Od prototipova sklopova na pločama za kruh do projektiranja vlastitog tiskana pločica (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. Projektiranje PCB -a provodi se u procesu elektrotehnike (EE). EE stvara “mozak” načina rada uređaja. Bez elektronike ostaje vam tek nešto više od hrpe metala i plastike.

Ono što morate znati prije nego što započnete dizajn PCB -a: 1. Veličina PCB -a – to ovisi o veličini vašeg proizvoda (ili veličini kućišta). Dimenzije proizvoda definiraju se tijekom procesa projektiranja elektroničkog inženjeringa. Video o tome možete pogledati ovdje. 2. Slojevi PCB -a – Što je više slojeva, to je složenija PROIZVODNJA PCB -a. (Napomena: Čak i jednoslojna PCB može biti složena PCB, ali ovdje govorimo o složenosti izrade PCB-a. Što više slojeva ima PCB, skuplja je proizvodnja.)

Sloj 2 obično se koristi za jednostavne igračke

Srodni proizvodi obično imaju 4 sloja

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

3. Zahtjevi proizvođača PCB -a. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Podaci koje trebate dostaviti proizvođačima PCB -a:

Broj slojeva (npr. 2, 4, 6 itd.)

Materijali (FR-2 (fenolni pamučni papir), FR-3 (pamučni papir i epoksid), FR-4 (staklena vlakna i epoksid … itd)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… itd)

Color (red, black, green… itd)

Površinska obrada (ENIG (uranjanje u kemijski nikal/zlato), DIG (izravno uranjanje u zlato), OSP (organski konzervansi za lemljenje itd.)

Težina bakra (1 oz (35 mikrona), 2 oz (70 mikrona), 0.5 oz (18 mikrona)… itd)

Gerberov dosje

Proces projektiranja PCB -a:

Dizajn kruga

For this step, you need to create the schematic. Ovo je dokument, poput nacrta, koji opisuje kako su komponente međusobno povezane i rade zajedno. Za izradu shematske datoteke trebat će vam softverski alat. Quadcept nam se sviđa jer je optimiziran za projektiranje PCBS-a za proizvodnju (na primjer, možete izvesti Bill of Material (BoM) izravno iz alata) i temelji se na oblaku, pa se može lako koristiti bilo gdje. (Oni također nude besplatnu verziju alata u zajednici za proizvođače i studente.)

Postoji mnogo drugih mogućnosti koje možete izabrati:

Altij

ExpressPCB

Frekvencijski uređaj

KiCad

Cadence allegro

otirač

Računalno dizajniran dizajn

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. Datoteka modela pomoći će vam u crtanju sheme. Ova komponenta postaje dostupna u bazi podataka kada prenesete model na softverski alat. Zatim sve što trebate učiniti je slijediti priručnik s podacima i spojiti žicu na svaki pin u komponenti. (Napomena: pojedinosti o procesu projektiranja ovisit će o odabranom softverskom alatu).

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).

Primjer dijagrama

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. Osim toga, proizvođač može testirati uređaj putem ispitnih točaka u ovom dokumentu.

Raspored PCB -a + Gerberova datoteka

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Za razliku od sheme, raspored PCB -a dodjeljuje stvarne komponente točnim mjestima na PCB -u i prikazuje tragove koji povezuju svaku komponentu zajedno između slojeva PCB -a. Kao što je spomenuto na početku ovog članka, što je više slojeva, to je složenija proizvodnja potrebna i veći su troškovi.

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. Na taj način možete zadržati vodljivi trag kratkim i smanjiti buku i smetnje.

Korisničko sučelje (UI) također treba imati na umu pri projektiranju PCB -a. Komponente kao što su audio priključnice, konektori, LED diode itd. Moraju se prilagoditi kako bi se postiglo najbolje korisničko iskustvo.

Nakon što je dizajn osmišljen, generira se Gerberova datoteka. Vaš će proizvođač PCBA -e koristiti ovu datoteku. Mnoge tvrtke nude ove usluge, a iz HWTrekove stručne knjižnice preporučujemo Kingbrother, NexPCB i HQPCB.

Sample Gerber files

Postavljanje komponenti na PCB vrlo je važno. Neke komponente mogu međusobno ometati i uzrokovati neočekivano ponašanje. Na primjer, ako imate i Bluetooth i Wi-Fi module, oni imaju istu propusnost od 2.4 GHz i mogu međusobno ometati ako su nepravilno postavljeni.

Proizvodnja PCB -a

Kada pošaljete datoteku Gerber proizvođaču PCB -a, oni mogu ispisati ploču. To će biti temelj za daljnju izgradnju temelja za dodavanje komponenata na PCB i proizvodnju PCBA (sklopa tiskanih ploča).

Nemontirani PCBS

PCBA (Assembly)

Priprema materijala

U ovom trenutku u dizajnu EE -a trebali ste odabrati komponente. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Pitanja koja trebaju pozornost:

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.

Pakiranje: Naručite komponente iz role koje automatski preuzimaju SMT strojevi umjesto da ih pakirate pojedinačno.

Minimalna količina narudžbe: Provjerite minimalnu količinu narudžbe komponente. Ako kupujete manje od minimalnog, provjerite jesu li odabrane komponente na zalihi. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Za dodatne količine potražite savjet od proizvođača.

Gubitak: Naručite 10% više za pokriće gubitka (ne za skupe komponente)

Instalirajte komponente na PCB

Postoje dva glavna načina postavljanja komponenti na površinu PCB -a:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Također je općenito poznat kao DIP ili dvostruki linijski proces pakiranja. (Pogledajte SMT u tijeku u ovom videu)

SMT (tehnologija površinskog montiranja) najraširenija je metoda u masovnoj proizvodnji. To rade brzi i točni SMT strojevi koji vam štede vrijeme, novac i izbjegavaju ljudske pogreške.

Stvari koje treba zapamtiti:

Broj vrste vaše komponente ne smije prelaziti broj koluta koji proizvođač SMT stroj može podržati.

Optimizirajte i konsolidirajte svoje komponente tako da radi samo jedan SMT.

Provjerite veličine podloga koje podržava proizvođač. Inače, SMT uređaj neće pravilno instalirati komponente.

Neke veće komponente ne mogu se instalirati strojno i još uvijek zahtijevaju ručni rad kroz rupe. Stoga se obje tehnologije mogu koristiti na istoj ploči.

Sve komponente koje morate ručno dodati metodom provrta povećavaju troškove proizvodnje.

Reflow lemljenje

Ponovno lemljenje postupak je zbog kojeg se komponente „lijepe“ za PCB. PCBA zagrijava ploču kroz peć za ponovno punjenje ili infracrvenu svjetiljku dok se lem ne otopi, čime se trajno pričvršćuje komponenta na ploču.

Najteži dio ovdje nije pregrijavanje ili oštećenje komponenti jer su toplinske karakteristike svakog pakiranja različite. Pouzdan proizvođač PCBA -a bit će odgovoran za ovaj proces, a sve što trebate učiniti je dostaviti im specifikacije komponenti.

Postupak refluksa.

Ostale metode zavarivanja:

Lemljenje valovima uglavnom se koristi za ručno dodane komponente metodom kroz rupu. U tom će slučaju vaš PCBA prvo proći kroz peć za ponovno zavarivanje, a zatim ručno dodati ostale komponente nakon što prođe kroz stroj za lemljenje valova.

Zavarivanje željezom može se koristiti za posebne situacije, ali ne i za masovnu proizvodnju.

Ispitivanje i kontrola kvalitete

U ovom koraku uzorci PCBA -e testiraju se kako bi se osigurala kvaliteta. Uobičajene pogreške su: kratki spoj u odspojenim komponentama, neusklađene komponente i dijelovi kruga koji se ne smiju spajati. Najčešći testovi:

ICT (online testiranje). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. ICT stroj će koristiti ove ispitne točke za ispitivanje otvorenog/kratkog spoja i provjeriti jesu li vrijednosti pasivnih komponenti (otpornici, prigušnice, kondenzatori) unutar specificiranog raspona.

AOI (Automatski optički pregled). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Za ovaj test, proizvođač hardvera morat će proizvođaču dati specifikacije i tolerancije za postavljanje parametara.

RTG. Proizvođač PCBA-e upotrijebit će X-zrake za provjeru uvjeta zavarivanja komponenata BGA (kuglasta mreža). Rentgenski pregled pogledajte u ovom videu.