Frá frumgerðarrásum á brauðbretti til að hanna okkar eigin prentuð hringrás borð (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. PCB design is carried out in an electrical engineering (EE) process. EE skapar „heila“ þess hvernig tæki virka. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Hlutur sem þarf að vita áður en PCB hönnun er hafin: 1. PCB stærð – þetta fer eftir stærð vörunnar (eða stærð kassans). Vöruvíddir eru skilgreindar meðan á rafrænu verkfræðihönnunarferlinu stendur. You can watch a video about it here. 2. PCB lög – Því fleiri lög, því flóknari framleiðsla PCB. (Athugið: Jafnvel einslags PCB getur verið flókið PCB, en hér erum við að tala um flókið að búa til PCB. Því fleiri lög sem PCB hefur, því dýrara er það að framleiða.)

Lag 2 er venjulega notað fyrir einfaldar leikfangavörur

Iot tengdar vörur hafa venjulega 4 lög

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

3. Kröfur PCB framleiðanda þíns. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Upplýsingar sem þú þarft að gefa framleiðendum PCB:

Fjöldi laga (td 2, 4, 6 osfrv.)

Efni (FR-2 (fenólbómullarpappír), FR-3 (bómullarpappír og epoxý), FR-4 (glertrefjar og epoxý … O.s.frv.)

Þykkt (0.5 mm, 1.0 mm … O.s.frv.)

Litur (rauður, svartur, grænn… O.s.frv.)

Yfirborðsmeðferð (ENIG (efnafræðileg nikkel/gulldýfa), DIG (bein dýfa í gulli), OSP (lífræn lóðleg rotvarnarefni osfrv.)

Koparþyngd (1 únsur (35 míkron), 2 únsur (70 míkron), 0.5 únsur (18 míkron) … O.s.frv.)

Gerber skjal

PCB hönnunarferli:

Hringrásarhönnun

For this step, you need to create the schematic. Þetta er skjal, eins og teikning, sem lýsir því hvernig íhlutir tengjast hver öðrum og vinna saman. Til að búa til skýringarmyndina þarftu hugbúnaðartæki. Okkur líkar Quadcept vegna þess að það er bjartsýni til að hanna PCBS til framleiðslu (til dæmis er hægt að flytja út efnisreikning (BoM) beint úr tólinu) og er byggt á skýi, svo auðvelt er að nota það hvar sem er. (Þeir bjóða einnig upp á ókeypis samfélagsútgáfu af tækinu fyrir framleiðendur og nemendur.)

Það eru margir aðrir valkostir sem þú getur valið um:

Altíum

ExpressPCB

Tíðnitæki

KiCad

Cadence allegro

Matur

Tölvustýrð hönnun

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. Líkanaskráin mun hjálpa þér að teikna skýringarmyndina. Þessi hluti verður aðgengilegur í gagnagrunninum þegar þú hleður líkaninu í hugbúnaðartólið. Allt sem þú þarft að gera er að fylgja gagnahandbókinni og tengja vírinn við hvern pinna í íhlutnum. (Athugið: upplýsingar um hönnunarferlið fer eftir því hugbúnaðarverkfæri sem valið er).

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).

Dæmi um skýringarmynd

Góð skýringarmynd er mjög mikilvæg þar sem hún verður notuð sem viðmiðunarskjal við kembiforrit og er gott samskiptatæki við aðra verkfræðinga. Að auki getur framleiðandinn prófað tækið í gegnum prófunarpunktana á þessu skjali.

PCB skipulag + Gerber skrá

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Ólíkt skýringarmynd, PCB skipulag úthlutar raunverulegum íhlutum á nákvæmar staðsetningar á PCB og sýnir lögin sem tengja hverja hluti saman milli PCB laganna. Eins og getið er í upphafi þessarar greinar, því fleiri lög, því flóknari sem framleiðslan krefst og því meiri kostnaður.

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. Þannig geturðu haldið leiðandi snefilinu stuttu og dregið úr hávaða og truflunum.

Notendaviðmót (UI) þarf einnig að hafa í huga þegar PCB er hannað. Það þarf að stilla íhluti eins og hljóðtengi, tengi, leds osfrv til að ná sem bestri notendaupplifun.

Þegar skipulagið er hannað myndast Gerber skrá. Framleiðandi PCBA mun nota þessa skrá. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Staðsetning íhluta á PCB er mjög mikilvæg. Sumir íhlutir geta truflað hver annan og valdið óvæntri hegðun. Til dæmis, ef þú ert með bæði Bluetooth og Wi-Fi einingar, hafa þeir sömu 2.4ghz bandbreidd og geta truflað hvort annað ef þeir eru rangt settir.

PCB production

Þegar þú sendir Gerber skrána til PCB framleiðanda geta þeir prentað spjaldið. Þetta mun vera grundvöllurinn til að byggja enn frekar grunninn fyrir að bæta íhlutum við PCB og framleiða PCBA (prentað hringrásartæki).

Ósamsett PCBS

PCBA (Assembly)

Efnislegur undirbúningur

Á þessum tímapunkti í EE hönnun þinni hefðir þú átt að velja íhlutina. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Mál sem þarfnast athygli:

Lead time: As these components come from different suppliers, keep the lead time in mind. Fyrir suma íhluti getur það tekið allt að 8-16 vikur.

Umbúðir: Pantaðu íhluti úr hjólum sem eru sjálfkrafa sóttir af SMT vélum í stað þess að pakka þeim fyrir sig.

Lágmarks pöntunarmagn: Athugaðu lágmarks pöntunarmagn íhlutar. Ef þú kaupir minna en lágmarkið skaltu ganga úr skugga um að valdir íhlutir séu til á lager. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Fyrir meira magn, vinsamlegast leitaðu ráða hjá framleiðanda þínum.

Tap: Pantaðu 10% meira til að mæta tapi (ekki fyrir dýra íhluti)

Settu upp íhluti á PCB

Það eru tvær helstu leiðir til að setja hluti á PCB yfirborð:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Það er einnig almennt þekkt sem DIP eða tvöfalt umbúðir í röð. (Sjá SMT í gangi í þessu myndbandi)

SMT (surface mount technology) er mest notaða aðferðin í fjöldaframleiðslu. Það er gert með hröðum, nákvæmum SMT vélum sem spara þér tíma, peninga og forðast mannleg mistök.

Atriði sem þarf að muna:

Gerð númer íhluta þinna má ekki vera meiri en fjöldi hjóla sem SMT vél framleiðanda getur stutt.

Fínstilltu og sameinaðu íhlutina þína þannig að aðeins einn SMT keyrir.

Athugaðu stærð fótsporpúða sem framleiðandi styður. Annars mun SMT vélin ekki setja íhluti rétt upp.

Sumir stærri íhlutir geta ekki verið settir upp með vél og krefjast samt handvirkrar holuvinnslu. Þess vegna er hægt að nota báðar tæknina á sama borð.

Allir íhlutir sem þú þarft að bæta handvirkt við með gegnumholuaðferðinni bæta við framleiðslukostnaðinn.

Endurflæði lóða

Reflow lóða er ferlið við að láta íhluti „festast“ við PCB. PCBA hitar hringrásarspjaldið í gegnum endurflæðisofn eða innrauða lampa þar til lóðmálmur bráðnar og festir þannig varanlega hlutinn við hringrásartöfluna.

Erfiðasti hlutinn hér er að ofhitna eða skemma íhlutina því hitauppstreymi einkenna hvers pakka er mismunandi. Áreiðanlegur framleiðandi PCBA mun bera ábyrgð á þessu ferli og allt sem þú þarft að gera er að útvega þeim forskriftir íhluta.

Bakflæðisferli.

Aðrar suðuaðferðir:

Öldulóðun er aðallega notuð fyrir íhluti sem er bætt handvirkt við með gegnumholuaðferðinni. Í þessu tilfelli fer PCBA fyrst í gegnum endurflæðisofninn og bætir síðan við öðrum íhlutum handvirkt eftir að hann fer í gegnum öldulóðunarvélina.

Járnsuðu er hægt að nota við sérstakar aðstæður, en ekki fyrir fjöldaframleiðslu.

Prófun og gæðaeftirlit

Í þessu skrefi eru PCBA sýni prófuð til að tryggja gæði. Algengar villur eru: skammhlaup í ótengdum íhlutum, röngum íhlutum og hlutum hringrásarinnar sem ekki á að tengja. Algengustu prófin:

UT (netpróf). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. UT -vélin mun nota þessa prófunarpunkta til að opna/skammhlaupsprófun og athuga hvort gildi óvirkra íhluta (viðnám, hvatir, þéttar) séu innan forskriftarsviðsins.

AOI (Sjálfvirk sjónskoðun). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Fyrir þessa prófun mun vélbúnaðarframleiðandinn þurfa að veita framleiðanda forskriftir og vikmörk til að stilla færibreyturnar.

Röntgengeisli. Framleiðandi PCBA mun nota röntgengeisla til að kanna suðuaðstæður BGA (ball Grid Array) íhlutanna. Horfðu á röntgenprófið í þessu myndbandi.