Mula sa mga prototype na circuit sa mga board ng tinapay hanggang sa pagdidisenyo ng aming sarili printed circuit board (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. Isinasagawa ang disenyo ng PCB sa isang proseso ng electrical engineering (EE). Lumilikha ang EE ng “utak” kung paano gumagana ang mga aparato. Nang walang electronics, naiwan ka ng kaunti pa sa isang tumpok ng metal at plastik.

Mga bagay na dapat malaman bago simulan ang disenyo ng PCB: 1. Laki ng PCB – depende ito sa laki ng iyong produkto (o laki ng kaso). Ang mga sukat ng produkto ay tinukoy sa panahon ng proseso ng disenyo ng electronic engineering. You can watch a video about it here. 2. Mga layer ng PCB – Ang mas maraming mga layer, mas kumplikado ang MANUFACTURE ng PCB. (Tandaan: Kahit na ang isang solong-layer PCB ay maaaring maging isang kumplikadong PCB, ngunit dito pinag-uusapan natin ang tungkol sa pagiging kumplikado ng paggawa ng isang PCB. Ang mas maraming mga layer ng isang PCB, mas mahal ang paggawa.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

Ang mga produktong kaugnay sa Iot ay karaniwang may 4 na mga layer

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.

Ang impormasyong kailangan mong ibigay sa mga tagagawa ng PCB:

Bilang ng mga layer (hal. 2, 4, 6, atbp.)

Mga Materyales (FR-2 (phenolic cotton paper), FR-3 (cotton paper at epoxy), FR-4 (glass fiber at epoxy… at iba pa)

Thickness (0.5 mm, 1.0 mm… at iba pa)

Color (red, black, green… at iba pa)

Paggamot sa ibabaw (ENIG (kemikal na nikelado / gintong pagsasawsaw), DIG (direktang paglulubog ng ginto), OSP (mga organikong solderable na preservatives, atbp.)

Timbang ng tanso (1 ans (35 microns), 2 ans (70 microns), 0.5 oz (18 microns)… at iba pa)

Gerber file

PCB design process:

Disenyo ng circuit

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. Upang likhain ang eskematiko na file, kakailanganin mo ng isang tool ng software. Gusto namin ng Quadcept dahil na-optimize ito para sa pagdidisenyo ng PCBS para sa pagmamanupaktura (halimbawa, maaari kang mag-export ng isang Bill of Material (BoM) nang direkta mula sa tool) at cloud-based, kaya’t madali itong magamit saanman. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

Maraming iba pang mga pagpipilian na maaari kang pumili mula sa:

Altium

ExpressPCB

Aparato ng dalas

KiCad

Cadence allegro

Pagkain

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. Tutulungan ka ng modelo ng file na iguhit ang eskematiko. Magagamit ang sangkap na ito sa database kapag na-upload mo ang modelo sa tool ng software. Then, all you have to do is follow the data manual and connect the wire to each pin in the component. (Tandaan: ang mga detalye ng proseso ng disenyo ay depende sa napiling tool ng software).

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).

Halimbawa ng 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. Bilang karagdagan, maaaring subukan ng tagagawa ang aparato sa pamamagitan ng mga puntos ng pagsubok sa dokumentong ito.

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. Hindi tulad ng isang eskematiko, ang isang layout ng PCB ay nagtatalaga ng mga aktwal na sangkap sa eksaktong lokasyon sa PCB at ipinapakita ang mga track na kumokonekta sa bawat bahagi nang magkasama sa pagitan ng mga layer ng PCB. Tulad ng nabanggit sa simula ng artikulong ito, mas maraming mga layer, mas kumplikado ang kinakailangan sa pagmamanupaktura, at mas mataas ang gastos.

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. Sa ganitong paraan, mapapanatili mong maiksi ang conductive trace at mabawasan ang ingay at panghihimasok.

Ang interface ng gumagamit (UI) ay kailangan ding isaisip kapag nagdidisenyo ng isang PCB. Ang mga bahagi tulad ng audio jacks, konektor, leds, atbp. Ay kailangang ayusin upang makamit ang pinakamahusay na karanasan ng gumagamit.

Kapag dinisenyo ang layout, nabuo ang isang Gerber file. Gagamitin ng iyong tagagawa ng PCBA ang file na ito. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Mga sample na file ng Gerber

Napakahalaga ng paglalagay ng mga bahagi sa PCB. Ang ilang mga sangkap ay maaaring makagambala sa bawat isa at maging sanhi ng hindi inaasahang pag-uugali. Halimbawa, kung mayroon kang parehong mga module ng Bluetooth at Wi-Fi, mayroon silang parehong 2.4ghz bandwidth at maaaring makagambala sa bawat isa kung maling inilagay.

PCB production

Kapag ipinadala mo ang Gerber file sa tagagawa ng PCB, maaari nilang mai-print ang board. Ito ang magiging batayan upang higit na maitayo ang pundasyon para sa pagdaragdag ng mga sangkap sa PCB at paggawa ng PCBA (naka-print na pagpupulong ng circuit board).

Hindi naka-assemble na PCBS

PCBA (Assembly)

Paghahanda ng materyal

Sa puntong ito sa iyong disenyo ng EE, dapat ay pinili mo ang mga sangkap. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. Mga bagay na nangangailangan ng atensyon:

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.

Minimum na dami ng order: Suriin ang minimum na dami ng order ng bahagi. Kung bibili ka ng mas mababa sa minimum, tiyakin na ang mga napiling sangkap ay nasa stock. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Para sa higit pang dami, mangyaring humingi ng payo mula sa iyong tagagawa.

Loss: Order 10% more to cover loss (not for expensive components)

Install components on the PCB

Mayroong dalawang pangunahing paraan upang ilagay ang mga bahagi sa isang ibabaw ng PCB:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Ito ay karaniwang kilala rin bilang DIP o dalawahang in-line na proseso ng pagbabalot. (Tingnan ang SMT na isinasagawa sa video na ito)

Ang SMT (pang-ibabaw na teknolohiya ng mount) ay ang pinaka malawak na ginagamit na pamamaraan sa paggawa ng masa. Ginagawa ito ng mabilis, tumpak na mga SMT machine na makatipid sa iyo ng oras, pera at maiwasan ang pagkakamali ng tao.

Bagay na dapat alalahanin:

Ang numero ng uri ng iyong bahagi ay hindi dapat lumagpas sa bilang ng mga rolyo na maaaring suportahan ng SMT machine ng gumawa.

I-optimize at pagsamahin ang iyong mga bahagi upang ang isang SMT lamang ang tumatakbo.

Suriin ang mga sinusuportahang tagagawa ng mga sukat ng footprint pad. Kung hindi man, ang SMT machine ay hindi mai-install nang tama ang mga bahagi.

Ang ilang mga malalaking bahagi ay hindi mai-install ng makina at nangangailangan pa rin ng manu-manong through-hole na trabaho. Samakatuwid, ang parehong mga teknolohiya ay maaaring magamit sa parehong board.

Anumang mga bahagi na kailangan mong manu-manong idagdag sa pamamagitan ng through-hole na paraan na idagdag sa gastos sa pagmamanupaktura.

Reflow soldering

Ang Reflow soldering ay ang proseso ng paggawa ng mga sangkap na “stick” sa PCB. Ininit ng PCBA ang circuit board sa pamamagitan ng isang refow furnace o isang infrared lamp hanggang sa natunaw ang solder, sa gayon permanenteng ikinakabit ang sangkap sa circuit board.

Ang pinaka-mahirap na bahagi dito ay hindi upang mag-init ng labis o mapinsala ang mga bahagi, dahil ang mga thermal na katangian ng bawat pakete ay magkakaiba. Ang isang maaasahang tagagawa ng PCBA ay mananagot para sa prosesong ito, at ang kailangan mo lang gawin ay bigyan sila ng mga pagtutukoy ng sangkap.

Proseso ng reflux.

Iba pang mga pamamaraan ng hinang:

Ang paghihinang ng alon ay pangunahing ginagamit para sa manu-manong idinagdag na mga sangkap ng pamamaraang pamamagitan ng butas. Sa kasong ito, dadaan muna ang iyong PCBA sa reflow welding furnace, at pagkatapos ay manu-manong magdagdag ng iba pang mga bahagi pagkatapos nitong dumaan sa wave soldering machine.

Maaaring magamit ang iron welding para sa mga tiyak na sitwasyon, ngunit hindi para sa mass production.

Pagsubok at pagsusuri sa kalidad

Sa hakbang na ito, ang mga sample ng PCBA ay nasubok upang matiyak ang kalidad. Ang mga karaniwang pagkakamali ay: mga maikling circuit sa mga hindi nakakonektang sangkap, hindi magkakaugnay na mga bahagi at mga bahagi ng circuit na hindi dapat na konektado. Ang pinaka-karaniwang mga pagsubok:

ICT (Online na pagsubok). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. Gagamitin ng makina ng ICT ang mga puntong ito ng pagsubok para sa bukas / maikling pagsubok ng circuit at suriin na ang mga halaga ng mga passive na sangkap (resistors, inductors, capacitors) ay nasa loob ng saklaw ng pagtutukoy.

AOI (Awtomatikong inspeksyon ng salamin sa mata). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Para sa pagsubok na ito, ang tagalikha ng hardware ay kailangang magbigay ng mga pagtutukoy at pagpapahintulot sa tagagawa upang maitakda ang mga parameter.

X ray. Gumagamit ang tagagawa ng PCBA ng mga X-ray upang suriin ang mga kondisyon ng hinang ng mga sangkap ng BGA (ball Grid Array). Panoorin ang X-ray test sa video na ito.