBA-valmistaja tarkistaa röntgensäteillä BGA (ball Grid Array) -komponenttien hitsausolosuhteet. Katso röntgentesti tästä videosta.