החל ממעגלי אב טיפוס על לוחות לחם ועד לעיצוב משלנו המעגל המודפס (PCBS), זה היה כמו לרדת מגלגלי האימון. יש הרבה מה ללמוד על תהליך זה, אז בואו נתחיל. תכנון PCB מתבצע בתהליך הנדסת חשמל (EE). EE יוצר את “המוח” של אופן הפעולה של מכשירים. ללא אלקטרוניקה, נשאר לך מעט יותר מערימת מתכת ופלסטיק.

דברים שכדאי לדעת לפני שמתחילים בעיצוב PCB: 1. גודל PCB – זה תלוי בגודל המוצר שלך (או גודל המארז). מידות המוצר מוגדרות במהלך תהליך התכנון ההנדסי האלקטרוני. אתה יכול לצפות בסרטון על זה כאן. 2. שכבות PCB – ככל שכבות יותר, כך ייצור ה- PCB מורכב יותר. (הערה: אפילו PCB בשכבה אחת יכול להיות PCB מורכב, אך כאן אנו מדברים על המורכבות של יצירת PCB. ככל שיש יותר שכבות ל- PCB כך ייצורו יקר יותר.)

רובד 2 משמש בדרך כלל למוצרי צעצוע פשוטים

מוצרים הקשורים Iot בדרך כלל יש 4 שכבות

משמש בדרך כלל לקומות 6 עד 8 של סמארטפון או שעון חכם.

3. דרישות יצרן ה- PCB שלך. הקפד לקרוא את ההנחיות לגבי קצב, גודל עקבות, בידוד כוח ושמות קבצים לפני שתתחיל בעיצוב.

מידע שאתה צריך לספק ליצרני PCB:

מספר שכבות (למשל 2, 4, 6 וכו ‘)

חומרים (FR-2 (נייר כותנה פנולי), FR-3 (נייר כותנה ואפוקסי), FR-4 (סיבי זכוכית ואפוקסי … וכו.)

עובי (0.5 מ”מ, 1.0 מ”מ … וכו.)

צבע (אדום, שחור, ירוק … וכו.)

טיפול פני השטח (ENIG (טבילה של ניקל/זהב כימי), DIG (טבילה ישירה בזהב), OSP (חומרים משמרים אורגניים להלחמה וכו ‘)

משקל הנחושת (1 גרם מיקרון), 35 גרם מיקרון, 2 מיקרון … וכו.)

תיק גרבר

תהליך עיצוב PCB:

עיצוב מעגל

עבור שלב זה, עליך ליצור את הסכימה. זהו מסמך, בדומה לתכנית, המתאר כיצד רכיבים מתייחסים זה לזה ופועלים יחד. כדי ליצור את הקובץ הסכימטי, תזדקק לכלי תוכנה. אנו אוהבים את Quadcept מכיוון שהוא מותאם במיוחד לעיצוב PCBS לייצור (לדוגמה, ניתן לייצא שטר חומרים (BoM) ישירות מהכלי) והוא מבוסס ענן, כך שניתן להשתמש בו בקלות בכל מקום. (הם מציעים גם גרסה קהילתית בחינם של הכלי ליצרנים ולסטודנטים.)

ישנן אפשרויות רבות אחרות שאתה יכול לבחור מהן:

אלטיום

ExpressPCB

מכשיר תדר

קיקד

קדנס אלגרו

מזון

תכנון בעזרת מחשב

DipTrace

לאחר התקנת הכלים שנבחרו, עליך לקבל את מפרטי הרכיבים עבור כל רכיב שנבחר. לעתים קרובות ניתן למצוא אותם באתר הספק. קובץ המודל יעזור לך לצייר את הסכימה. רכיב זה הופך להיות זמין במסד הנתונים בעת העלאת המודל לכלי התוכנה. לאחר מכן, כל שעליך לעשות הוא לעקוב אחר מדריך הנתונים ולחבר את החוט לכל סיכה ברכיב. (הערה: פרטי תהליך העיצוב יהיו תלויים בכלי התוכנה שנבחר).

על כל סמל סכמטי להיות בעל שטח PCB משויך כדי להגדיר את הממדים הפיזיים של הרכיב ואת המיקום של החורים המעוברים על כרית הלחמה או ה- PCB. היית צריך לבחור את הרכיבים (או עכשיו בוחרים אותם), ואנו מתארים תהליך זה בסרטון תהליך העיצוב של EE (ראה סרטון).

תרשים לדוגמא

סכמטי טוב הוא באמת חשוב, שכן הוא ישמש כמסמך הפניה במהלך איתור באגים והוא כלי תקשורת טוב עם מהנדסים אחרים. בנוסף, היצרן יכול לבדוק את המכשיר באמצעות נקודות הבדיקה במסמך זה.

פריסת PCB + קובץ גרבר

כדי לעצב את פריסת ה- PCB וליצור קבצי Gerber, תוכל להשתמש באותם כלי תוכנה שהזכרנו בעיצוב מעגלים. שלא כמו סכמטי, פריסת PCB מקצה את הרכיבים בפועל למיקומים מדויקים ב- PCB ומציגה את הרצועות המחברות כל רכיב יחד בין שכבות ה- PCB. כפי שצוין בתחילת מאמר זה, ככל שיותר שכבות, כך הייצור הנדרש מורכב יותר והעלות גבוהה יותר.

חלק את הלוח לחלקים הגיוניים המבוססים על פונקציות (למשל ספק כוח, פלט שמע וכו ‘). לאחר מכן, הקפד לקבץ את מרכיבי כל קטע לאותו אזור. בדרך זו תוכל לשמור על עקבות מוליכים קצרים ולהפחית רעש והפרעות.

יש לזכור גם את ממשק המשתמש (UI) בעת עיצוב PCB. יש להתאים רכיבים כגון שקעי שמע, מחברים, נוריות וכו ‘כדי להשיג את חווית המשתמש הטובה ביותר.

לאחר עיצוב הפריסה, נוצר קובץ גרבר. יצרן ה- PCBA שלך ישתמש בקובץ זה. ישנן חברות רבות המציעות שירותים אלה, ומספריית המומחים של HWTrek אנו ממליצים על Kingbrother, NexPCB ו- HQPCB.

דוגמאות לקבצי גרבר

מיקום הרכיבים על ה- PCB חשוב מאוד. חלק מהרכיבים יכולים להפריע זה לזה ולגרום להתנהגות בלתי צפויה. לדוגמה, אם יש לך שני מודולי Bluetooth ו- Wi-Fi, יש להם רוחב פס זהה של 2.4 גיגה-הרץ ויכולים להפריע זה לזה אם הם ממוקמים בצורה לא נכונה.

ייצור PCB

כאשר אתה שולח את קובץ Gerber ליצרן ה- PCB, הם יכולים להדפיס את הלוח. זה יהיה הבסיס להמשך בניית הבסיס להוספת רכיבים ל- PCB וייצור ה- PCBA (מכלול מעגלים מודפסים).

PCBS לא מורכב

PCBA (הרכבה)

הכנת חומר

בשלב זה בעיצוב ה- EE שלך, היית צריך לבחור את הרכיבים. אתה יכול לבקש מיצרן ה- PCBA להזמין עבורך את הרכיבים הנדרשים, או לעשות זאת בעצמך אם תבחר ספק. עניינים הזקוקים לתשומת לב:

זמן אספקה: מכיוון שרכיבים אלה מגיעים מספקים שונים, זכור את זמן ההובלה. לחלק מהרכיבים זה יכול לקחת עד 8-16 שבועות.

אריזה: הזמינו רכיבים מסלילים שנאספים אוטומטית על ידי מכונות SMT במקום לארוז אותם בנפרד.

כמות הזמנה מינימלית: בדוק את כמות ההזמנה המינימלית של הרכיב. אם אתה רוכש פחות מהמינימום, וודא שהרכיבים שנבחרו נמצאים במלאי. עבור קבוצות קטנות (עד 50), ניתן להזמין אונליין דרך DigiKey או Mouser. לקבלת כמויות נוספות, אנא פנה לייעוץ מהיצרן שלך.

הפסד: הזמינו 10% יותר לכיסוי אובדן (לא לרכיבים יקרים)

התקן רכיבים על הלוח המודרני

ישנן שתי דרכים עיקריות למקם רכיבים על משטח PCB:

חורי דרך (חורים דרך) הם שיטות ידניות להרכבת מכלולים עם חוטים לחורים על פני השטח של הלוח המודרני. זה ידוע גם בשם DIP או תהליך אריזה בשורה כפולה. (ראה סרטון SMT בעיצומו בסרטון זה)

SMT (טכנולוגיית הר משטח) היא השיטה הנפוצה ביותר בייצור המוני. זה נעשה על ידי מכונות SMT מהירות ומדויקות שחוסכות לך זמן, כסף ומונעים טעויות אנוש.

דברים שיש לזכור:

מספר סוג הרכיב שלך לא יעלה על מספר הגלילים שמכונת ה- SMT של היצרן יכולה לתמוך בו.

בצע אופטימיזציה ואיחוד הרכיבים שלך כך שרק SMT אחד יפעל.

בדוק את גודל המשטח הנתמך על ידי היצרן. אחרת, מכונת ה- SMT לא תתקין רכיבים כראוי.

חלק מהרכיבים הגדולים יותר אינם ניתנים להתקנה במכונה ועדיין דורשים עבודת חורים ידנית. לכן, ניתן להשתמש בשתי הטכנולוגיות על אותו לוח.

כל רכיבים שאתה צריך להוסיף ידנית באמצעות שיטת החור דרך להוסיף את עלות הייצור.

הלחמה חוזרת

הלחמה חוזרת היא תהליך של יצירת רכיבים שנדבקים ל- PCB. ה- PCBA מחמם את הלוח באמצעות תנור מחזר או מנורה אינפרא אדומה עד שההלחמה נמס, ובכך מחברת את הרכיב לצמיתות ללוח המעגלים.

החלק הכי מסובך כאן הוא לא להתחמם יתר על המידה או לפגוע ברכיבים, כי המאפיינים התרמיים של כל אריזה שונים. יצרן PCBA אמין יהיה אחראי לתהליך זה, וכל שעליך לעשות הוא לספק להם מפרטי רכיבים.

תהליך ריפלוקס.

שיטות ריתוך אחרות:

הלחמת גל משמשת בעיקר לרכיבים שנוספו באופן ידני בשיטת חור דרך. במקרה זה, ה- PCBA שלך יעבור תחילה דרך תנור ריתוך הזרם, ולאחר מכן יוסיף רכיבים אחרים באופן ידני לאחר שיעבור דרך מכונת הלחמת הגלים.

ריתוך ברזל יכול לשמש למצבים ספציפיים, אך לא לייצור המוני.

בדיקה ובדיקת איכות

בשלב זה, דגימות PCBA נבדקות על מנת להבטיח איכות. השגיאות הנפוצות הן: קצר חשמלי ברכיבים מנותקים, רכיבים לא מיושרים וחלקים מהמעגל שאסור לחבר. הבדיקות הנפוצות ביותר:

ICT (בדיקות מקוונות). בעת עיצוב PCB, נקודות בדיקה מסוימות בדרך כלל שמורות לניפוי באגים, תכנות ומטרות אחרות. מכונת התקשוב תשתמש בנקודות בדיקה אלה לבדיקות פתוחות/קצרות ותבדוק שערכי הרכיבים הפסיביים (נגדים, משרנים, קבלים) נמצאים בטווח המפרט.

AOI (בדיקה אופטית אוטומטית). היצרנים משתמשים ב”מדגם זהב “(הפניה PCBA) להשוואה לדגימות אחרות. לצורך בדיקה זו, יוצר החומרה יצטרך לספק מפרטים וסובלנות ליצרן כדי לקבוע את הפרמטרים.

צילום רנטגן. יצרן ה- PCBA ישתמש בצילומי רנטגן כדי לבדוק את תנאי הריתוך של רכיבי BGA (Ball Grid Array). צפו בבדיקת הרנטגן בסרטון זה.