ब्रेड बोर्ड पर प्रोटोटाइप सर्किट से लेकर अपनी खुद की डिजाइनिंग तक मुद्रित सर्किट बोर्ड (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. पीसीबी डिजाइन एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग (ईई) प्रक्रिया में किया जाता है। ईई डिवाइस कैसे काम करता है इसका “दिमाग” बनाता है। Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

पीसीबी डिजाइन शुरू करने से पहले जानने योग्य बातें: 1. पीसीबी का आकार – यह आपके उत्पाद के आकार (या केस के आकार) पर निर्भर करता है। इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग डिजाइन प्रक्रिया के दौरान उत्पाद आयामों को परिभाषित किया जाता है। आप इसके बारे में यहां एक वीडियो देख सकते हैं। 2. पीसीबी परतें – जितनी अधिक परतें, पीसीबी का निर्माण उतना ही जटिल। (नोट: सिंगल-लेयर पीसीबी भी एक जटिल पीसीबी हो सकता है, लेकिन यहां हम पीसीबी बनाने की जटिलता के बारे में बात कर रहे हैं। एक पीसीबी में जितनी अधिक परतें होती हैं, उसका निर्माण उतना ही महंगा होता है।)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Iot संबंधित उत्पादों में आमतौर पर 4 परतें होती हैं

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.

जानकारी जो आपको पीसीबी निर्माताओं को प्रदान करने की आवश्यकता है:

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

सामग्री (FR-2 (फेनोलिक कॉटन पेपर), FR-3 (कॉटन पेपर और एपॉक्सी), FR-4 (ग्लास फाइबर और एपॉक्सी… आदि।)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… आदि।)

Color (red, black, green… आदि।)

भूतल उपचार (ENIG (रासायनिक निकल/सोना विसर्जन), DIG (प्रत्यक्ष सोना विसर्जन), OSP (जैविक मिलाप योग्य संरक्षक, आदि)

तांबे का वजन (1 औंस (35 माइक्रोन), 2 औंस (70 माइक्रोन), 0.5 औंस (18 माइक्रोन)… आदि।)

Gerber फ़ाइल

PCB design process:

सर्किट डिज़ाइन

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. योजनाबद्ध फ़ाइल बनाने के लिए, आपको एक सॉफ़्टवेयर टूल की आवश्यकता होगी। हमें क्वाडसेप्ट पसंद है क्योंकि यह विनिर्माण के लिए पीसीबीएस को डिजाइन करने के लिए अनुकूलित है (उदाहरण के लिए, आप सीधे टूल से बिल ऑफ मटेरियल (बीओएम) निर्यात कर सकते हैं) और क्लाउड-आधारित है, इसलिए इसे आसानी से कहीं भी इस्तेमाल किया जा सकता है। (वे निर्माताओं और छात्रों के लिए उपकरण का एक निःशुल्क सामुदायिक संस्करण भी प्रदान करते हैं।)

आप कई अन्य विकल्पों में से चुन सकते हैं:

अल्टियम

एक्सप्रेसपीसीबी

फ़्रिक्वेंसी डिवाइस

Kicad

Cadence allegro

चटाई

कंप्यूटर एडेड डिजाइन

डिपट्रेस

After you install the selected tools, you need to obtain the component specifications for each selected component. वे अक्सर आपूर्तिकर्ता की वेबसाइट पर पाए जा सकते हैं। मॉडल फ़ाइल आपको योजनाबद्ध आरेखित करने में मदद करेगी। जब आप मॉडल को सॉफ़्टवेयर टूल पर अपलोड करते हैं तो यह घटक डेटाबेस में उपलब्ध हो जाता है। Then, all you have to do is follow the data manual and connect the wire to each pin in the component. (नोट: डिजाइन प्रक्रिया का विवरण चुने गए सॉफ्टवेयर टूल पर निर्भर करेगा)।

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).

उदाहरण आरेख

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. इसके अलावा, निर्माता इस दस्तावेज़ पर परीक्षण बिंदुओं के माध्यम से डिवाइस का परीक्षण कर सकता है।

पीसीबी लेआउट + Gerber फ़ाइल

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. एक योजनाबद्ध के विपरीत, एक पीसीबी लेआउट पीसीबी पर सटीक स्थानों के लिए वास्तविक घटकों को निर्दिष्ट करता है और उन ट्रैक्स को दिखाता है जो प्रत्येक घटक को पीसीबी परतों के बीच एक साथ जोड़ते हैं। जैसा कि इस लेख की शुरुआत में उल्लेख किया गया है, जितनी अधिक परतें, उतनी ही जटिल निर्माण की आवश्यकता होती है, और लागत जितनी अधिक होती है।

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. इस तरह, आप प्रवाहकीय ट्रेस को छोटा रख सकते हैं और शोर और हस्तक्षेप को कम कर सकते हैं।

The user interface (UI) also needs to be kept in mind when designing a PCB. सर्वश्रेष्ठ उपयोगकर्ता अनुभव प्राप्त करने के लिए ऑडियो जैक, कनेक्टर, एलईडी आदि जैसे घटकों को समायोजित करने की आवश्यकता है।

एक बार लेआउट तैयार हो जाने के बाद, एक Gerber फ़ाइल उत्पन्न होती है। आपका PCBA निर्माता इस फ़ाइल का उपयोग करेगा। There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

पीसीबी पर घटकों की नियुक्ति बहुत महत्वपूर्ण है। कुछ घटक एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं और अप्रत्याशित व्यवहार का कारण बन सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि आपके पास ब्लूटूथ और वाई-फाई दोनों मॉड्यूल हैं, तो उनके पास समान 2.4ghz बैंडविड्थ है और गलत तरीके से रखे जाने पर एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं।

पीसीबी उत्पादन

जब आप पीसीबी निर्माता को Gerber फ़ाइल भेजते हैं, तो वे बोर्ड को प्रिंट कर सकते हैं। यह पीसीबी में घटकों को जोड़ने और पीसीबीए (मुद्रित सर्किट बोर्ड असेंबली) के निर्माण के लिए नींव बनाने का आधार होगा।

असंबद्ध पीसीबीएस

PCBA (Assembly)

सामग्री की तैयारी

इस बिंदु पर आपके ईई डिज़ाइन में, आपको घटकों का चयन करना चाहिए था। You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. ध्यान देने की जरूरत है:

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.

न्यूनतम आदेश मात्रा: घटक की न्यूनतम आदेश मात्रा की जाँच करें। यदि आप न्यूनतम से कम खरीदते हैं, तो सुनिश्चित करें कि चयनित घटक स्टॉक में हैं। For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. अधिक मात्रा के लिए, कृपया अपने निर्माता से सलाह लें।

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

Install components on the PCB

पीसीबी सतह पर घटकों को रखने के दो मुख्य तरीके हैं:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. इसे आमतौर पर डीआईपी या दोहरी इन-लाइन पैकेजिंग प्रक्रिया के रूप में भी जाना जाता है। (इस वीडियो में देखें श्रीमती प्रगति पर है)

एसएमटी (सरफेस माउंट टेक्नोलॉजी) बड़े पैमाने पर उत्पादन में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि है। यह तेज, सटीक एसएमटी मशीनों द्वारा किया जाता है जो आपका समय, पैसा बचाते हैं और मानवीय त्रुटि से बचते हैं।

याद रखने योग्य बातें:

आपकी घटक प्रकार संख्या रीलों की संख्या से अधिक नहीं होनी चाहिए जो निर्माता की एसएमटी मशीन समर्थन कर सकती है।

अपने घटकों को अनुकूलित और समेकित करें ताकि केवल एक एसएमटी चल सके।

निर्माता समर्थित पदचिह्न पैड आकार की जाँच करें। अन्यथा, श्रीमती मशीन घटकों को सही ढंग से स्थापित नहीं करेगी।

कुछ बड़े घटकों को मशीन द्वारा स्थापित नहीं किया जा सकता है और फिर भी मैनुअल थ्रू-होल कार्य की आवश्यकता होती है। इसलिए, दोनों तकनीकों का उपयोग एक ही बोर्ड पर किया जा सकता है।

किसी भी घटक को आपको थ्रू-होल विधि के माध्यम से मैन्युअल रूप से जोड़ने की आवश्यकता होती है जो विनिर्माण लागत में जोड़ते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एक लेप लगाकर टाँका लगाना

रिफ्लो सोल्डरिंग पीसीबी में घटकों को “छड़ी” बनाने की प्रक्रिया है। पीसीबीए सर्किट बोर्ड को रिफ्लो फर्नेस या इंफ्रारेड लैंप के माध्यम से तब तक गर्म करता है जब तक कि सोल्डर पिघल न जाए, जिससे घटक को सर्किट बोर्ड से स्थायी रूप से जोड़ा जा सके।

यहां सबसे मुश्किल हिस्सा घटकों को ज़्यादा गरम या क्षतिग्रस्त नहीं करना है, क्योंकि प्रत्येक पैकेज की थर्मल विशेषताएं अलग-अलग होती हैं। एक विश्वसनीय PCBA निर्माता इस प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार होगा, और आपको केवल उन्हें घटक विनिर्देश प्रदान करने की आवश्यकता है।

रिफ्लक्स प्रक्रिया।

अन्य वेल्डिंग तरीके:

वेव सोल्डरिंग मुख्य रूप से थ्रू-होल विधि द्वारा मैन्युअल रूप से जोड़े गए घटकों के लिए उपयोग किया जाता है। इस मामले में, आपका PCBA पहले रिफ्लो वेल्डिंग फर्नेस से गुजरेगा, और फिर वेव सोल्डरिंग मशीन से गुजरने के बाद मैन्युअल रूप से अन्य घटकों को जोड़ देगा।

लोहे की वेल्डिंग का उपयोग विशिष्ट स्थितियों के लिए किया जा सकता है, लेकिन बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए नहीं।

परीक्षण और गुणवत्ता निरीक्षण

इस चरण में, गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए PCBA नमूनों का परीक्षण किया जाता है। सामान्य त्रुटियां हैं: डिस्कनेक्ट किए गए घटकों में शॉर्ट सर्किट, गलत संरेखित घटकों और सर्किट के कुछ हिस्सों जिन्हें कनेक्ट नहीं किया जाना चाहिए। सबसे आम परीक्षण:

आईसीटी (ऑनलाइन परीक्षण)। When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. आईसीटी मशीन ओपन/शॉर्ट सर्किट परीक्षण के लिए इन परीक्षण बिंदुओं का उपयोग करेगी और जांच करेगी कि निष्क्रिय घटकों (प्रतिरोधक, प्रेरक, कैपेसिटर) के मान विनिर्देश सीमा के भीतर हैं या नहीं।

एओआई (स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण)। Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. इस परीक्षण के लिए, हार्डवेयर निर्माता को पैरामीटर सेट करने के लिए निर्माता को विनिर्देश और सहनशीलता प्रदान करने की आवश्यकता होगी।

एक्स रे। पीसीबीए निर्माता बीजीए (बॉल ग्रिड एरे) घटकों की वेल्डिंग की स्थिति की जांच के लिए एक्स-रे का उपयोग करेगा। इस वीडियो में देखें एक्स-रे टेस्ट।