פֿון פּראָוטאַטייפּ סערקאַץ אויף ברויט באָרדז צו דיזיינינג אונדזער אייגענע געדרוקט קרייַז ברעט (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. פּקב פּלאַן איז דורכגעקאָכט אין אַ ילעקטריקאַל ינזשעניעריע (עע) פּראָצעס. EE קריייץ די “מאַרך” פון ווי דעוויסעס אַרבעט. 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). פּראָדוקט דימענשאַנז זענען דיפיינד בעשאַס די עלעקטראָניש ינזשעניעריע פּלאַן פּראָצעס. You can watch a video about it here. 2. פּקב לייַערס – די מער לייַערס, די מער קאָמפּליצירט די מאַנופאַקטורינג פון פּקב. (באַמערקונג: אפילו אַ איין-שיכטע פּקב קען זיין אַ קאָמפּלעקס פּקב, אָבער דאָ מיר רעדן וועגן די קאַמפּלעקסיטי פון מאכן אַ פּקב. די מער לייַערס אַ פּקב האט, די מער טייַער עס איז צו פּראָדוצירן.)

Layer 2 is usually used for simple toy products

יאָט פֿאַרבונדענע פּראָדוקטן יוזשאַוואַלי האָבן 4 לייַערס

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.

אינפֿאָרמאַציע איר דאַרפֿן צו צושטעלן צו פּקב מאַניאַפאַקטשערערז:

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

מאַטעריאַלס (FR-2 (פאַנאַליק וואַטע פּאַפּיר), FR-3 (וואַטע פּאַפּיר און יפּאַקסי), FR-4 (גלאז פיברע און יפּאַקסי … אאז”ו ו)

גרעב (0.5 מם, 1.0 מם … אאז”ו ו)

Color (red, black, green… אאז”ו ו)

ייבערפלאַך באַהאַנדלונג (ENIG (כעמישער ניקאַל/גאָלד טבילה), DIG (דירעקט טבילה אין גאָלד), OSP (אָרגאַניק סאָלדעראַבלע פּראַזערוואַטיווז, עטק.)

Copper weight (1 oz (35 microns), 2 oz (70 microns), 0.5 oz (18 microns)… אאז”ו ו)

גערבער טעקע

PCB design process:

קרייַז פּלאַן

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. We like Quadcept because it is optimized for designing PCBS for manufacturing (for example, you can export a Bill of Material (BoM) directly from the tool) and is cloud-based, so it can be easily used anywhere. (They also offer a free community version of the tool for manufacturers and students.)

There are many other options you can choose from:

אַלטיום

עקספּרעסספּקב

אָפטקייַט מיטל

KiCad

Cadence allegro

שפּייַז

קאָמפּיוטער יידיד פּלאַן

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. די מאָדעל טעקע וועט העלפֿן איר צייכענען די סכעמאַטיש. 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. (באַמערקונג: די דעטאַילס פון דעם פּלאַן פּראָצעס וועט אָפענגען אויף די אויסגעקליבן ווייכווארג געצייַג).

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. אין אַדישאַן, דער פאַבריקאַנט קענען פּרובירן די מיטל דורך די פּרובירן פונקטן אין דעם דאָקומענט.

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. ניט ענלעך אַ סכעמאַטיש, אַ פּקב אויסלייג אַסיינז די פאַקטיש קאַמפּאָונאַנץ צו פּינטלעך לאָוקיישאַנז אויף די פּקב און ווייַזן די טראַקס וואָס פאַרבינדן יעדער קאָמפּאָנענט צוזאַמען צווישן די פּקב לייַערס. 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. אין דעם וועג, איר קענען האַלטן די קאַנדאַקטיוו שפּור קורץ און רעדוצירן ראַש און ינטערפיראַנס.

דער באַניצער צובינד (וי) דאַרף אויך זיין קאַנסידערד ווען איר פּלאַן אַ PCB. קאַמפּאָונאַנץ אַזאַ ווי אַודיאָ דזשאַקס, קאַנעקטערז, לעדס, עטק דאַרפֿן צו זיין אַדזשאַסטיד צו דערגרייכן די בעסטער באַניצער דערפאַרונג.

Once the layout is designed, a Gerber file is generated. דיין PCBA פאַבריקאַנט וועט נוצן דעם טעקע. There are many companies that offer these services, and from HWTrek’s expert library we recommend Kingbrother, NexPCB, and HQPCB.

Sample Gerber files

די פּלייסמאַנט פון קאַמפּאָונאַנץ אויף די פּקב איז זייער וויכטיק. 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. דאָס וועט זיין דער יסוד פֿאַר אַ ווייטער בויען דעם יסוד פֿאַר אַדינג קאַמפּאָונאַנץ צו די פּקב און מאַנופאַקטורינג די PCBA (געדרוקט קרייַז ברעט פֿאַרזאַמלונג).

Unassembled PCBS

PCBA (Assembly)

מאַטעריאַל צוגרייטונג

אין דעם פונט אין דיין EE פּלאַן, איר זאָל האָבן אויסגעקליבן די קאַמפּאָונאַנץ. You can ask the PCBA manufacturer to order the required components for you, or do it yourself if you choose a supplier. ענינים וואָס דאַרפֿן ופמערקזאַמקייט:

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.

מינימום סדר קוואַנטיטי: קוק די מינימום סדר קוואַנטיטי פון די קאָמפּאָנענט. אויב איר קויפן ווייניקער ווי די מינימום, מאַכן זיכער אַז די אויסגעקליבן קאַמפּאָונאַנץ זענען אין לאַגער. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. פֿאַר מער קוואַנטאַטיז, ביטע זוכן עצה פון דיין פאַבריקאַנט.

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)

סמט (ייבערפלאַך אָנקלאַפּן טעכנאָלאָגיע) איז די מערסט וויידלי געוויינט מעטאָד אין מאַסע פּראָדוקציע. It is done by fast, accurate SMT machines that save you time, money and avoid human error.

זאכן צו געדענקען:

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.

Reflow soldering

Reflow soldering is the process of making components “stick” to the PCB. די פּקבאַ כיץ די קרייַז ברעט דורך אַ ריפלאָוו אויוון אָדער ינפרערעד לאָמפּ ביז די סאַדער מעלץ, דערמיט פּערמאַנאַנטלי אַטאַטשינג די קאָמפּאָנענט צו די קרייַז ברעט.

The trickiest part here is not to overheat or damage the components, because the thermal characteristics of each package are different. א פאַרלאָזלעך פּקבאַ פאַבריקאַנט וועט זיין פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר דעם פּראָצעס, און אַלע איר דאַרפֿן צו טאָן איז צו צושטעלן זיי מיט קאָמפּאָנענט ספּעסאַפאַקיישאַנז.

רעפלוקס פּראָצעס.

Other welding methods:

כוואַליע סאַדערינג איז דער הויפּט געניצט פֿאַר מאַניואַלי מוסיף קאַמפּאָונאַנץ דורך די דורך-לאָך אופֿן. אין דעם פאַל, דיין PCBA וועט ערשטער דורכגיין די רילאָוז וועלדינג אויוון, און דערנאָך מאַניואַלי לייגן אנדערע קאַמפּאָונאַנץ נאָך די כוואַליע סאַדערינג מאַשין.

אייַזן וועלדינג קענען זיין געוויינט פֿאַר ספּעציפיש סיטואַטיאָנס, אָבער נישט פֿאַר מאַסע פּראָדוקציע.

טעסטינג און קוואַליטעט דורכקוק

אין דעם שריט, PCBA סאַמפּאַלז זענען טעסטעד צו ענשור קוואַליטעט. פּראָסט ערראָרס זענען: קורץ סערקאַץ אין דיסקאַנעקטיד קאַמפּאָונאַנץ, מיסאַליינד קאַמפּאָונאַנץ און פּאַרץ פון דעם קרייַז וואָס זאָל ניט זיין פארבונדן. די מערסט פּראָסט טעסץ:

יקט (אָנליין טעסטינג). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. די יקט מאַשין וועט נוצן די פּרובירן פונקטן פֿאַר טעסטינג עפֿענען/קורץ קרייַז און קאָנטראָלירן צי די וואַלועס פון פּאַסיוו קאַמפּאָונאַנץ (רעסיסטאָרס, ינדוקטאָרס, קאַפּאַסאַטערז) זענען אין די ספּעסיפיקאַטיאָן קייט.

AOI (אָטאַמאַטיק אָפּטיש דורכקוק). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. פֿאַר דעם פּראָבע, דער פאַבריקאַנט פון די ייַזנוואַרג דאַרף צושטעלן ספּעסאַפאַקיישאַנז און טאָלעראַנץ צו באַשטעטיקן די פּאַראַמעטערס.

רענטגענ שטראַל. The PCBA manufacturer will use X-rays to check the welding conditions of the BGA (ball Grid Array) components. היטן די X-Ray פּרובירן אין דעם ווידעא.