Талхны тавцан дээрх прототип хэлхээнээс эхлээд өөрсдийнхөө загварыг гаргах хүртэл цахилгаан гүйдлийн хавтан (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. ПХБ -ийн дизайныг цахилгаан инженерчлэлийн (EE) процессоор гүйцэтгэдэг. EE нь төхөөрөмжүүдийн ажиллах “тархи” -ыг бий болгодог. 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). Бүтээгдэхүүний хэмжээсийг электрон инженерчлэлийн дизайны явцад тодорхойлдог. Та энэ тухай видеог эндээс үзэх боломжтой. 2. ПХБ -ийн давхаргууд – Илүү олон давхарга байх тусам ПХБ -ийн ҮЙЛДВЭР улам нарийн төвөгтэй болно. (Тэмдэглэл: Нэг давхар ПХБ ч гэсэн нарийн төвөгтэй ПХБ байж болох ч энд ПХБ хийх нарийн төвөгтэй байдлын тухай ярьж байна. ПХБ -ийн давхарга илүү их байх тусам үйлдвэрлэх нь илүү үнэтэй болно.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Иотой холбоотой бүтээгдэхүүнүүд ихэвчлэн 4 давхаргатай байдаг

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.

ПХБ үйлдвэрлэгчдэд өгөх шаардлагатай мэдээлэл:

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

Материал (FR-2 (фенолын хөвөн цаас), FR-3 (хөвөн цаас ба эпокси), FR-4 (шилэн эслэг ба эпокси… Etc.)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… Etc.)

Color (red, black, green… Etc.)

Гадаргуугийн боловсруулалт (ENIG (химийн никель/алтанд дүрэх), DIG (шууд алтанд дүрэх), OSP (органик гагнах боломжтой хадгалах бодис гэх мэт)

Copper weight (1 oz (35 microns), 2 oz (70 microns), 0.5 oz (18 microns)… Etc.)

Гербер файл

PCB design process:

Хэлхээний загвар

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. We like Quadcept because it is optimized for designing PCBS for manufacturing (for example, you can export a Bill of Material (BoM) directly from the tool) and is cloud-based, so it can be easily used anywhere. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

There are many other options you can choose from:

Алтиум

ExpressPCB

Давтамжийн төхөөрөмж

KiCad

Cadence allegro

дэвсгэр

Компьютерийн тусламжтай дизайн

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. Загвар файл нь схемийг зурахад тусална. 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. (Анхаарна уу: дизайны явцын нарийвчлал нь сонгосон програм хангамжийн хэрэгслээс хамаарна).

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. Нэмж дурдахад үйлдвэрлэгч нь энэхүү баримт бичгийн туршилтын цэгүүдээр дамжуулан төхөөрөмжийг туршиж үзэх боломжтой.

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. Схемээс ялгаатай нь ПХБ -ийн зохион байгуулалт нь бодит бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ПХБ -ийн тодорхой байршилд хуваарилж, бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг ПХБ -ийн давхаргын хооронд холбосон замыг харуулдаг. 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. Ийм байдлаар та дамжуулагч ул мөрийг богино байлгаж, дуу чимээ, хөндлөнгийн оролцоог багасгаж чадна.

ПХБ -ийг зохион бүтээхдээ хэрэглэгчийн интерфэйсийг (UI) бас анхаарч үзэх хэрэгтэй. Хэрэглэгчийн хамгийн сайн туршлагыг олж авахын тулд аудио залгуур, холбогч, гэрэл гэх мэт бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тохируулах шаардлагатай.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. Таны PCBA үйлдвэрлэгч энэ файлыг ашиглах болно. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

ПХБ дээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг байрлуулах нь маш чухал юм. Some components can interfere with each other and cause unexpected behavior. For example, if you have both Bluetooth and Wi-Fi modules, they have the same 2.4ghz bandwidth and can interfere with each other if incorrectly placed.

PCB production

When you send the Gerber file to the PCB manufacturer, they can print the board. Энэ нь ПХБ -д бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэмж, ПХБА (хэвлэмэл хэлхээний самбар угсрах) үйлдвэрлэх суурийг цаашид бий болгох үндэс суурь болно.

Unassembled PCBS

PCBA (Assembly)

Материал бэлтгэх

Таны EE дизайны энэ үед та бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгох ёстой. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Анхаарал хандуулах шаардлагатай асуудлууд:

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.

Minimum order quantity: Check the minimum order quantity of the component. Хэрэв та хамгийн бага хэмжээнээс доогуур үнээр худалдаж авбал сонгосон бүрэлдэхүүн хэсгүүд бэлэн байгаа эсэхийг шалгаарай. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Илүү их хэмжээгээр авахын тулд үйлдвэрлэгчээсээ зөвлөгөө аваарай.

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 (гадаргуу дээр холбох технологи) нь масс үйлдвэрлэлд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг арга юм. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

Санах зүйл:

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

Дахин гагнах нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ПХБ -д “наалдуулах” процесс юм. The PCBA heats the circuit board through a reflow furnace or an infrared lamp until the solder melts, thereby permanently attaching the component to the circuit board.

The trickiest part here is not to overheat or damage the components, because the thermal characteristics of each package are different. PCBA -ийн найдвартай үйлдвэрлэгч нь энэ үйл явцыг хариуцах бөгөөд танд хийх ёстой зүйл бол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тодорхойлолтыг өгөх явдал юм.

Рефлюкс процесс.

Other welding methods:

Wave soldering is mainly used for manually added components by the through-hole method. Энэ тохиолдолд таны PCBA эхлээд дахин урсгалын гагнуурын зуухаар ​​дамжиж, долгионы гагнуурын машинаар дамжин өнгөрсний дараа бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гараар нэмнэ.

Төмрийн гагнуурыг тодорхой нөхцөл байдалд ашиглаж болох боловч масс үйлдвэрлэлд ашиглах боломжгүй.

Туршилт, чанарын хяналт

Энэ үе шатанд PCBA дээжийг чанарын хувьд баталгаажуулахын тулд туршиж үздэг. Нийтлэг алдаанууд нь: салгагдсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн богино холболт, буруу тохируулагдсан бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон холбогдож болохгүй хэлхээний хэсгүүд. Хамгийн түгээмэл тестүүд:

ICT (Онлайн тест). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. МХХТ -ийн машин нь эдгээр туршилтын цэгүүдийг нээлттэй/богино залгааны туршилтанд ашиглах бөгөөд идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн (резистор, индуктор, конденсатор) утгууд тодорхойлолтод багтсан эсэхийг шалгана.

AOI (Автомат оптик хяналт). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Энэхүү туршилтыг хийхийн тулд тоног төхөөрөмж бүтээгч нь параметрүүдийг тохируулахын тулд үйлдвэрлэгчид тодорхойлолт, хүлцлийг өгөх шаардлагатай болно.

Рентген зураг. The PCBA manufacturer will use X-rays to check the welding conditions of the BGA (ball Grid Array) components. Энэ видеон дээрх рентген шинжилгээг үзээрэй.