Fra prototypekretser på brødbrett til design av våre egne trykte kretskort (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 utføres i en elektroteknisk (EE) prosess. EE skaper “hjernen” for hvordan enheter fungerer. 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). Produktdimensjoner defineres under den elektroniske prosjekteringsprosessen. You can watch a video about it here. 2. PCB -lag – Jo flere lag, jo mer kompleks produseres PCB. (Merk: Selv et enkeltlags PCB kan være et komplekst PCB, men her snakker vi om kompleksiteten ved å lage et PCB. Jo flere lag en PCB har, desto dyrere er den å produsere.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Iot -relaterte produkter har vanligvis 4 lag

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.

Informasjon du trenger å gi til PCB -produsenter:

Antall lag (f.eks. 2, 4, 6, etc.)

Materialer (FR-2 (fenolisk bomullspapir), FR-3 (bomullspapir og epoksy), FR-4 (glassfiber og epoksy … etc.)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… etc.)

Color (red, black, green… etc.)

Overflatebehandling (ENIG (kjemisk nikkel/gull nedsenking), DIG (direkte neddykking av gull), OSP (organiske loddbare konserveringsmidler, etc.)

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

Gerber-fil

PCB design process:

Kretsdesign

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. Vi liker Quadcept fordi det er optimalisert for å designe PCBS for produksjon (for eksempel kan du eksportere en materialregning (BoM) direkte fra verktøyet) og er skybasert, slik at det enkelt kan brukes hvor som helst. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

There are many other options you can choose from:

Altium

ExpressPCB

Frekvensanordning

KiCad

Cadence allegro

matte

Datastyrt 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. Modellfilen hjelper deg med å tegne skjemaet. 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. (Merk: detaljene i designprosessen vil avhenge av det valgte programvareverktøyet).

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. I tillegg kan produsenten teste enheten gjennom testpunktene i dette dokumentet.

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. I motsetning til en skjematisk tildeler et PCB -layout de faktiske komponentene til eksakte plasseringer på PCB og viser sporene som kobler hver komponent sammen mellom PCB -lagene. 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. På denne måten kan du holde det ledende sporet kort og redusere støy og forstyrrelser.

Brukergrensesnittet (UI) må også tas i betraktning når du designer et PCB. Komponenter som lydkontakter, kontakter, lysdioder osv. Må justeres for å oppnå den beste brukeropplevelsen.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. PCBA -produsenten vil bruke denne filen. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Plasseringen av komponenter på kretskortet er svært viktig. 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 produksjon

When you send the Gerber file to the PCB manufacturer, they can print the board. Dette vil være grunnlaget for ytterligere å bygge grunnlaget for å legge komponenter til kretskortet og produsere PCBA (kretskortmontering).

Unassembled PCBS

PCBA (Assembly)

Materiell forberedelse

På dette tidspunktet i din EE -design burde du ha valgt komponentene. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Saker som trenger oppmerksomhet:

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.

Minste bestillingsmengde: Kontroller minimum bestillingsmengde for komponenten. Hvis du kjøper mindre enn minimum, må du kontrollere at de valgte komponentene er på lager. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. For råd om flere mengder, vennligst kontakt råd fra produsenten.

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 (surface mount technology) er den mest brukte metoden i masseproduksjon. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

Ting å huske:

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. 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.

Den vanskeligste delen her er ikke å overopphetes eller skade komponentene, fordi de termiske egenskapene til hver pakke er forskjellige. En pålitelig PCBA -produsent vil være ansvarlig for denne prosessen, og alt du trenger å gjøre er å gi dem komponentspesifikasjoner.

Refluks prosess.

Other welding methods:

Wave soldering is mainly used for manually added components by the through-hole method. I dette tilfellet vil PCBA først gå gjennom reflow -sveisovnen, og deretter legge til andre komponenter manuelt etter at den vil gå gjennom bølgeloddemaskinen.

Jernsveising kan brukes i spesifikke situasjoner, men ikke til masseproduksjon.

Testing og kvalitetskontroll

I dette trinnet testes PCBA -prøver for å sikre kvalitet. Vanlige feil er: kortslutning i frakoblede komponenter, feiljusterte komponenter og deler av kretsen som ikke skal kobles til. De vanligste testene:

IKT (Online testing). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. IKT -maskinen vil bruke disse testpunktene for åpen/kortslutningstesting og kontrollere at verdiene til de passive komponentene (motstander, induktorer, kondensatorer) er innenfor spesifikasjonsområdet.

AOI (Automatisk optisk inspeksjon). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. For denne testen må maskinvareskaperen gi spesifikasjoner og toleranser til produsenten for å angi parametrene.

Røntgen. The PCBA manufacturer will use X-rays to check the welding conditions of the BGA (ball Grid Array) components. Se røntgen-testen i denne videoen.