Fan prototypekringen op bôleplanken oant it ûntwerpen fan ús eigen printplaat (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. PCB -ûntwerp wurdt útfierd yn in proses foar elektrotechnyk (EE). EE makket it “brein” fan hoe’t apparaten wurkje. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Dingen om te witten foardat jo begjinne mei PCB -ûntwerp: 1. PCB -grutte – dit hinget ôf fan jo produktgrutte (as saakgrutte). Produktôfmjittings wurde definieare tidens it proses fan ûntwerp fan elektroanyske technyk. You can watch a video about it here. 2. PCB -lagen – De mear lagen, hoe komplekser de MANUFACTURE fan PCB. (Opmerking: Sels in single-layer PCB kin in komplekse PCB wêze, mar hjir hawwe wy it oer de kompleksiteit fan it meitsjen fan in PCB. Hoe mear lagen in PCB hat, hoe djoerder it is om te produsearjen.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Iot -relatearre produkten hawwe normaal 4 lagen

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.

Ynformaasje dy’t jo moatte leverje oan PCB -fabrikanten:

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

Materialen (FR-2 (fenolysk katoenpapier), FR-3 (katoenpapier en epoksy), FR-4 (glêsfezel en epoksy … Etc.)

Dikte (0.5 mm, 1.0 mm … Etc.)

Color (red, black, green… Etc.)

Oerflakbehandeling (ENIG (gemyske nikkel/gouden ûnderdompeling), DIG (direkte ûnderdompeling yn goud), OSP (organyske soldeerbare konserveermiddelen, ensfh.)

Kopergewicht (1 oz (35 microns), 2 oz (70 microns), 0.5 oz (18 microns) … Etc.)

Gerber file

PCB design process:

Circuit ûntwerp

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. Om it skematyske bestân te meitsjen hawwe jo in software -ark nedich. Wy hâlde fan Quadcept, om’t it is optimalisearre foar it ûntwerpen fan PCBS foar fabrikaazje (bygelyks kinne jo in Bill of Material (BoM) direkt eksportearje fan it ark) en is wolkbasearre, sadat it maklik oeral kin wurde brûkt. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

D’r binne in protte oare opsjes wêrfan jo kinne kieze:

Altium

ExpressPCB

Frekwinsje apparaat

KiCad

Cadence allegro

matte

Computer aided 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. It modelbestân sil jo helpe it skema te tekenjen. 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. (Opmerking: de details fan it ûntwerpproses sille ôfhingje fan it keazen software -ark).

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. You should have selected the components (or are now selecting them), and we describe this process in the EE Design Process video (see video).

Foarbyld 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. Derneist kin de fabrikant it apparaat testen fia de testpunten op dit dokumint.

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. Oars as in skematyk, tawiist in PCB -yndieling de werklike komponinten oan krekte lokaasjes op ‘e PCB en toant de spoaren dy’t elk komponint mei -inoar ferbine tusken de PCB -lagen. 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. Op dizze manier kinne jo it konduktive spoar koart hâlde en lûd en ynterferinsje ferminderje.

De brûkersynterface (UI) moat ek yn gedachten wurde hâlden by it ûntwerpen fan in PCB. Komponinten lykas audio -jacks, connectors, leds, ensfh. Moatte oanpast wurde om de bêste brûkersûnderfining te berikken.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. Jo PCBA -fabrikant sil dit bestân brûke. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

De pleatsing fan komponinten op ‘e PCB is heul wichtich. Some components can interfere with each other and cause unexpected behavior. Bygelyks, as jo sawol Bluetooth- as Wi-Fi-modules hawwe, hawwe se deselde bandbreedte fan 2.4 GHz en kinne se elkoar bemuoie as se ferkeard pleatst binne.

PCB production

When you send the Gerber file to the PCB manufacturer, they can print the board. Dit sil de basis wêze foar it fierder bouwen fan ‘e stifting foar it tafoegjen fan komponinten oan’ e PCB en it meitsjen fan de PCBA (printplaat -assemblage).

Net gearstalde PCBS

PCBA (Assembly)

Materiaal tarieding

Op dit punt yn jo EE -ûntwerp soene jo de komponinten moatte hawwe keazen. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Saken dy’t oandacht nedich binne:

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.

Minimale bestelhoeveelheid: Kontrolearje de minimale bestelhoeveelheid fan it komponint. As jo ​​minder keapje dan it minimum, soargje der dan foar dat de selekteare komponinten op foarried binne. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Foar mear hoemannichten, sykje asjebleaft advys fan jo fabrikant.

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. (Sjoch SMT yn útfiering yn dizze fideo)

SMT (surface mount technology) is de meast brûkte metoade yn massaproduksje. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

Dingen om te ferjitten:

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.

Guon gruttere ûnderdielen kinne net wurde ynstalleare troch masine en fereaskje noch steeds hânmjittich trochgeand wurk. Dêrom kinne beide technologyen wurde brûkt op itselde boerd.

Elke ûnderdielen dy’t jo handich moatte tafoegje fia de troch-gat-metoade foegje ta oan de produksjekosten.

Reflow soldering

Reflow soldering is it proses foar it meitsjen fan komponinten “stokje” oan ‘e PCB. De PCBA verwarmt it circuit board fia in reflowofen as in ynfraread lampe oant it soldeer smelt, en hechtet dêrmei it komponint permanint oan it circuit board.

It lestichste diel hjir is net om de ûnderdielen te overheat of te beskeadigjen, om’t de termyske skaaimerken fan elk pakket oars binne. In betroubere PCBA -fabrikant sil ferantwurdlik wêze foar dit proses, en alles wat jo hoege te dwaan is se komponintspesifikaasjes te jaan.

Refluxproses.

Oare lasmethoden:

Wave-soldering wurdt fral brûkt foar hânmjittich tafoege komponinten troch de troch-gat-metoade. Yn dit gefal sil jo PCBA earst troch de reflow -lasoven gean, en dan oare komponinten mei de hân tafoegje neidat it sil trochgean troch de welle soldermasjine.

Izeren lassen kin wurde brûkt foar spesifike situaasjes, mar net foar massaproduksje.

Testen en kwaliteitskontrôle

Yn dizze stap wurde PCBA -samples testen om kwaliteit te garandearjen. Mienskiplike flaters binne: koartslutingen yn loskeppele komponinten, ferkeard útstelde ûnderdielen en dielen fan it circuit dat net moatte wurde oansletten. De meast foarkommende testen:

ICT (Online testen). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. De ICT -masine sil dizze testpunten brûke foar testen fan iepen/kortsluiting en kontrolearje dat de wearden fan ‘e passive komponinten (wjerstannen, induktors, kondensatoren) binnen it spesifikaasjeberik binne.

AOI (automatyske optyske ynspeksje). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Foar dizze test sil de hardware -makker spesifikaasjes en tolerânsjes moatte leverje oan ‘e fabrikant om de parameters yn te stellen.

X -ray. De PCBA-fabrikant sil röntgenstralen brûke om de lasomstannichheden fan ‘e BGA (ball Grid Array) komponinten te kontrolearjen. Besjoch de röntgentest yn dizze fideo.