No prototipu shēmām uz maizes dēļiem līdz mūsu pašu projektēšanai drukātās shēmas plate (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 rada ierīču darbības “smadzenes”. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Pirms PCB dizaina uzsākšanas jāzina: 1. PCB izmērs – tas ir atkarīgs no jūsu izstrādājuma izmēra (vai korpusa izmēra). Produkta izmēri tiek noteikti elektroniskās inženierijas projektēšanas procesā. You can watch a video about it here. 2. PCB slāņi – jo vairāk slāņu, jo sarežģītāka ir PCB RAŽOŠANA. (Piezīme. Pat viena slāņa PCB var būt sarežģīts PCB, bet šeit mēs runājam par PCB izgatavošanas sarežģītību. Jo vairāk slāņu ir PCB, jo dārgāk to ražot.)

2. slāni parasti izmanto vienkāršiem rotaļlietu izstrādājumiem

Ar Iot saistītiem produktiem parasti ir 4 slāņi

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.

Informācija, kas jums jāsniedz PCB ražotājiem:

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

Materiāli (FR-2 (fenola kokvilnas papīrs), FR-3 (kokvilnas papīrs un epoksīds), FR-4 (stikla šķiedra un epoksīds … uc)

Biezums (0.5 mm, 1.0 mm… uc)

Color (red, black, green… uc)

Virsmas apstrāde (ENIG (ķīmiska niķeļa/zelta iegremdēšana), DIG (tieša zelta iegremdēšana), OSP (lodējami organiskie konservanti utt.)

Vara svars (1 oz (35 mikroni), 2 unces (70 mikroni), 0.5 unces (18 mikroni)… uc)

Gerbera fails

PCB projektēšanas process:

Ķēdes dizains

For this step, you need to create the schematic. Šis ir dokuments, piemēram, projekts, kurā aprakstīts, kā komponenti ir savstarpēji saistīti un darbojas kopā. Lai izveidotu shematisku failu, jums būs nepieciešams programmatūras rīks. Mums patīk Quadcept, jo tas ir optimizēts PCBS projektēšanai ražošanai (piemēram, jūs varat eksportēt materiālu sarakstu (BoM) tieši no rīka), un tas ir balstīts uz mākoņiem, tāpēc to var viegli izmantot jebkurā vietā. (Ražotājiem un studentiem viņi piedāvā arī bezmaksas rīka kopienas versiju.)

Ir daudz citu iespēju, no kurām varat izvēlēties:

Altium

ExpressPCB

Frekvences ierīce

KiCad

Cadence allegro

Pārtika

Ar datora palīdzību apstrādāts dizains

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. Modeļa fails palīdzēs uzzīmēt shēmu. Šis komponents kļūst pieejams datu bāzē, augšupielādējot modeli programmatūras rīkā. Pēc tam viss, kas jums jādara, ir sekot datu rokasgrāmatai un savienot vadu ar katru komponenta tapu. (Piezīme: projektēšanas procesa detaļas būs atkarīgas no izvēlētā programmatūras rīka).

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. Jums vajadzēja atlasīt komponentus (vai tagad tos atlasāt), un mēs aprakstām šo procesu EE projektēšanas procesa video (skat. Video).

Diagrammas piemērs

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. Turklāt ražotājs var pārbaudīt ierīci, izmantojot šī dokumenta pārbaudes punktus.

PCB izkārtojums + Gerber fails

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Atšķirībā no shēmas, PCB izkārtojums piešķir faktiskos komponentus precīzām vietām uz PCB un parāda celiņus, kas savieno katru komponentu kopā starp PCB slāņiem. Kā minēts šī raksta sākumā, jo vairāk slāņu, jo sarežģītāka ražošana un augstākas izmaksas.

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. Tādā veidā jūs varat saglabāt īsu vadītspēju un samazināt troksni un traucējumus.

Izstrādājot PCB, ir jāņem vērā arī lietotāja saskarne (UI). Lai nodrošinātu vislabāko lietotāja pieredzi, ir jāpielāgo tādi komponenti kā audio ligzdas, savienotāji, gaismas diodes utt.

Kad izkārtojums ir izstrādāts, tiek ģenerēts Gerber fails. Jūsu PCBA ražotājs izmantos šo failu. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Komponentu izvietojums uz PCB ir ļoti svarīgs. Dažas sastāvdaļas var traucēt viena otrai un izraisīt neparedzētu uzvedību. Piemēram, ja jums ir gan Bluetooth, gan Wi-Fi moduļi, tiem ir vienāds 2.4 GHz joslas platums, un tie var traucēt viens otru, ja tie ir nepareizi novietoti.

PCB production

Nosūtot Gerber failu PCB ražotājam, viņš var izdrukāt tāfelīti. Tas būs pamats, lai turpmāk veidotu pamatu komponentu pievienošanai PCB un PCBA (iespiedshēmas plates montāža) ražošanai.

Nesamontēti PCBS

PCBA (Assembly)

Materiālu sagatavošana

Šajā EE dizaina posmā jums vajadzēja izvēlēties komponentus. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Jautājumi, kuriem jāpievērš uzmanība:

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.

Minimālais pasūtījuma daudzums: pārbaudiet komponenta minimālo pasūtījuma daudzumu. Ja pērkat mazāk par minimālo, pārliecinieties, vai izvēlētās sastāvdaļas ir noliktavā. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Lai iegūtu vairāk daudzumu, lūdzu, konsultējieties ar ražotāju.

Zaudējumi: pasūtiet par 10% vairāk, lai segtu zaudējumus (nevis dārgām sastāvdaļām)

Instalējiet komponentus uz PCB

Ir divi galvenie veidi, kā novietot komponentus uz PCB virsmas:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Tas ir arī plaši pazīstams kā DIP vai divkāršs iesaiņošanas process. (Šajā videoklipā skatiet notiekošo SMT)

SMT (virsmas montāžas tehnoloģija) ir visplašāk izmantotā metode masveida ražošanā. To veic ātras, precīzas SMT mašīnas, kas ietaupa jūsu laiku, naudu un izvairās no cilvēku kļūdām.

Lietas, kas jāatceras:

Jūsu detaļas tipa numurs nedrīkst pārsniegt ruļļu skaitu, ko ražotāja SMT mašīna var atbalstīt.

Optimizējiet un konsolidējiet komponentus, lai darbotos tikai viens SMT.

Pārbaudiet ražotāja atbalstītos nospiedumu paliktņu izmērus. Pretējā gadījumā SMT iekārta nepareizi instalēs komponentus.

Dažas lielākas detaļas nevar uzstādīt ar mašīnu, un tām joprojām ir jāveic manuāls caurums. Tāpēc abas tehnoloģijas var izmantot vienā panelī.

Visas sastāvdaļas, kas jums manuāli jāpievieno, izmantojot cauruma metodi, palielina ražošanas izmaksas.

Reflow lodēšana

Pārplūdes lodēšana ir process, kurā sastāvdaļas tiek “pielīmētas” pie PCB. PCBA silda shēmas plati caur atkārtotas izplūdes krāsni vai infrasarkano staru lampu, līdz lodējums izkūst, tādējādi pastāvīgi piestiprinot komponentu pie shēmas plates.

Sarežģītākā daļa ir nepārkarst vai nesabojāt komponentus, jo katra iepakojuma termiskās īpašības ir atšķirīgas. Uzticams PCBA ražotājs būs atbildīgs par šo procesu, un viss, kas jums jādara, ir jāsniedz viņiem komponentu specifikācijas.

Atteces process.

Citas metināšanas metodes:

Viļņu lodēšanu galvenokārt izmanto manuāli pievienotām sastāvdaļām, izmantojot cauruma metodi. Šajā gadījumā jūsu PCBA vispirms iziet caur atkārtotas metināšanas krāsni un pēc tam manuāli pievieno citas sastāvdaļas pēc tam, kad tā iziet cauri viļņu lodēšanas mašīnai.

Dzelzs metināšanu var izmantot īpašās situācijās, bet ne masveida ražošanai.

Pārbaude un kvalitātes pārbaude

Šajā posmā tiek pārbaudīti PCBA paraugi, lai nodrošinātu kvalitāti. Bieži sastopamās kļūdas ir: īssavienojumi atvienotajos komponentos, nepareizi novietotās sastāvdaļas un ķēdes daļas, kuras nevajadzētu savienot. Visizplatītākās pārbaudes:

IKT (tiešsaistes pārbaude). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. IKT iekārta izmantos šos pārbaudes punktus atvērtas/īssavienojuma testēšanai un pārbaudīs, vai pasīvo komponentu (rezistori, induktori, kondensatori) vērtības ir specifikācijas diapazonā.

AOI (automātiska optiskā pārbaude). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Lai veiktu šo pārbaudi, aparatūras radītājam būs jāsniedz ražotājam specifikācijas un pielaides parametru iestatīšanai.

Rentgens. PCBA ražotājs izmantos rentgena starus, lai pārbaudītu BGA (lodīšu režģa) komponentu metināšanas apstākļus. Noskatieties rentgena testu šajā video.