Od prototypových obvodov na doskách na chlieb až po navrhovanie vlastných vytlačená obvodová doska (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. Návrh DPS sa vykonáva v procese elektrotechniky (EE). EE vytvára „mozog“ fungovania zariadení. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Čo by ste mali vedieť pred začatím návrhu DPS: 1. Veľkosť DPS ​​- to závisí od veľkosti vášho produktu (alebo veľkosti puzdra). Rozmery produktu sú definované počas procesu návrhu elektronického inžinierstva. You can watch a video about it here. 2. Vrstvy DPS – Čím viac vrstiev, tým je VÝROBA DPS komplexnejšia. (Poznámka: Aj jednovrstvový plošný spoj môže byť komplexný, ale tu hovoríme o zložitosti výroby plošného spoja. Čím viac vrstiev má DPS, tým je výroba drahšia.)

Vrstva 2 sa zvyčajne používa pre jednoduché hračkárske výrobky

Výrobky súvisiace so sadzami majú spravidla 4 vrstvy

Typically used for floors 6 to 8 of a smartphone or smartwatch.

3. Požiadavky výrobcu vášho PCB. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Informácie, ktoré musíte poskytnúť výrobcom DPS:

Počet vrstiev (napr. 2, 4, 6 atď.)

Materiály (FR-2 (fenolický bavlnený papier), FR-3 (bavlnený papier a epoxid), FR-4 (sklenené vlákna a epoxidové… Etc.)

Hrúbka (0.5 mm, 1.0 mm… Etc.)

Farba (červená, čierna, zelená… Etc.)

Povrchová úprava (ENIG (chemický nikel/zlaté ponorenie), DIG (priame ponorenie do zlata), OSP (organické spájkovateľné konzervanty, atď.)

Hmotnosť medi (1 oz (35 mikrónov), 2 oz (70 mikrónov), 0.5 oz (18 mikrónov)… Etc.)

Spis Gerber

Proces návrhu DPS:

Návrh obvodu

For this step, you need to create the schematic. Jedná sa o dokument, ako je plán, ktorý popisuje, ako komponenty navzájom súvisia a spolupracujú. Na vytvorenie schematického súboru budete potrebovať softvérový nástroj. Máme radi Quadcept, pretože je optimalizovaný na navrhovanie PCBS na výrobu (napríklad kusovník (BoM) môžete exportovať priamo z nástroja) a je založený na cloude, takže ho možno ľahko použiť kdekoľvek. (Tiež ponúkajú bezplatnú komunitnú verziu nástroja pre výrobcov a študentov.)

Existuje mnoho ďalších možností, z ktorých si môžete vybrať:

Altium

ExpressPCB

Frekvenčné zariadenie

kicad

Cadence allegro

rohož

Počítačom podporovaný dizajn

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. Modelový súbor vám pomôže nakresliť schému. Tento komponent bude k dispozícii v databáze po nahraní modelu do softvérového nástroja. Potom sa stačí riadiť údajovým manuálom a zapojiť vodič ku každému kolíku v komponente. (Poznámka: podrobnosti o procese navrhovania budú závisieť od zvoleného softvérového nástroja).

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).

Príklad schémy

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. Okrem toho môže výrobca zariadenie testovať prostredníctvom testovacích bodov v tomto dokumente.

Rozloženie DPS + súbor Gerber

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Na rozdiel od schémy rozloženie DPS priradí skutočné súčiastky presným umiestneniam na DPS a zobrazí stopy, ktoré spájajú každý komponent medzi vrstvami DPS. Ako bolo uvedené na začiatku tohto článku, čím viac vrstiev, tým náročnejšia je výroba a vyššie náklady.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). Potom nezabudnite zoskupiť komponenty každej sekcie do tej istej oblasti. Týmto spôsobom môžete udržať vodivú stopu krátku a znížiť šum a rušenie.

Pri návrhu DPS je potrebné mať na pamäti aj používateľské rozhranie (UI). Komponenty, ako sú zvukové konektory, konektory, diódy, atď., Je potrebné upraviť, aby ste dosiahli čo najlepší zážitok z používania.

Akonáhle je rozloženie navrhnuté, vygeneruje sa súbor Gerber. Tento súbor použije váš výrobca PCBA. Existuje mnoho spoločností, ktoré ponúkajú tieto služby, a z odbornej knižnice HWTrek odporúčame Kingbrother, NexPCB a HQPCB.

Sample Gerber files

Umiestnenie komponentov na DPS je veľmi dôležité. Niektoré komponenty sa môžu navzájom rušiť a spôsobiť neočakávané správanie. Ak máte napríklad moduly Bluetooth aj Wi-Fi, majú rovnakú šírku pásma 2.4 GHz a pri nesprávnom umiestnení sa môžu navzájom rušiť.

Výroba DPS

Keď pošlete súbor Gerber výrobcovi DPS, môžu tabuľu vytlačiť. To bude základom pre ďalšie budovanie základov pre pridávanie komponentov na DPS a výrobu PCBA (zostava dosky plošných spojov).

Neskladané PCBS

PCBA (Assembly)

Príprava materiálu

V tomto bode vášho návrhu EE ste mali vybrať komponenty. Môžete požiadať výrobcu PCBA, aby vám objednal požadované komponenty, alebo to urobte sami, ak si vyberiete dodávateľa. Záležitosti vyžadujúce pozornosť:

Lead time: As these components come from different suppliers, keep the lead time in mind. U niektorých komponentov to môže trvať až 8-16 týždňov.

Balenie: Objednajte si komponenty z kotúčov, ktoré sú automaticky preberané strojmi SMT, namiesto ich jednotlivého balenia.

Minimálne objednané množstvo: Skontrolujte minimálne objednané množstvo komponentu. Ak kupujete menej ako minimum, uistite sa, že vybrané komponenty sú na sklade. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Ak potrebujete ďalšie množstvo, poraďte sa s výrobcom.

Strata: Objednajte si o 10% viac na pokrytie strát (nie pre drahé súčiastky)

Nainštalujte komponenty na DPS

Existujú dva hlavné spôsoby umiestnenia komponentov na povrch dosky plošných spojov:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Bežne je známy aj ako DIP alebo duálny in-line baliaci proces. (Pozrite sa na SMT v tomto videu)

SMT (technológia povrchovej montáže) je najrozšírenejšou metódou v hromadnej výrobe. Vykonávajú to rýchle a presné stroje SMT, ktoré vám šetria čas, peniaze a vyhýbajú sa ľudským chybám.

Čo treba pamätať:

Číslo typu vášho komponentu nesmie prekročiť počet cievok, ktoré môže podporovať stroj SMT výrobcu.

Optimalizujte a konsolidujte svoje súčasti tak, aby bežal iba jeden SMT.

Skontrolujte veľkosti podložiek, ktoré podporuje výrobca. V opačnom prípade zariadenie SMT nenainštaluje komponenty správne.

Niektoré väčšie súčiastky nie je možné nainštalovať strojovo a napriek tomu vyžadujú ručnú prácu cez otvor. Obe technológie preto môžu byť použité na tej istej doske.

Všetky komponenty, ktoré je potrebné ručne pridať pomocou metódy priechodných otvorov, sa zvyšujú k výrobným nákladom.

Spätné spájkovanie

Pretavovanie je proces, pri ktorom sa komponenty „prilepia“ na dosku plošných spojov. PCBA ohrieva dosku s plošnými spojmi prostredníctvom reflow pece alebo infračervenej žiarovky, kým sa spájka neroztopí, čím sa komponent trvale spojí s doskou s plošnými spojmi.

Najzložitejšie je neprehriať alebo nepoškodiť súčiastky, pretože tepelné vlastnosti každého obalu sú odlišné. Za tento proces bude zodpovedný spoľahlivý výrobca PCBA a všetko, čo musíte urobiť, je poskytnúť im špecifikácie komponentov.

Refluxný proces.

Ďalšie metódy zvárania:

Vlnové spájkovanie sa používa hlavne pre ručne pridávané súčiastky metódou priechodným otvorom. V tomto prípade váš PCBA najskôr prejde pecou na zváranie pretavením a potom ručne prejde ďalšími komponentmi potom, čo prejde strojom na spájkovanie vlnou.

Zváranie železa je možné použiť pre konkrétne situácie, ale nie pre sériovú výrobu.

Testovanie a kontrola kvality

V tomto kroku sa testujú vzorky PCBA, aby sa zaistila kvalita. Bežné chyby sú: skraty v odpojených komponentoch, nesprávne zarovnané komponenty a časti obvodu, ktoré by nemali byť zapojené. Najbežnejšie testy:

IKT (online testovanie). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. Zariadenie ICT použije tieto testovacie body na testovanie otvoreného/skratu a skontroluje, či sú hodnoty pasívnych komponentov (odpory, induktory, kondenzátory) v rozsahu špecifikácie.

AOI (automatická optická kontrola). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Pri tomto teste bude musieť tvorca hardvéru poskytnúť výrobcovi špecifikácie a tolerancie na nastavenie parametrov.

Röntgen. Výrobca PCBA použije röntgenové lúče na kontrolu podmienok zvárania komponentov BGA (Ball Grid Array). Pozrite sa na röntgenový test v tomto videu.