Från prototypkretsar på brödbrädor till att designa våra egna 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 -konstruktion utförs i en elteknisk (EE) process. EE skapar “hjärnan” för hur enheter fungerar. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Saker du bör veta innan du startar PCB -design: 1. PCB -storlek – detta beror på din produktstorlek (eller fodralstorlek). Produktdimensioner definieras under den elektroniska konstruktionsprocessen. You can watch a video about it here. 2. PCB -lager – Ju fler lager, desto mer komplex tillverkning av PCB. (Obs! Även ett enkelskiktskort kan vara ett komplext kretskort, men här pratar vi om komplexiteten i att göra ett kretskort. Ju fler lager ett kretskort har, desto dyrare är det att tillverka.)

Lager 2 används vanligtvis för enkla leksaksprodukter

Iot -relaterade produkter har vanligtvis 4 lager

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.

Information du behöver lämna till kretskortstillverkare:

Antal lager (t.ex. 2, 4, 6, etc.)

Material (FR-2 (fenolbomullspapper), FR-3 (bomullspapper och epoxi), FR-4 (glasfiber och epoxi … etc.)

Tjocklek (0.5 mm, 1.0 mm … etc.)

Color (red, black, green… etc.)

Ytbehandling (ENIG (kemisk nickel/guld nedsänkning), DIG (direkt nedsänkning av guld), OSP (organiska lödbara konserveringsmedel, etc.)

Kopparvikt (1 oz (35 mikron), 2 oz (70 mikron), 0.5 oz (18 mikron) … 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. För att skapa den schematiska filen behöver du ett mjukvaruverktyg. Vi gillar Quadcept eftersom det är optimerat för att utforma PCBS för tillverkning (till exempel kan du exportera en materialräkning (BoM) direkt från verktyget) och är molnbaserat, så det kan enkelt användas var som helst. (De erbjuder också en gratis communityversion av verktyget för tillverkare och studenter.)

Det finns många andra alternativ du kan välja mellan:

Altium

ExpressPCB

Frekvensanordning

kicad

Cadence allegro

matta

Datorstödd 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 hjälper dig att rita schemat. Denna komponent blir tillgänglig i databasen när du laddar upp modellen till mjukvaruverktyget. Allt du behöver göra är att följa datahandboken och ansluta kabeln till varje stift i komponenten. (Obs! Detaljerna i designprocessen beror på det valda mjukvaruverktyget).

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).

Exempel på 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. Dessutom kan tillverkaren testa enheten genom testpunkterna i detta dokument.

PCB -layout + Gerber -fil

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Till skillnad från en schematik tilldelar en PCB -layout de faktiska komponenterna exakta platser på kretskortet och visar spåren som förbinder varje komponent mellan kretskortsskikten. Som nämnts i början av denna artikel, ju fler lager, desto mer komplex tillverkning krävs och desto högre kostnad.

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 så sätt kan du hålla det ledande spåret kort och minska buller och störningar.

Användargränssnittet (UI) måste också komma ihåg när du designar ett kretskort. Komponenter som ljuduttag, kontakter, lysdioder etc. måste justeras för att uppnå bästa användarupplevelse.

När layouten är utformad genereras en Gerber -fil. Din PCBA -tillverkare använder den här filen. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

Placering av komponenter på kretskortet är mycket viktigt. Vissa komponenter kan störa varandra och orsaka oväntat beteende. Till exempel, om du har både Bluetooth- och Wi-Fi-moduler, har de samma 2.4 GHz bandbredd och kan störa varandra om de är felaktigt placerade.

PCB production

När du skickar Gerber -filen till kretskortstillverkaren kan de skriva ut kortet. Detta kommer att vara grunden för att ytterligare bygga grunden för att lägga till komponenter på kretskortet och tillverka PCBA (kretskort).

Omonterad PCBS

PCBA (Assembly)

Materialberedning

Vid denna tidpunkt i din EE -design borde du ha valt komponenterna. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Saker som behöver uppmärksamhet:

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.

Minsta orderkvantitet: Kontrollera komponentens minsta orderkvantitet. Om du köper mindre än minimum, se till att de valda komponenterna finns i lager. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. För mer kvantiteter, rådfråga din tillverkare.

Förlust: Beställ 10% mer för att täcka förlust (inte för dyra komponenter)

Installera komponenter på kretskortet

Det finns två huvudsakliga sätt att placera komponenter på en PCB -yta:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Det är också allmänt känt som DIP eller dubbel in-line förpackningsprocess. (Se SMT pågår i den här videon)

SMT (ytmonterad teknik) är den mest använda metoden vid massproduktion. Det görs av snabba, exakta SMT -maskiner som sparar tid, pengar och undviker mänskliga misstag.

Saker att komma ihåg:

Ditt komponenttypnummer får inte överstiga antalet rullar som tillverkarens SMT -maskin kan stödja.

Optimera och konsolidera dina komponenter så att endast en SMT körs.

Kontrollera tillverkarens stödda fotavtrycksstorlekar. I annat fall kommer inte SMT -maskinen att installera komponenter korrekt.

Vissa större komponenter kan inte installeras med maskin och kräver fortfarande manuellt genomgående hål. Därför kan båda teknikerna användas på samma kort.

Alla komponenter du behöver lägga till manuellt via genomgående hålmetod ökar tillverkningskostnaden.

Reflow lödning

Reflow -lödning är processen för att få komponenter att “klibba” på kretskortet. PCBA värmer kretskortet genom en återflödningsugn eller en infraröd lampa tills lödet smälter och fäster därigenom komponenten permanent på kretskortet.

Den svåraste delen här är att inte överhettas eller skada komponenterna, eftersom de termiska egenskaperna hos varje förpackning är olika. En pålitlig PCBA -tillverkare kommer att ansvara för denna process, och allt du behöver göra är att förse dem med specifikationer.

Återflöde.

Andra svetsmetoder:

Våglödning används huvudsakligen för manuellt tillsatta komponenter med hjälp av genomgående hålmetod. I det här fallet kommer din PCBA först att gå igenom reflow -svetsugnen och sedan lägga till andra komponenter manuellt efter att den kommer att gå igenom våglödningsmaskinen.

Järnsvetsning kan användas för specifika situationer, men inte för massproduktion.

Testning och kvalitetskontroll

I detta steg testas PCBA -prover för att säkerställa kvaliteten. Vanliga fel är: kortslutning i frånkopplade komponenter, felriktade komponenter och delar av kretsen som inte ska anslutas. De vanligaste testerna:

IKT (Onlinetestning). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. IKT -maskinen kommer att använda dessa testpunkter för öppen/kortslutningstestning och kontrollera att värdena för de passiva komponenterna (motstånd, induktorer, kondensatorer) ligger inom specifikationsområdet.

AOI (automatisk optisk inspektion). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. För detta test måste hårdvaruskaparen tillhandahålla specifikationer och toleranser för tillverkaren för att ställa in parametrarna.

Röntgen. PCBA-tillverkaren kommer att använda röntgenstrålar för att kontrollera svetsförhållandena för BGA (ball Grid Array) -komponenterna. Se röntgentestet i den här videon.