బ్రెడ్ బోర్డులపై ప్రోటోటైప్ సర్క్యూట్‌ల నుండి మన స్వంతంగా డిజైన్ చేయడం వరకు ముద్రిత సర్క్యూట్ బోర్డు (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. PCB డిజైన్ ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్ (EE) ప్రక్రియలో జరుగుతుంది. పరికరాలు ఎలా పనిచేస్తాయనే “మెదడు” ని EE సృష్టిస్తుంది. 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). ఎలక్ట్రానిక్ ఇంజనీరింగ్ డిజైన్ ప్రక్రియలో ఉత్పత్తి కొలతలు నిర్వచించబడ్డాయి. మీరు దాని గురించి ఒక వీడియోను ఇక్కడ చూడవచ్చు. 2. పిసిబి పొరలు – ఎక్కువ పొరలు, పిసిబి తయారీ మరింత క్లిష్టంగా ఉంటుంది. (గమనిక: సింగిల్-లేయర్ PCB కూడా క్లిష్టమైన PCB కావచ్చు, కానీ ఇక్కడ మనం PCB తయారీ సంక్లిష్టత గురించి మాట్లాడుతున్నాము. పిసిబికి ఎక్కువ పొరలు ఉంటే, తయారీకి ఖరీదైనది.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Iot సంబంధిత ఉత్పత్తులు సాధారణంగా 4 పొరలను కలిగి ఉంటాయి

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.

PCB తయారీదారులకు మీరు అందించాల్సిన సమాచారం:

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

మెటీరియల్స్ (FR-2 (ఫినోలిక్ కాటన్ పేపర్), FR-3 (కాటన్ పేపర్ మరియు ఎపోక్సీ), FR-4 (గ్లాస్ ఫైబర్ మరియు ఎపోక్సీ … Etc.)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… Etc.)

Color (red, black, green… Etc.)

ఉపరితల చికిత్స (ENIG (రసాయన నికెల్/బంగారు ఇమ్మర్షన్), DIG (ప్రత్యక్ష బంగారు ఇమ్మర్షన్), OSP (సేంద్రీయ విక్రయించదగిన సంరక్షణకారులు, మొదలైనవి)

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

గెర్బెర్ ఫైల్

PCB design process:

సర్క్యూట్ డిజైన్

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. మేము క్వాడ్‌సెప్ట్‌ను ఇష్టపడతాము ఎందుకంటే ఇది తయారీ కోసం PCBS ని రూపొందించడానికి ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది (ఉదాహరణకు, మీరు టూల్ నుండి మెటీరియల్ బిల్ (BoM) ను నేరుగా ఎగుమతి చేయవచ్చు) మరియు క్లౌడ్ ఆధారితమైనది, కనుక దీన్ని ఎక్కడైనా సులభంగా ఉపయోగించవచ్చు. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

There are many other options you can choose from:

అల్టియం

ఎక్స్‌ప్రెస్ పిసిబి

ఫ్రీక్వెన్సీ పరికరం

కికాడ్

Cadence allegro

మత్

కంప్యూటర్ సహాయక రూపకల్పన

డిప్‌ట్రేస్

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. మోడల్ ఫైల్ మీకు స్కీమాటిక్ గీయడానికి సహాయపడుతుంది. 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. (గమనిక: డిజైన్ ప్రక్రియ వివరాలు ఎంచుకున్న సాఫ్ట్‌వేర్ టూల్‌పై ఆధారపడి ఉంటాయి).

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).

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. అదనంగా, తయారీదారు ఈ డాక్యుమెంట్‌లోని టెస్ట్ పాయింట్ల ద్వారా పరికరాన్ని పరీక్షించవచ్చు.

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. ఒక స్కీమాటిక్ కాకుండా, PCB లేఅవుట్ PCB లోని ఖచ్చితమైన స్థానాలకు వాస్తవ భాగాలను కేటాయిస్తుంది మరియు PCB పొరల మధ్య ప్రతి భాగాన్ని కలిపి ట్రాక్‌లను చూపుతుంది. 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. ఈ విధంగా, మీరు వాహక ట్రేస్‌ను తక్కువగా ఉంచవచ్చు మరియు శబ్దం మరియు జోక్యాన్ని తగ్గించవచ్చు.

PCB రూపకల్పన చేసేటప్పుడు యూజర్ ఇంటర్‌ఫేస్ (UI) కూడా గుర్తుంచుకోవాలి. ఉత్తమ వినియోగదారు అనుభవాన్ని సాధించడానికి ఆడియో జాక్స్, కనెక్టర్లు, లెడ్‌లు మొదలైన భాగాలు సర్దుబాటు చేయాలి.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. మీ PCBA తయారీదారు ఈ ఫైల్‌ని ఉపయోగిస్తాడు. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

PCB లో భాగాలను ఉంచడం చాలా ముఖ్యం. 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.

PCB production

When you send the Gerber file to the PCB manufacturer, they can print the board. PCBA కి భాగాలను జోడించడానికి మరియు PCBA (ప్రింటెడ్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ అసెంబ్లీ) తయారీకి మరింత పునాదిని నిర్మించడానికి ఇది ఆధారం అవుతుంది.

Unassembled PCBS

PCBA (Assembly)

మెటీరియల్ తయారీ

మీ EE డిజైన్‌లో ఈ సమయంలో, మీరు భాగాలను ఎంచుకోవాలి. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. శ్రద్ధ అవసరం విషయాలు:

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.

కనీస ఆర్డర్ పరిమాణం: భాగం యొక్క కనీస ఆర్డర్ పరిమాణాన్ని తనిఖీ చేయండి. మీరు కనిష్టానికి తక్కువ కొనుగోలు చేస్తే, ఎంచుకున్న భాగాలు స్టాక్‌లో ఉన్నాయని నిర్ధారించుకోండి. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. మరిన్ని పరిమాణాల కోసం, దయచేసి మీ తయారీదారు నుండి సలహాను పొందండి.

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 (ఉపరితల మౌంట్ టెక్నాలజీ) అనేది సామూహిక ఉత్పత్తిలో విస్తృతంగా ఉపయోగించే పద్ధతి. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

గుర్తుంచుకోవలసిన విషయాలు:

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.

టంకం రిఫ్లో

Reflow soldering is the process of making components “stick” to the PCB. పిసిబిఎ సర్క్యూట్ బోర్డ్‌ను రిఫ్లో ఫర్నేస్ లేదా ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లాంప్ ద్వారా టంకము కరిగిపోయే వరకు వేడి చేస్తుంది, తద్వారా కాంపోనెంట్‌ను సర్క్యూట్ బోర్డ్‌కు శాశ్వతంగా అటాచ్ చేస్తుంది.

The trickiest part here is not to overheat or damage the components, because the thermal characteristics of each package are different. విశ్వసనీయ PCBA తయారీదారు ఈ ప్రక్రియకు బాధ్యత వహిస్తారు మరియు మీరు చేయాల్సిందల్లా వారికి కాంపోనెంట్ స్పెసిఫికేషన్‌లను అందించడం.

రిఫ్లక్స్ ప్రక్రియ.

Other welding methods:

వేవ్ టంకం ప్రధానంగా త్రూ-హోల్ పద్ధతి ద్వారా మాన్యువల్‌గా జోడించిన భాగాల కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ సందర్భంలో, మీ PCBA మొదట రిఫ్లో వెల్డింగ్ కొలిమి గుండా వెళుతుంది, ఆపై వేవ్ టంకం యంత్రం ద్వారా వెళ్లిన తర్వాత ఇతర భాగాలను మాన్యువల్‌గా జోడించండి.

నిర్దిష్ట పరిస్థితులకు ఐరన్ వెల్డింగ్ ఉపయోగించవచ్చు, కానీ భారీ ఉత్పత్తికి కాదు.

పరీక్ష మరియు నాణ్యత తనిఖీ

ఈ దశలో, నాణ్యతను నిర్ధారించడానికి PCBA నమూనాలను పరీక్షిస్తారు. సాధారణ లోపాలు: డిస్కనెక్ట్ చేయబడిన భాగాలలో షార్ట్ సర్క్యూట్లు, తప్పుగా అమర్చబడిన భాగాలు మరియు కనెక్ట్ చేయకూడని సర్క్యూట్ భాగాలు. అత్యంత సాధారణ పరీక్షలు:

ICT (ఆన్‌లైన్ టెస్టింగ్). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. ICT యంత్రం ఓపెన్/షార్ట్ సర్క్యూట్ పరీక్ష కోసం ఈ టెస్ట్ పాయింట్‌లను ఉపయోగిస్తుంది మరియు నిష్క్రియాత్మక భాగాల విలువలు (రెసిస్టర్‌లు, ఇండక్టర్‌లు, కెపాసిటర్లు) స్పెసిఫికేషన్ పరిధిలో ఉన్నాయో లేదో తనిఖీ చేస్తుంది.

AOI (ఆటోమేటిక్ ఆప్టికల్ తనిఖీ). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. ఈ పరీక్ష కోసం, హార్డ్‌వేర్ సృష్టికర్త పారామితులను సెట్ చేయడానికి తయారీదారుకి స్పెసిఫికేషన్‌లు మరియు సహనాలను అందించాలి.

ఎక్స్ రే. The PCBA manufacturer will use X-rays to check the welding conditions of the BGA (ball Grid Array) components. ఈ వీడియోలో X- రే పరీక్షను చూడండి.