Nuo prototipų grandinių ant duonos lentų iki mūsų pačių projektavimo spausdintinė plokštė (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. PCB projektavimas atliekamas elektros inžinerijos (EE) procese. EE sukuria prietaisų veikimo „smegenis“. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Things to know before starting PCB design: 1. PCB size – this depends on your product size (or case size). Produkto matmenys nustatomi elektroninio inžinerinio projektavimo proceso metu. You can watch a video about it here. 2. PCB sluoksniai – kuo daugiau sluoksnių, tuo sudėtingesnė PCB GAMYBA. (Pastaba: net vieno sluoksnio PCB gali būti sudėtingas PCB, tačiau čia kalbame apie PCB gamybos sudėtingumą. Kuo daugiau PCB sluoksnių, tuo brangiau jį pagaminti.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

„Iot“ susiję produktai paprastai turi 4 sluoksnius

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.

Informacija, kurią turite pateikti PCB gamintojams:

Sluoksnių skaičius (pvz., 2, 4, 6 ir tt)

Medžiagos (FR-2 (fenolinis medvilninis popierius), FR-3 (medvilninis popierius ir epoksidas), FR-4 (stiklo pluoštas ir epoksidas) ir tt)

Storis (0.5 mm, 1.0 mm… ir tt)

Color (red, black, green… ir tt)

Paviršiaus apdorojimas (ENIG (cheminis nikelio/aukso panardinimas), DIG (tiesioginis aukso panardinimas), OSP (organiniai tirpstantys konservantai ir kt.)

Copper weight (1 oz (35 microns), 2 oz (70 microns), 0.5 oz (18 microns)… ir tt)

Gerber failas

PCB design process:

Grandinės dizainas

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. To create the schematic file, you will need a software tool. Mums patinka „Quadcept“, nes jis yra optimizuotas PCBS projektavimui gamybai (pavyzdžiui, galite eksportuoti „Bill of Material“ (BoM) tiesiai iš įrankio) ir yra debesų pagrindu, todėl jį galima lengvai naudoti bet kur. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

There are many other options you can choose from:

Altiumas

„ExpressPCB“

Dažnio įtaisas

KiCad

Cadence allegro

kilimėlis

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. Modelio failas padės nubrėžti schemą. 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. (Pastaba: projektavimo proceso detalės priklausys nuo pasirinktos programinės įrangos).

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).

Example 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. Be to, gamintojas gali išbandyti įrenginį per šio dokumento bandymo taškus.

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. Skirtingai nuo schemos, PCB išdėstymas priskiria faktinius komponentus tikslioms PCB vietoms ir rodo takelius, jungiančius kiekvieną komponentą kartu tarp PCB sluoksnių. 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. Tokiu būdu galite išlaikyti trumpą laidų pėdsaką ir sumažinti triukšmą bei trukdžius.

Kuriant PCB taip pat reikia nepamiršti vartotojo sąsajos (UI). Norint pasiekti geriausią vartotojo patirtį, reikia sureguliuoti tokius komponentus kaip garso lizdai, jungtys, šviesos diodai ir kt.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. Jūsų PCBA gamintojas naudos šį failą. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Komponentų išdėstymas ant PCB yra labai svarbus. Some components can interfere with each other and cause unexpected behavior. Pvz., Jei turite ir „Bluetooth“, ir „Wi-Fi“ modulius, jie turi tą patį 2.4 GHz dažnių juostos plotį ir gali trukdyti vienas kitam, jei jie netinkamai įdėti.

PCB production

When you send the Gerber file to the PCB manufacturer, they can print the board. Tai bus pagrindas toliau kurti pagrindą komponentams pridėti prie PCB ir gaminti PCBA (spausdintinės plokštės).

Unassembled PCBS

PCBA (Assembly)

Medžiagos paruošimas

Šiame EE dizaino etape turėtumėte pasirinkti komponentus. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Klausimai, į kuriuos reikia atkreipti dėmesį:

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.

Minimalus užsakymo kiekis: patikrinkite minimalų komponento užsakymo kiekį. Jei perkate mažiau nei minimalus kiekis, įsitikinkite, kad pasirinktų komponentų yra sandėlyje. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Dėl didesnio kiekio kreipkitės į gamintojo patarimus.

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. (See SMT in progress in this video)

SMT (paviršiaus montavimo technologija) yra plačiausiai naudojamas masinės gamybos metodas. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

Reikia prisiminti:

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.

Some larger components cannot be installed by machine and still require manual through-hole work. Therefore, both technologies can be used on the same board.

Any components you need to manually add via the through-hole method add to the manufacturing cost.

Reflow soldering

Reflow soldering is the process of making components “stick” to the PCB. PCBA šildo plokštę per pakartotinio kaitinimo krosnį arba infraraudonųjų spindulių lempą, kol lydmetalis ištirpsta, taip nuolat pritvirtindamas komponentą prie plokštės.

The trickiest part here is not to overheat or damage the components, because the thermal characteristics of each package are different. Patikimas PCBA gamintojas bus atsakingas už šį procesą, ir viskas, ką jums reikia padaryti, tai pateikti jiems komponentų specifikacijas.

Refliukso procesas.

Other welding methods:

Bangų litavimas daugiausia naudojamas rankiniu būdu pridedamiems komponentams, naudojant skylės metodą. Tokiu atveju jūsų PCBA pirmiausia pereis per suvirinimo krosnį ir rankiniu būdu pridės kitų komponentų, kai ji praeis per bangų litavimo mašiną.

Geležies suvirinimas gali būti naudojamas konkrečioms situacijoms, bet ne masinei gamybai.

Testavimas ir kokybės patikrinimas

Šiame etape PCBA mėginiai yra tikrinami siekiant užtikrinti kokybę. Dažnos klaidos yra: trumpas jungimas atjungtuose komponentuose, netinkami komponentai ir grandinės dalys, kurių nereikėtų prijungti. Dažniausi testai:

IRT (internetinis testavimas). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. IRT mašina naudos šiuos bandymo taškus atviro/trumpojo jungimo bandymams ir patikrins, ar pasyvių komponentų (rezistorių, induktorių, kondensatorių) vertės yra specifikacijų diapazone.

AOI (automatinis optinis patikrinimas). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Šiam bandymui aparatūros kūrėjas turės pateikti gamintojui specifikacijas ir leistinus nuokrypius, kad nustatytų parametrus.

Rentgeno spinduliai. The PCBA manufacturer will use X-rays to check the welding conditions of the BGA (ball Grid Array) components. Žiūrėkite rentgeno tyrimą šiame vaizdo įraše.