From prototype circuits on bread boards to designing our own papan sirkuit dicitak (PCBS), it was like getting off the training wheels. Aya seueur anu kedah diajar ngeunaan prosés ieu, janten hayu urang ngamimitian. PCB design is carried out in an electrical engineering (EE) process. EE nyiptakeun “uteuk” kumaha alatna jalan. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Hal-hal anu kedah terang sateuacan ngamimitian desain PCB: 1. Ukuran PCB – ieu gumantung kana ukuran produk anjeun (atanapi ukuran kasus). Diménsi produk dihartikeun dina prosés desain rékayasa éléktronik. Anjeun tiasa nonton pidéo ngeunaan dieu. 2. Lapisan PCB – Beuki seueur lapisan, beuki rumit MANUFACTURE PCB. (Catetan: Komo hiji lapisan PCB tiasa janten PCB kompléks, tapi di dieu urang nyarioskeun kompleksitas ngadamel PCB. Langkung seueur lapisan PCB, langkung mahal pikeun didamel.)

Lapisan 2 biasana dianggo pikeun produk cocooan saderhana

Produk anu patali sareng Iot biasana ngagaduhan 4 lapisan

Ilaharna dianggo pikeun lantai 6 dugi ka 8 tina telepon pinter atanapi smartwatch.

3. syarat pabrik PCB anjeun. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Inpormasi anu anjeun kedah pasihkeun ka pabrik PCB:

Jumlah lapisan (mis. 2, 4, 6, jsb)

Bahan (FR-2 (kertas katun fenolik), FR-3 (kertas katun sareng epoksi), FR-4 (serat gelas sareng epoksi … Jsb)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… Jsb)

Color (red, black, green… Jsb)

Perawatan permukaan (ENIG (nikel kimia / perendaman emas), DIG (perendaman emas langsung), OSP (pengawet solderable organik, sareng sajabana)

Beurat tambaga (1 oz (35 mikron), 2 oz (70 mikron), 0.5 oz (18 mikron)… Jsb)

File Gerber

Prosés desain PCB:

Desain sirkuit

For this step, you need to create the schematic. Ieu mangrupikeun dokumén, sapertos blueprint, anu ngajelaskeun kumaha komponénna saling pakait sareng tiasa dianggo sasarengan. Pikeun nyiptakeun file skéma, anjeun peryogi alat parangkat lunak. Kami resep Quadcept sabab éta dioptimalkeun pikeun ngarancang PCBS pikeun manufaktur (contona, anjeun tiasa ngekspor Bill of Material (BoM) langsung tina alat) sareng basis awan, janten tiasa gampang dianggo dimana waé. (Aranjeunna ogé nawiskeun versi komunitas gratis alat pikeun pabrik sareng murid.)

Aya seueur pilihan sanés anu tiasa anjeun pilih:

Altium

ExpressPCB

Alat frékuénsi

KiCad

Cadence allegro

samak

Computer aided 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. File modél bakal ngabantosan anjeun ngagambar skéma. Komponén ieu sayogi dina database nalika anjeun unggah modél kana pakakas parangkat lunak. Teras, anu kedah anjeun lakukeun nyaéta nuturkeun manual data sareng sambungkeun kawat kana unggal pin dina komponénna. (Catetan: detil prosés desain bakal gumantung kana alat parangkat lunak anu dipilih).

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).

Diagram conto

Skéma anu saé penting pisan, sabab éta bakal dianggo salaku dokumén rujukan nalika debugging sareng mangrupikeun alat komunikasi anu saé sareng insinyur anu sanés. Salaku tambahan, pabrikan tiasa nguji alat liwat titik uji dina dokumén ieu.

Tata perenah PCB + file Gerber

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Beda sareng skéma, tata perenah PCB masihan komponén anu leres kana lokasi anu tepat dina PCB sareng nunjukkeun lagu anu ngahubungkeun unggal komponén sasarengan antara lapisan PCB. Sakumaha didadarkeun di awal tulisan ieu, beuki seueur lapisan, beuki rumit pembuatanna diperyogikeun, sareng langkung ageung biayana.

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. Ku cara kieu, anjeun tiasa ngajaga tilas konduktif pondok sareng ngirangan noise sareng gangguan.

Antarbeungeut pangguna (UI) ogé kedah diémut nalika ngararancang PCB. Komponén sapertos jack audio, konektor, leds, sareng anu sanésna kedah diluyukeun pikeun ngahontal pangalaman pangguna anu pangsaéna.

Sakali tata perenahna dirancang, file Gerber dihasilkeun. Pabrikan PCBA anjeun bakal nganggo file ieu. Aya seueur perusahaan anu nawiskeun jasa ieu, sareng ti perpustakaan ahli HWTrek urang nyarankeun Kingbrother, NexPCB, sareng HQPCB.

Sampel file Gerber

Panempatan komponén dina PCB penting pisan. Sababaraha komponén tiasa silih ganggu sareng nyababkeun tingkah laku teu kaduga. Salaku conto, upami anjeun ngagaduhan modul Bluetooth sareng Wi-Fi, éta ngagaduhan bandwidth anu sami sareng 2.4ghz sareng tiasa saling ngaganggu upami salah disimpen.

PCB production

Nalika anjeun ngirim file Gerber ka pabrik PCB, aranjeunna tiasa nyetak papan. Ieu bakal janten dasar pikeun langkung ngawangun yayasan pikeun nambihan komponén kana PCB sareng ngadamel PCBA (dicetak dewan sirkuit).

PCBS anu teu dipasang

PCBA (Assembly)

Nyiapkeun bahan

Dina titik ieu dina desain EE anjeun, anjeun kedahna milih komponénna. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Hal-hal anu peryogi perhatian:

Lead time: As these components come from different suppliers, keep the lead time in mind. Kanggo sababaraha komponén, tiasa dugi ka 8-16 minggu.

Pakét: Pesen komponén tina gulungan anu sacara otomatis dijemput ku mesin SMT tibatan dibungkus ku masing-masing.

Kuantitas urutan minimum: Pariksa jumlah urutan minimum komponénna. Upami anjeun mésér kirang ti minimum, pastikeun komponén anu dipilih aya dina saham. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Kanggo jumlah anu langkung seueur, punten milari naséhat ti pabrik anjeun.

Karugian: Pesen 10% deui pikeun nutupan rugi (sanés kanggo komponén anu mahal)

Pasang komponén dina PCB

Aya dua cara utama pikeun nempatkeun komponén dina permukaan PCB:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Ogé kawanoh salaku DIP atanapi prosés bungkusan dual-line. (Tingali SMT dina prosés dina pidéo ieu)

SMT (permukaan téknologi permukaan) mangrupikeun metoda anu paling seueur dianggo dina produksi masal. Hal éta dilakukeun ku mesin SMT gancang, akurat anu ngahémat waktos, artos sareng ngahindaran kasalahan manusa.

Hal pikeun nginget:

Jumlah tipe komponén anjeun henteu kedah ngaleuwihan jumlah gulungan anu tiasa didukung ku mesin SMT pabrikan.

Optimalkeun sareng konsolidasi komponén anjeun sahingga ngan ukur hiji SMT anu ngajalankeun.

Pariksa pabrikan anu didukung ukuran pad tapak suku. Upami teu kitu, mesin SMT moal masang komponén leres.

Sababaraha komponén anu langkung ageung henteu tiasa dipasang ku mesin sareng masih meryogikeun padamelan liwat-liang. Ku alatan éta, duanana téknologi tiasa dianggo dina papan anu sami.

Sagala komponen anu anjeun peryogikeun pikeun sacara manual ditambihan ngalangkungan metode through-hole nambihan biaya produksi.

Solder ulang

Reflow soldering nyaéta prosés ngadamel komponén “nempel” kana PCB. PCBA manaskeun papan sirkuit ngalangkungan tungku reflow atanapi lampu infra red dugi solderna lebur, sahingga sacara permanen nempelkeun komponén kana circuit board.

Bagian anu paling hésé di dieu nyaéta ulah panas teuing atanapi ngaruksak komponénna, sabab ciri termal unggal pakétna bénten. Pabrikan PCBA anu terpercaya bakal tanggel waler pikeun prosés ieu, sareng anu kedah anjeun lakukeun nyaéta nyayogikeun aranjeunna spésifikasi komponén.

Prosés réfluks.

Métode las anu sanés:

Soldering gelombang biasana dianggo pikeun komponén anu ditambih ku cara manual ku metodeu through-hole. Dina hal ieu, PCBA anjeun mimitina bakal ngalangkungan tungku las réflow, teras sacara manual nambihan komponén sanés saatos éta ngalangkungan mesin solder gelombang.

Las beusi tiasa dianggo pikeun kaayaan anu khusus, tapi henteu pikeun produksi masal.

Nguji sareng pamariksaan kualitas

Dina léngkah ieu, sampel PCBA diuji pikeun mastikeun kualitas. Kasalahan umum nyaéta: sirkuit pondok dina komponén anu sambung, komponén anu teu leres sareng bagian tina sirkuit anu henteu kedah disambungkeun. Tés anu paling umum:

TIK (Tés Online). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. Mesin TIK bakal nganggo titik uji ieu pikeun uji kabuka / sirkuit pondok sareng parios yén nilai komponén pasip (résistor, induktor, kapasitor) aya dina kisaran spésifikasi.

AOI (Pamariksaan optik otomatis). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Pikeun tés ieu, panyipta perangkat keras kedah nyayogikeun spésifikasi sareng toleransi ka pabrikan pikeun nyetél parameter na.

Sinar X. Pabrikan PCBA bakal nganggo sinar-X pikeun mariksa kaayaan las komponén BGA (ball Grid Array). Tonton tés sinar-X dina video ieu.