Ekmek tahtalarındaki prototip devrelerden kendi devrelerimizi tasarlamaya kadar baskılı devre kartı (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. PCB tasarımı, bir elektrik mühendisliği (EE) sürecinde gerçekleştirilir. EE, cihazların nasıl çalıştığının “beyni”ni yaratır. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

PCB tasarımına başlamadan önce bilinmesi gerekenler: 1. PCB boyutu – bu, ürün boyutunuza (veya kasa boyutuna) bağlıdır. Ürün boyutları elektronik mühendisliği tasarım sürecinde tanımlanır. Bununla ilgili bir videoyu buradan izleyebilirsiniz. 2. PCB katmanları – Ne kadar çok katman olursa, PCB İMALATI o kadar karmaşık olur. (Not: Tek katmanlı bir PCB bile karmaşık bir PCB olabilir, ancak burada bir PCB yapmanın karmaşıklığından bahsediyoruz. Bir PCB ne kadar çok katmana sahipse, üretimi o kadar pahalı olur.)

Katman 2 genellikle basit oyuncak ürünler için kullanılır

Io ile ilgili ürünler genellikle 4 katmana sahiptir

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

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

PCB üreticilerine sağlamanız gereken bilgiler:

Katman sayısı (örn. 2, 4, 6, vb.)

Malzemeler (FR-2 (fenolik pamuklu kağıt), FR-3 (pamuk kağıt ve epoksi), FR-4 (cam elyaf ve epoksi… vs)

Kalınlık (0.5 mm, 1.0 mm… vs)

Renk (kırmızı, siyah, yeşil… vs)

Yüzey işleme (ENIG (kimyasal nikel/altın daldırma), DIG (doğrudan altın daldırma), OSP (organik lehimlenebilir koruyucular, vb.)

Bakır ağırlığı (1 oz (35 mikron), 2 oz (70 mikron), 0.5 oz (18 mikron)… vs)

Gerber dosyası

PCB tasarım süreci:

Devre tasarımı

For this step, you need to create the schematic. Bu, bileşenlerin birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunu ve birlikte nasıl çalıştığını açıklayan bir plan gibi bir belgedir. Şematik dosyayı oluşturmak için bir yazılım aracına ihtiyacınız olacak. Quadcept’i seviyoruz çünkü üretim için PCB’ler tasarlamak için optimize edilmiştir (örneğin, bir Malzeme Listesini (BoM) doğrudan araçtan dışa aktarabilirsiniz) ve bulut tabanlıdır, böylece her yerde kolayca kullanılabilir. (Ayrıca üreticiler ve öğrenciler için aracın ücretsiz bir topluluk sürümünü de sunarlar.)

Aralarından seçim yapabileceğiniz birçok başka seçenek vardır:

altium

ExpressPCB

Frekans cihazı

KiCad

kadans alegro

mat

Bilgisayar destekli tasarım

DipTrace

Seçilen araçları kurduktan sonra, seçilen her bir bileşen için bileşen özelliklerini edinmeniz gerekir. They can often be found on the supplier’s website. Model dosyası şemayı çizmenize yardımcı olacaktır. Modeli yazılım aracına yüklediğinizde bu bileşen veritabanında kullanılabilir hale gelir. Ardından tek yapmanız gereken veri kılavuzunu takip etmek ve kabloyu bileşendeki her bir pime bağlamaktır. (Not: tasarım sürecinin ayrıntıları seçilen yazılım aracına bağlı olacaktır).

Her şematik sembolün, bileşenin fiziksel boyutlarını ve lehim pedi veya PCB üzerindeki açık deliklerin konumunu tanımlamak için ilişkili bir PCB alanı alanına sahip olması gerekir. You should have selected the components (or are now selecting them), and we describe this process in the EE Design Process video (see video).

Örnek diyagram

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. Ayrıca üretici, bu belgedeki test noktaları üzerinden cihazı test edebilir.

PCB düzeni + Gerber dosyası

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Bir şemadan farklı olarak, bir PCB düzeni, gerçek bileşenleri PCB üzerindeki tam konumlara atar ve her bir bileşeni PCB katmanları arasında birbirine bağlayan izleri gösterir. Bu makalenin başında belirtildiği gibi, daha fazla katman, gereken üretim daha karmaşık ve maliyet daha yüksek.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). Ardından, her bölümün bileşenlerini aynı alanda grupladığınızdan emin olun. Bu şekilde iletken izi kısa tutabilir, gürültü ve paraziti azaltabilirsiniz.

Bir PCB tasarlarken kullanıcı arayüzünün (UI) de akılda tutulması gerekir. En iyi kullanıcı deneyimini elde etmek için ses jakları, konektörler, led’ler vb. bileşenlerin ayarlanması gerekir.

Düzen tasarlandığında, bir Gerber dosyası oluşturulur. PCBA üreticiniz bu dosyayı kullanacaktır. Bu hizmetleri sunan birçok şirket var ve HWTrek’in uzman kitaplığından Kingbrother, NexPCB ve HQPCB’yi öneriyoruz.

Sample Gerber files

Bileşenlerin PCB üzerine yerleştirilmesi çok önemlidir. Bazı bileşenler birbiriyle etkileşebilir ve beklenmeyen davranışlara neden olabilir. Örneğin, hem Bluetooth hem de Wi-Fi modülleriniz varsa, bunlar aynı 2.4 ghz bant genişliğine sahiptir ve yanlış yerleştirildiğinde birbirleriyle etkileşime girebilirler.

PCB üretimi

Gerber dosyasını PCB üreticisine gönderdiğinizde kartın çıktısını alabilirler. Bu, PCB’ye bileşen eklemek ve PCBA’yı (baskılı devre kartı montajı) üretmek için daha fazla temel oluşturmak için temel olacaktır.

Demonte PCB’ler

PCBA (Montaj)

Malzeme hazırlama

EE tasarımınızda bu noktada bileşenleri seçmiş olmalısınız. PCBA üreticisinden gerekli bileşenleri sizin için sipariş etmesini isteyebilir veya bir tedarikçi seçerseniz bunu kendiniz yapabilirsiniz. Dikkat edilmesi gereken konular:

Teslim süresi: Bu bileşenler farklı tedarikçilerden geldiğinden, teslim süresini aklınızda bulundurun. Bazı bileşenler için 8-16 hafta kadar sürebilir.

Paketleme: Bileşenleri ayrı ayrı paketlemek yerine SMT makineleri tarafından otomatik olarak alınan makaralardan sipariş edin.

Minimum sipariş miktarı: Bileşenin minimum sipariş miktarını kontrol edin. Minimumdan daha az satın alırsanız, seçilen bileşenlerin stokta olduğundan emin olun. Küçük partiler için (50’ye kadar), DigiKey veya Mouser’dan çevrimiçi sipariş verebilirsiniz. Daha fazla miktar için lütfen üreticinizden tavsiye alın.

Kayıp: Kaybı karşılamak için %10 daha fazla sipariş verin (pahalı bileşenler için değil)

Bileşenleri PCB’ye takın

Bileşenleri bir PCB yüzeyine yerleştirmenin iki ana yolu vardır:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Aynı zamanda yaygın olarak DIP veya ikili hat içi paketleme işlemi olarak da bilinir. (Bu videoda devam eden SMT’ye bakın)

SMT (yüzeye montaj teknolojisi) seri üretimde en yaygın kullanılan yöntemdir. Size zaman ve para kazandıran ve insan hatasını önleyen hızlı, doğru SMT makineleri ile yapılır.

Hatırlanacak şeyler:

Bileşen tipi numaranız, üreticinin SMT makinesinin destekleyebileceği makara sayısını aşmamalıdır.

Bileşenlerinizi yalnızca bir SMT çalışacak şekilde optimize edin ve birleştirin.

Üreticinin desteklediği ayak izi pedi boyutlarını kontrol edin. Aksi takdirde, SMT makinesi bileşenleri doğru şekilde yüklemeyecektir.

Bazı daha büyük bileşenler makine tarafından kurulamaz ve yine de manuel olarak delik açma işlemi gerektirir. Bu nedenle, her iki teknoloji de aynı kart üzerinde kullanılabilir.

Delikten geçme yöntemiyle manuel olarak eklemeniz gereken tüm bileşenler, üretim maliyetine eklenir.

Yeniden akış lehimleme

Yeniden akış lehimleme, bileşenlerin PCB’ye “yapışmasını” sağlama işlemidir. PCBA, lehim eriyene kadar devre kartını bir yeniden akış fırını veya bir kızılötesi lamba aracılığıyla ısıtır, böylece bileşeni devre kartına kalıcı olarak bağlar.

Buradaki en zor kısım, her paketin termal özellikleri farklı olduğundan, bileşenleri aşırı ısıtmamak veya zarar vermemektir. Bu süreçten güvenilir bir PCBA üreticisi sorumlu olacaktır ve yapmanız gereken tek şey onlara bileşen özelliklerini sağlamaktır.

Reflü süreci.

Diğer kaynak yöntemleri:

Dalga lehimleme, esas olarak, açık delik yöntemiyle manuel olarak eklenen bileşenler için kullanılır. Bu durumda PCBA’nız önce reflow kaynak fırınından geçecek, ardından dalga lehim makinesinden geçtikten sonra diğer bileşenleri manuel olarak ekleyecektir.

Demir kaynağı belirli durumlar için kullanılabilir, ancak seri üretim için kullanılamaz.

Test ve kalite kontrolü

Bu adımda, kaliteyi sağlamak için PCBA örnekleri test edilir. Yaygın hatalar şunlardır: bağlantısı kesilmiş bileşenlerde kısa devreler, yanlış hizalanmış bileşenler ve devrenin bağlanmaması gereken kısımları. En yaygın testler:

ICT (Çevrimiçi test). Bir PCB tasarlarken, bazı test noktaları genellikle hata ayıklama, programlama ve diğer amaçlar için ayrılmıştır. ICT makinesi bu test noktalarını açık/kısa devre testi için kullanacak ve pasif bileşenlerin (dirençler, indüktörler, kapasitörler) değerlerinin spesifikasyon aralığında olup olmadığını kontrol edecektir.

AOI (Otomatik optik inceleme). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Bu test için, donanım oluşturucunun parametreleri ayarlaması için üreticiye spesifikasyonlar ve toleranslar sağlaması gerekecektir.

Röntgen. PCBA üreticisi, BGA (ball Grid Array) bileşenlerinin kaynak koşullarını kontrol etmek için X-ışınlarını kullanacaktır. Bu videoda röntgen testini izleyin.