De la prototipuri de circuite pe plăci de pâine la proiectarea noastră circuit imprimat bord (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 creează „creierul” modului în care funcționează dispozitivele. 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). Dimensiunile produsului sunt definite în timpul procesului de proiectare electronică. You can watch a video about it here. 2. Straturi PCB – Cu cât sunt mai multe straturi, cu atât este mai complexă FABRICAREA PCB-urilor. (Notă: Chiar și un PCB cu un singur strat poate fi un PCB complex, dar aici vorbim despre complexitatea realizării unui PCB. Cu cât un PCB are mai multe straturi, cu atât este mai scump să se fabrice.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Produsele asociate nu au de obicei 4 straturi

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.

Informații pe care trebuie să le furnizați producătorilor de PCB:

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

Materiale (FR-2 (hârtie fenolică de bumbac), FR-3 (hârtie de bumbac și epoxidică), FR-4 (fibră de sticlă și epoxidică … etc)

Grosime (0.5 mm, 1.0 mm … etc)

Color (red, black, green… etc)

Tratament de suprafață (ENIG (imersie chimică în nichel / aur), DIG (imersie directă în aur), OSP (conservanți organici sudabili etc.)

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

Fișier Gerber

PCB design process:

Proiectarea circuitului

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:

Altium

ExpressPCB

Dispozitiv de frecvență

KiCad

Cadence allegro

Alimente

Proiectare asistată de calculator

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. Fișierul model vă va ajuta să desenați schema. 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. (Notă: detaliile procesului de proiectare vor depinde de instrumentul software ales).

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. Ar fi trebuit să selectați componentele (sau le selectați acum) și descriem acest proces în videoclipul procesului de proiectare EE (a se vedea videoclipul).

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. În plus, producătorul poate testa dispozitivul prin punctele de testare din acest document.

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. Spre deosebire de o schemă, un aspect al PCB-ului atribuie componentele reale locațiilor exacte ale PCB-ului și arată pistele care conectează fiecare componentă între straturile PCB-ului. 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. În acest fel, puteți menține scurta urma conductivă și puteți reduce zgomotul și interferențele.

Interfața cu utilizatorul (UI) trebuie, de asemenea, să fie luată în considerare la proiectarea unui PCB. Componentele precum mufele audio, conectorii, led-urile etc. trebuie ajustate pentru a obține cea mai bună experiență a utilizatorului.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. Producătorul PCBA dvs. va utiliza acest fișier. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Amplasarea componentelor pe PCB este foarte importantă. 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.

Producția de PCB

When you send the Gerber file to the PCB manufacturer, they can print the board. Aceasta va fi baza pentru a construi în continuare fundația pentru adăugarea de componente la PCB și fabricarea PCBA (ansamblu placă de circuite imprimate).

Unassembled PCBS

PCBA (Assembly)

Pregătirea materialului

În acest moment al designului dvs. EE, ar fi trebuit să selectați componentele. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Probleme care au nevoie de atenție:

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. Dacă achiziționați mai puțin decât minimul, asigurați-vă că componentele selectate sunt în stoc. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Pentru mai multe cantități, vă rugăm să solicitați sfatul producătorului dumneavoastră.

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 (tehnologia de montare pe suprafață) este cea mai utilizată metodă în producția de masă. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

Lucruri de amintit:

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 lipire

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.

The trickiest part here is not to overheat or damage the components, because the thermal characteristics of each package are different. Un producător de încredere PCBA va fi responsabil pentru acest proces și tot ce trebuie să faceți este să le furnizați specificațiile componentelor.

Proces de reflux.

Alte metode de sudare:

Wave soldering is mainly used for manually added components by the through-hole method. In this case, your PCBA will first go through the reflow welding furnace, and then manually add other components after it will go through the wave soldering machine.

Iron welding can be used for specific situations, but not for mass production.

Testarea și inspecția calității

În acest pas, probele PCBA sunt testate pentru a asigura calitatea. Erorile frecvente sunt: ​​scurtcircuitele componentelor deconectate, componentele nealiniate și părțile circuitului care nu ar trebui conectate. Cele mai frecvente teste:

TIC (testare online). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. Mașina TIC va utiliza aceste puncte de testare pentru testarea circuitului deschis / scurtcircuit și va verifica dacă valorile componentelor pasive (rezistențe, inductoare, condensatoare) se încadrează în intervalul de specificații.

AOI (inspecție optică automată). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Pentru acest test, creatorul hardware va trebui să furnizeze producătorului specificații și toleranțe pentru a seta parametrii.

Raze X. The PCBA manufacturer will use X-rays to check the welding conditions of the BGA (ball Grid Array) components. Urmăriți testul cu raze X în acest videoclip.