Од прототипних кола на плочама за хлеб до дизајнирања сопствених штампаних плоча (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. Пројектовање ПЦБ -а се врши у процесу електротехнике (ЕЕ). ЕЕ ствара „мозак“ начина на који уређаји раде. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Ствари које треба знати пре него што започнете дизајн ПЦБ -а: 1. Величина ПЦБ -а – то зависи од величине вашег производа (или величине кућишта). Димензије производа се дефинишу током процеса пројектовања електронског инжењеринга. Видео запис о томе можете погледати овде. 2. Слојеви ПЦБ -а – Што је више слојева, то је сложенија ПРОИЗВОДЊА ПЦБ -а. (Напомена: Чак и једнослојна ПЦБ плоча може бити сложена ПЦБ, али овде говоримо о сложености израде ПЦБ-а. Што више слојева има ПЦБ, скупља је производња.)

Слој 2 се обично користи за једноставне играчке

Сродни производи обично имају 4 слоја

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

3. Захтеви произвођача ПЦБ -а. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Информације које треба да дате произвођачима штампаних плоча:

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

Материјали (ФР-2 (фенолни памучни папир), ФР-3 (памучни папир и епоксид), ФР-4 (стаклена влакна и епоксид … Etc.)

Дебљина (0.5 мм, 1.0 мм… Etc.)

Color (red, black, green… Etc.)

Површинска обрада (ЕНИГ (потапање у хемијски никал/злато), ДИГ (директно потапање у злато), ОСП (органски конзерванси за лемљење итд.)

Тежина бакра (1 оз (35 микрона), 2 оз (70 микрона), 0.5 оз (18 микрона)… Etc.)

Гербер датотека

Процес пројектовања ПЦБ -а:

Дизајн кола

For this step, you need to create the schematic. Ово је документ, попут плана, који описује како се компоненте међусобно повезују и раде заједно. Да бисте креирали датотеку са шемом, биће вам потребан софтверски алат. Свиђа нам се Куадцепт јер је оптимизован за пројектовање ПЦБС-а за производњу (на пример, можете извести Билл оф Материал (БоМ) директно из алата) и заснован је на облаку, тако да се може лако користити било где. (Они такође нуде бесплатну верзију алата у заједници за произвођаче и студенте.)

Постоји много других опција које можете изабрати:

Алтиум

ЕкпрессПЦБ

Фреквенцијски уређај

КиЦад

Цаденце аллегро

Храна

Дизајн помоћу рачунара

ДипТраце

Након што инсталирате одабране алате, морате добити спецификације компоненти за сваку одабрану компоненту. They can often be found on the supplier’s website. Датотека модела ће вам помоћи да нацртате шему. Ова компонента постаје доступна у бази података када поставите модел на софтверски алат. Затим, све што требате учинити је слиједити приручник са подацима и спојити жицу на сваки пин у компоненти. (Напомена: детаљи процеса пројектовања зависе од изабраног софтверског алата).

Сваки шематски симбол мора имати придружено подручје простора за ПЦБ да би се дефинисале физичке димензије компоненте и локација пролазних рупа на плочи за лемљење или ПЦБ -у. Требали сте одабрати компоненте (или их сада бирате), а ми смо описали овај процес у видеу ЕЕ Десигн Процесс (погледајте видео).

Пример дијаграма

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. Осим тога, произвођач може да тестира уређај кроз испитне тачке у овом документу.

Распоред ПЦБ -а + Гербер датотека

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. За разлику од шеме, распоред ПЦБ -а додељује стварне компоненте тачним локацијама на ПЦБ -у и приказује нумере које повезују сваку компоненту заједно између слојева ПЦБ -а. Као што је споменуто на почетку овог чланка, што је више слојева, то је сложенија производња потребна и већи су трошкови.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). Затим, обавезно групишите компоненте сваког одељка у исто подручје. На овај начин можете задржати проводљиви траг кратким и смањити буку и сметње.

Кориснички интерфејс (УИ) такође треба имати на уму при дизајнирању ПЦБ -а. Компоненте као што су аудио прикључци, конектори, ЛЕД диоде итд. Морају се прилагодити како би се постигло најбоље корисничко искуство.

Након што је дизајн дизајниран, генерише се Гербер датотека. Ваш произвођач ПЦБА ће користити ову датотеку. Многе компаније нуде ове услуге, а из ХВТрекове стручне библиотеке препоручујемо Кингбротхер, НекПЦБ и ХКПЦБ.

Sample Gerber files

Постављање компоненти на ПЦБ је веома важно. Неке компоненте могу ометати једна другу и изазвати неочекивано понашање. На пример, ако имате и Блуетоотх и Ви-Фи модуле, они имају исти пропусни опсег од 2.4 ГХз и могу ометати један другог ако су неправилно постављени.

Производња ПЦБ -а

Када пошаљете Гербер датотеку произвођачу штампане плоче, они могу одштампати плочу. Ово ће бити основа за даљу изградњу темеља за додавање компоненти на ПЦБ и производњу ПЦБА (склоп штампане плоче).

Нерасклопљени ПЦБС

ПЦБА (склоп)

Припрема материјала

У овом тренутку у дизајну ЕЕ -а требали сте одабрати компоненте. Можете затражити од произвођача ПЦБА да вам наручи потребне компоненте или то учините сами ако изаберете добављача. Питања којима је потребна пажња:

Време испоруке: Пошто ове компоненте долазе од различитих добављача, имајте на уму време испоруке. За неке компоненте може проћи и до 8-16 недеља.

Паковање: Наручите компоненте из ролни које СМТ машине аутоматски преузимају уместо појединачног паковања.

Минимална количина наруџбе: Провјерите минималну количину наруџбе компоненте. Ако купујете мање од минималног, уверите се да су изабране компоненте на лагеру. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. За додатне количине потражите савет од произвођача.

Губитак: Наручите 10% више за покриће губитка (не за скупе компоненте)

Инсталирајте компоненте на ПЦБ

Постоје два главна начина постављања компоненти на површину ПЦБ -а:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Такође је опште познат као ДИП или двоструки линијски процес паковања. (Погледајте СМТ у току у овом видеу)

СМТ (технологија површинског монтирања) је најраспрострањенија метода у масовној производњи. То раде брзе, прецизне СМТ машине које вам штеде време, новац и избегавају људске грешке.

Ствари које треба запамтити:

Број врсте компоненте не сме прелазити број колута који произвођач СМТ машина може да подржи.

Оптимизујте и консолидујте своје компоненте тако да ради само један СМТ.

Проверите величине подлога које подржава произвођач. У супротном, СМТ машина неће правилно инсталирати компоненте.

Неке веће компоненте не могу се инсталирати машински и још увек захтевају ручни рад кроз рупе. Због тога се обе технологије могу користити на истој плочи.

Све компоненте које морате ручно додати методом проврта повећавају трошкове производње.

Рефлов лемљење

Поновно лемљење је процес када се компоненте „залепе“ за ПЦБ. ПЦБА загрева плочу кроз пећ за рефлов или инфрацрвену лампу све док се лем не истопи, чиме се трајно причвршћује компонента на плочу.

Најтежи део овде није прегревање или оштећење компоненти, јер су термичке карактеристике сваког паковања различите. Поуздан произвођач ПЦБА ће бити одговоран за овај процес, а све што требате учинити је доставити им спецификације компоненти.

Процес рефлукса.

Остале методе заваривања:

Таласно лемљење се углавном користи за ручно додаване компоненте методом кроз рупу. У овом случају, ваш ПЦБА ће прво проћи кроз пећ за поновно заваривање, а затим ручно додати остале компоненте након што прође кроз машину за лемљење таласа.

Заваривање гвожђа може се користити за посебне ситуације, али не и за масовну производњу.

Тестирање и контрола квалитета

У овом кораку, узорци ПЦБА се тестирају како би се осигурао квалитет. Уобичајене грешке су: кратки спој у одспојеним компонентама, неусклађене компоненте и делови кола који не треба да буду повезани. Најчешћи тестови:

ИЦТ (тестирање на мрежи). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. ИЦТ машина ће користити ове испитне тачке за испитивање отвореног/кратког споја и провераваће да ли су вредности пасивних компоненти (отпорници, пригушнице, кондензатори) унутар опсега спецификација.

АОИ (Аутоматски оптички преглед). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. За овај тест, креатор хардвера ће морати да наведе произвођачу спецификације и толеранције за постављање параметара.

Кс -раи. Произвођач ПЦБА ће користити рендгенске зраке за проверу услова заваривања компонената БГА (кугласта мрежа). Рентгенски преглед погледајте у овом видеу.