將您的想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)
從面包板上的原型電路,到設(shè)計(jì)我們自己的印刷電路板(PCB),就像脫離訓(xùn)練輪一樣。關(guān)于此過程有很多要了解的內(nèi)容,所以讓我們開始吧。
扣好安全帶,多蘿西,因?yàn)榭菜_斯要去拜拜。歡迎來到真實(shí)的制造世界。
PCB設(shè)計(jì)在電氣工程(EE)流程中進(jìn)行。EE創(chuàng)建了設(shè)備工作方式的“大腦”。沒有電子設(shè)備,您手中幾乎就只有一堆金屬和塑料。
開始PCB設(shè)計(jì)之前要了解的事項(xiàng):
1. PCB尺寸-這取決于您的產(chǎn)品尺寸(或外殼尺寸)。產(chǎn)品尺寸是在電子工程設(shè)計(jì)過程中定義的。您可以在此處觀看有關(guān)它的視頻。
2. PCB層-層數(shù)越多,PCB的制造越復(fù)雜。(注意:即使單層PCB也可能是一個(gè)復(fù)雜的PCB,但在這里我們談?wù)摰氖侵圃霵CB的復(fù)雜性。PCB的層數(shù)越多,制造成本就越高。)
2層通常用于簡單的玩具產(chǎn)品
物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品通常為4層
3.您的PCB制造商要求。在開始設(shè)計(jì)之前,請確保已閱讀有關(guān)節(jié)奏,跡線大小,電源隔離和文件命名的準(zhǔn)則。
您需要提供給PCB制造商的信息:
層數(shù)(例如2、4、6等)
材料(FR-2(酚醛棉紙),F(xiàn)R-3(棉紙和環(huán)氧樹脂),F(xiàn)R-4(玻璃纖維和環(huán)氧樹脂……等)
厚度(0.5毫米,1.0毫米…等)
顏色(紅色,黑色,綠色……等)
表面處理(ENIG(化學(xué)鎳/浸金),DIG(直接浸金),OSP(有機(jī)可焊性防腐劑等)
銅重量(1盎司(35微米),2盎司(70微米),0.5盎司(18微米)…等)
Gerber文件
PCB設(shè)計(jì)過程:
對(duì)于此步驟,您需要?jiǎng)?chuàng)建原理圖。這是一個(gè)文檔,就像一個(gè)藍(lán)圖,它描述了組件之間如何相互關(guān)聯(lián)以及如何協(xié)同工作。要?jiǎng)?chuàng)建原理圖文件,您將需要一個(gè)軟件工具。我們喜歡Quadcept,因?yàn)樗?jīng)過優(yōu)化,可用于設(shè)計(jì)制造用的PCB(例如,您可以直接從工具中導(dǎo)出物料清單(BoM))),并且基于云,因此可以方便地在任何地方使用。(他們還為制造商和學(xué)生提供了該工具的免費(fèi)社區(qū)版本)。
您還可以選擇許多其他選項(xiàng):
Altium
ExpressPCB
升頻器
Cadence快板墊
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
DipTrace
安裝所選工具后,需要獲取每個(gè)所選組件的組件規(guī)格。通常可以在供應(yīng)商的網(wǎng)站上找到它們。模型文件將幫助您繪制原理圖。當(dāng)您將模型上傳到軟件工具時(shí),該組件將在數(shù)據(jù)庫中可用。然后,您要做的就是遵循數(shù)據(jù)手冊,將線路連接到組件中的每個(gè)引腳。(注意:設(shè)計(jì)過程的細(xì)節(jié)將取決于所選擇的軟件工具)。
每個(gè)原理圖符號(hào)都需要具有相關(guān)的PCB占位面積,以定義組件的物理尺寸以及銅焊盤或PCB上的通孔的位置。您應(yīng)該已經(jīng)選擇了組件(或現(xiàn)在選擇它們),并且我們在EE設(shè)計(jì)流程視頻(請參閱視頻)中介紹了此過程。
示例示意圖好的原理圖確實(shí)很重要,在進(jìn)行調(diào)試時(shí)它將用作參考文件,并且是與其他工程師的很好的通訊工具。此外,制造商可以通過本文檔上的測試點(diǎn)來測試設(shè)備。
PCB布局+ Gerber文件
要設(shè)計(jì)PCB布局并創(chuàng)建Gerber文件,您可以使用我們在電路設(shè)計(jì)中提到的相同軟件工具。與原理圖不同,PCB布局是將實(shí)際組件分配到PCB上的確切位置,并顯示將PCB層之間的每個(gè)組件連接在一起的軌跡。如本文開頭所述,層數(shù)越多,所需的制造越復(fù)雜,成本也就越高。
根據(jù)功能(例如電源,音頻輸出等)將PCB分成邏輯部分。然后,確保將每個(gè)部分的組件分組到同一區(qū)域。這樣,您可以使導(dǎo)電跡線短,并減少噪聲和干擾。
在設(shè)計(jì)PCB時(shí),用戶界面(UI)也需要牢記。需要調(diào)整組件的位置,例如音頻插孔,連接器,LED等,以實(shí)現(xiàn)最佳的用戶體驗(yàn)。
完成布局設(shè)計(jì)后,將生成一個(gè)Gerber文件。您的PCBA制造商將使用此文件。有許多公司提供這些服務(wù),并且從HWTrek的專家?guī)熘形覀?a href="http://www.1cnz.cn/v/" target="_blank">推薦Kingbrother,NexPCB和HQPCB。
示例Gerber文件元件在PCB上的放置非常重要。某些組件可能會(huì)相互干擾并導(dǎo)致意外行為。例如,如果您同時(shí)擁有藍(lán)牙和Wi-Fi模塊,則它們具有相同的2.4 GHz帶寬,如果放置不正確,則會(huì)相互干擾。
PCB制作
當(dāng)您將Gerber文件發(fā)送給PCB制造商時(shí),他們可以打印出電路板。這將是進(jìn)一步建立基礎(chǔ),將組件添加到PCB并制造PCBA(印刷電路板組件)的基礎(chǔ)。
未組裝的PCBPCBA(組裝)材料準(zhǔn)備
此時(shí),在EE設(shè)計(jì)中,您應(yīng)該已經(jīng)選擇了組件。您可以要求PCBA制造商為您訂購所需的組件,或者如果您選擇了供應(yīng)商,則可以自己完成。注意事項(xiàng):
交貨時(shí)間:由于這些組件來自不同的供應(yīng)商,因此請記住交貨時(shí)間。對(duì)于某些組件,最長可能需要8-16周。
包裝:訂購用于SMT機(jī)器自動(dòng)拾取的卷軸中的組件,而不是單獨(dú)包裝。
最小訂購量:檢查組件的最小起訂量。如果您購買的數(shù)量少于最低數(shù)量,請確保所選組件有庫存。對(duì)于小批量(最多50個(gè)),您可以從DigiKey或Mouser在線訂購。如需更多數(shù)量,請向您的制造商尋求建議。
損失:多訂購10%以彌補(bǔ)損失(不適用于昂貴的組件)
在PCB上安裝組件
將元件放置在PCB表面上的主要方法有兩種:
通孔(通孔)是將帶有導(dǎo)線的組件裝配到PCB表面上的孔中的手動(dòng)方法。它通常也稱為DIP或雙列直插式包裝過程。(請參見此視頻中正在進(jìn)行的SMT)
SMT(表面貼裝技術(shù))方法是批量生產(chǎn)中使用最廣泛的方法。它由快速,精確的SMT機(jī)器完成,可節(jié)省您的時(shí)間,金錢并避免人為錯(cuò)誤。
要記住的事情:
您的組件類型編號(hào)不得超過制造商的SMT機(jī)器可以支持的卷軸數(shù)量。
優(yōu)化和整合您的組件,以便只運(yùn)行一個(gè)SMT。
檢查制造商支持的腳印墊尺寸。否則,SMT機(jī)器將無法正確安裝組件。
一些較大的組件無法由機(jī)器安裝,仍然需要手動(dòng)通孔工作。因此,這兩種技術(shù)都可以在同一板上使用。
您需要通過通孔方法手動(dòng)添加的任何組件都會(huì)增加制造成本。
回流焊
回流焊接是使組件“粘”在PCB上的過程。PCBA通過回流爐或紅外燈加熱電路板,直到焊料熔化,從而將組件永久連接到電路板上。
這里最棘手的部分是不會(huì)使組件過熱或損壞,因?yàn)槊總€(gè)封裝的熱特性都不同。可靠的PCBA制造商將負(fù)責(zé)此過程,您所需要做的就是向他們提供組件規(guī)格。
回流工藝。其他焊接方法:
波峰焊主要用于通過通孔方法手動(dòng)添加的組件。在這種情況下,您的PCBA將首先通過回流焊爐,然后手動(dòng)添加其他組件后,將通過波峰焊機(jī)。
鐵焊接可用于特定情況,但不適用于批量生產(chǎn)。
測試與質(zhì)量檢查
在此步驟中,將對(duì)PCBA樣品進(jìn)行測試以確保質(zhì)量。常見的錯(cuò)誤是:未連接的組件,未對(duì)齊的組件和連接不應(yīng)連接的電路部分的短路。最常見的測試:
ICT(在線測試)。設(shè)計(jì)PCB時(shí),通常會(huì)保留一些測試點(diǎn)用于調(diào)試,編程和其他目的。ICT機(jī)器將使用這些測試點(diǎn)進(jìn)行開路/短路測試,并檢查無源組件(電阻器,電感器,電容器)的值是否在規(guī)格范圍內(nèi)。
AOI(自動(dòng)光學(xué)檢查)。制造商使用“黃金樣本”(參考PCBA)與其他樣本進(jìn)行比較。對(duì)于此測試,硬件創(chuàng)建者將需要向制造商提供規(guī)格和公差以設(shè)置參數(shù)。
X射線。PCBA制造商將使用X射線檢查BGA(球柵陣列)組件的焊接條件。觀看此視頻中進(jìn)行的X射線測試。
責(zé)任編輯:tzh
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