Σχεδιασμός & χάραξη PCB Επισκόπηση: 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι σχεδιασμού και χάραξης PCB, από τους πιο απλούς έως τους πιο εξελιγμένους. Εν τω μεταξύ, είναι εύκολο να μπερδευτείτε σχετικά με το ποια να επιλέξετε, ποια θα ταιριάζει καλύτερα στις ανάγκες σας.

Για να διευκρινίσω ορισμένες ερωτήσεις όπως αυτή, αποφάσισα να γράψω αυτό το διδακτικό, δεν είμαι ειδικός, αλλά έχω κάποιες γνώσεις σχετικά με το σχεδιασμό και την χάραξη του PCB.

Έτσι, θα γίνει μια γενική επισκόπηση ορισμένων μεθόδων, υλικών, λογισμικού και εργαλείων που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή PCB και ευτυχώς θα μπορέσει να σας βοηθήσει να ασχοληθείτε με το σχεδιασμό του PCB.

Βήμα 1: Λογισμικό σχεδιασμού PCB

Ανάλογα με την πολυπλοκότητα του κυκλώματός σας, δεν είναι κατάλληλος ο σχεδιασμός του PCB με το χέρι, οπότε η υποστήριξη ενός συγκεκριμένου λογισμικού που προσφέρει τα κατάλληλα εργαλεία για την ολοκλήρωση της εργασίας είναι ευπρόσδεκτη. Υπάρχουν αρκετές επιλογές λογισμικού σχεδιασμού PCB, όπως Proteus Ares, Eagle, Altium και αρκετές διαδικτυακές επιλογές (περιγράφω μόνο τις πιο κοινές και προσβάσιμες, αλλά σίγουρα υπάρχουν αρκετές άλλες επιλογές).

- Proteus Ares - ίσως αυτό να είναι το πρώτο πρόγραμμα που θα σκεφτόταν ο κόσμος όταν πρόκειται να σχεδιάσει κυκλώματα, όχι επειδή είναι το καλύτερο, αλλά επειδή είναι ίσως το πιο γνωστό. Προσωπικά δεν μου αρέσει ούτε να το χρησιμοποιώ (αν και το έχω ήδη χρησιμοποιήσει για λίγο), αλλά είναι μια επιλογή που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά το σχεδιασμό των PCB. Το μεγάλο πλεονέκτημα της χρήσης του Proteus είναι ότι μπορείτε επίσης να προσομοιώσετε το κύκλωμα, χρησιμοποιώντας το Proteus Isis, με αυτόν τον τρόπο μπορείτε "σίγουρα" να επαληθεύσετε εάν το κύκλωμα λειτουργεί ή όχι. Από την άλλη πλευρά, ορισμένες δυνατότητες και εργαλεία, είναι πολύ μπερδεμένες για να κατανοηθούν και επίσης δεν είναι δυνατό να βρείτε κάθε στοιχείο που ενδεχομένως χρειάζεστε (οι βιβλιοθήκες των συστατικών είναι περιορισμένες), αλλά μπορείτε να δημιουργήσετε νέα εξαρτήματα εάν είναι απαραίτητο. Ένα άλλο όχι σπουδαίο νέο, αυτό δεν είναι λογισμικό ανοιχτού κώδικα και είναι πραγματικά ακριβό ανάλογα με την ποσότητα των εργαλείων που περιλαμβάνονται στο πακέτο, τουλάχιστον υπάρχει μια δοκιμαστική έκδοση (με αρκετούς περιορισμούς φυσικά).

- Eagle - αυτό είναι επίσης ένα δημοφιλές λογισμικό όταν πρόκειται για το σχεδιασμό PCB, τα άσχημα νέα δεν επιτρέπουν την προσομοίωση κυκλώματος, επίσης όταν χρησιμοποιείτε για πρώτη φορά αυτό το λογισμικό, μπορεί να νιώθετε λίγο άβολα για τη διεπαφή του, η οποία είναι κάπως διαφορετική, αν και εκτός από αυτά τα μειονεκτήματα υπάρχουν πολλά υπέροχα χαρακτηριστικά, όπως η δυνατότητα επεξεργασίας των σχηματικών στοιχείων (που σχετίζονται με το σύμβολο του εξαρτήματος) και του πακέτου (που περιλαμβάνει τα μαξιλάρια, τη μορφή και τις διαστάσεις) με έναν εύκολο τρόπο, ο οποίος μπορεί έχετε πρόσβαση μόνο με δεξί κλικ στο στοιχείο και πρόσβαση στις επιλογές "άνοιγμα συσκευής" ή "άνοιγμα πακέτου", αντίστοιχα. Επίσης, υπάρχει μια μεγάλη κοινότητα υποστήριξης, η οποία παρέχει αρκετές απαντήσεις σε κοινά ζητήματα που αντιμετωπίζονται κατά την πρώτη χρήση του λογισμικού, επιπλέον αυτή η κοινότητα διευκολύνει επίσης την πρόσβαση σε πολλές βιβλιοθήκες συστατικών, συμπεριλαμβανομένων των επίσημων και αυτών που δημιουργήθηκαν από χρήστες. Καλά νέα, αυτό το λογισμικό έχει δωρεάν έκδοση (με περιορισμούς φυσικά, κυρίως που σχετίζονται με το μέγεθος του πίνακα και τον αριθμό των επιτρεπόμενων στρωμάτων), επίσης, αφού αγοράστηκε πρόσφατα από την Autodesk, ο Eagle έχει επίσης μια φοιτητική έκδοση που περιλαμβάνει όλα τα χαρακτηριστικά του προγράμματος.

- Altium -

- Online προγράμματα - υπάρχουν πολλά διαδικτυακά προγράμματα που προορίζονται για το σχεδιασμό PCB, σε γενικές γραμμές, είναι μια καλή επιλογή όταν σχεδιάζετε απλούστερα κυκλώματα, κυρίως όταν βιάζεστε ή αν δεν θέλετε (δεν μπορείτε) αφιερώνουν πολύ χρόνο στην εκμάθηση της δυναμικής ενός προγράμματος. Περιττό να πούμε ότι περιορίζονται πραγματικά σε δυνατότητες και δυνατότητες, ορισμένα συνδέονται ακόμη και με μια συγκεκριμένη υπηρεσία πρωτοτύπων, υπέροχα νέα είναι πάντα δωρεάν και εύκολα προσβάσιμα. που είναι απαραίτητο σε ορισμένες περιπτώσεις.

Ανακεφαλαίωση…

Πρέπει να έχετε συνειδητοποιήσει ότι προτιμώ το Eagle, κάτι που δεν σημαίνει ότι το άλλο λογισμικό δεν αξίζει τον κόπο, είναι μόνο η προσωπική μου επιλογή, αλλά στην πραγματικότητα γενικά οι άνθρωποι θεωρούν το Eagle το χειρότερο όσον αφορά τη χρηστικότητα, παρόλο που το Altium δεν είναι επίσης εύκολο στη χρήση. Το βασικό μου σημείο για το Eagle είναι ότι προσφέρει απίστευτα εργαλεία, τα οποία δυστυχώς είναι λίγο δύσκολο να μάθεις πώς να τα χρησιμοποιείς, κατά τη γνώμη μου όταν συνηθίσεις τη διεπαφή του, αξίζει πραγματικά τον κόπο.

Δεν παρέθεσα όλο το λογισμικό που διατίθεται στην αγορά, παρέθεσα αυτά που γνωρίζω, γι 'αυτό σας συνιστώ να κάνετε περαιτέρω έρευνα σχετικά με το λογισμικό σχεδιασμού PCB, σε περίπτωση που ενδιαφέρεστε πραγματικά για αυτό το θέμα.

Βήμα 2: Πρωτοτυπία PCB - Μέθοδοι

Αφού σχεδιάσετε το PCB, ήρθε η ώρα για την πρωτοτυπία, υπάρχουν μερικοί τρόποι για να δημιουργήσετε πρωτότυπο το PCB σας, μπορείτε να το κάνετε μόνοι σας (που είναι το πιο δύσκολο, επίσης αυτό που απαιτεί περισσότερη εξάσκηση), μπορείτε να πληρώσετε για μια υπηρεσία πρωτοτυπίας, μπορεί να είναι τοπικό (εάν είναι διαθέσιμο στη γενέτειρά σας) ή σε απευθείας σύνδεση (το οποίο είναι το πιο πιθανό να είναι διαθέσιμο για εσάς) κ.λπ.

Εάν αποφασίσετε να πληρώσετε για την υπηρεσία πρωτοτυπίας, μετά τον σχεδιασμό του πίνακα, θα χρειαστεί να δημιουργήσετε μερικά αρχεία σε μορφή GERBER, η μορφή GERBER είναι ένα είδος αρχείου που διατηρεί ολόκληρη την περιγραφή του PCB χωρίς την ανάγκη εξωτερικά αρχεία, γενικά το λογισμικό σχεδιασμού PCB σας προσφέρει κάποια εργαλεία που θα σας βοηθήσουν να δημιουργήσετε το αρχείο GERBER του PCB, οπότε αυτό δεν είναι πολύ μεγάλο, επίσης υπάρχουν τόνοι σεμιναρίων για τον τρόπο δημιουργίας ενός αρχείου GERBER, οπότε όποτε αμφιβάλλετε, απλώς κάντε google, αρκεί κάθε λογισμικό να λάβει μια συγκεκριμένη μέθοδο για να δημιουργήσει ένα αρχείο GERBER.

********** Πριν ζητήσετε την υπηρεσία πρωτοτύπων, είναι σημαντικό να βεβαιωθείτε ότι όλα είναι τέλεια στο σχεδιασμό του κυκλώματός σας, οπότε διπλός έλεγχος, τριπλός έλεγχος του PCB….., διαφορετικά μπορεί να το μετανιώσετε αργότερα

Εάν αποφασίσετε να πρωτοτυπώσετε το PCB μόνοι σας, υπάρχουν αρκετές μέθοδοι που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε, η εστίαση θα δοθεί σε τρεις μεθόδους, ίσως τις πιο συνηθισμένες, που είναι η μέθοδος μεταφοράς γραφίτη, η φωτολιθογραφία και η "καλλιτεχνική" μέθοδος.

- "Καλλιτεχνική" μέθοδος - εάν το PCB σας είναι απλό ή ίσως εάν είστε καλοί στο σχέδιο, μπορείτε απλά να σχεδιάσετε τις διαδρομές και τα μονοπάτια χειροκίνητα, χρησιμοποιώντας έναν μόνιμο δείκτη, φυσικά τηρώντας τις διαστάσεις των εξαρτημάτων, έχουν ήδη γίνει αρκετά PCB με αυτόν τον τρόπο, μερικά από αυτά αποδείχθηκαν καλά, αλλά δεν χρησιμοποιώ πλέον αυτήν την τεχνική, εφόσον το PCB έχει αρχίσει να γίνεται πιο περίπλοκο, οπότε θα έλεγα ότι αυτή είναι μια μέθοδος εισαγωγής και λαμβάνοντας υπόψη τη διαθεσιμότητα από αρκετές άλλες μεθόδους, δεν νομίζω ότι αξίζει να χρησιμοποιήσετε αυτήν τη μέθοδο κάθε φορά που το PCB αρχίζει να γίνεται πιο περίπλοκο.

- Μέθοδος μεταφοράς γραφίτη - Νομίζω ότι αυτή είναι η πιο κοινή μέθοδος μεταξύ των κατασκευαστών, είναι κάπως απλή και επίσης δεν απαιτεί πολλά εργαλεία για να εκτελεστούν, γεγονός που θα εξηγούσε τη δημοτικότητά της. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι μεταφοράς του γραφίτη στον παρθένο πίνακα, γενικά οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν τη μεταφορά θερμότητας, στην οποία εκτυπώνεται η διάταξη, χρησιμοποιώντας εκτυπωτή λέιζερ φυσικά, σε συγκεκριμένα είδη χαρτιού (όπως γυαλιστερό χαρτί, μεμβράνη διαφάνειας κ.λπ.) που επιτρέπει την "πλήρη" μεταφορά του γραφίτη στην παρθένα σανίδα, στη συνέχεια το τόνερ μεταφέρεται στην παρθένα σανίδα κανονικά θερμαίνοντας το γραφίτη έναντι της σανίδας κουπών χρησιμοποιώντας ένα υφασμάτινο σίδερο. Υπάρχουν επίσης άλλοι τρόποι μεταφοράς του γραφίτη στο βαρέλι, όπως χημικοί τρόποι, και επίσης ορισμένοι κατασκευαστές εκτυπώνουν απευθείας το γραφίτη στον χαλκό, προσαρμόζοντας τον εκτυπωτή στη στήριξη αυτής της λειτουργίας.

- Μέθοδος φωτολιθογραφίας - κατά τη γνώμη μου αυτή είναι η πιο δύσκολη, αλλά και η πιο ακριβή, αλλά αν την εκτελέσετε σωστά, τα αποτελέσματα θα είναι απλά εντυπωσιακά (στην πραγματικότητα, αυτή είναι η μέθοδος που χρησιμοποιείται κυρίως σε επαγγελματικά PCB). Σε αυτήν τη μέθοδο, η φωτοευαίσθητη βαφή εφαρμόζεται ομοιόμορφα στον παρθένο πίνακα, αφού η βαφή εκτίθεται σε υπεριώδες φως, με εξαίρεση τα μαξιλάρια, τις νάρες και τα μονοπάτια που καλύπτονται από μια φωτομάσκα (που αντιστοιχεί στη διάταξη του κυκλώματος), τέλος το χρώμα αναπτύσσεται, μένοντας μόνο στις περιοχές που δεν ήταν εκτεθειμένες στην υπεριώδη ακτινοβολία, οι οποίες είναι τα μαξιλάρια, οι οδοί και τα μονοπάτια.

Αφού μεταφερθούν τα vias, τα τακάκια και τα μονοπάτια στον πίνακα κουπονιών, όποια μέθοδος κι αν χρησιμοποιήσατε, ήρθε η ώρα για χάραξη, επίσης υπάρχουν διάφοροι τρόποι χάραξης, αλλά βασικά συνίστανται στη διάβρωση του εκτεθειμένου χαλιού από τον πίνακα χρησιμοποιώντας ένα χημικό διάλυμα. Η πιο συνηθισμένη λύση που χρησιμοποιείται είναι το χλωριούχο σίδηρο, αλλά υπάρχουν και άλλες επιλογές που έχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, όπως χλωριούχο άλας, υπεροξείδιο του υδρογόνου - θειικό οξύ κ.λπ. Βεβαιωθείτε ότι έχετε λάβει τα απαραίτητα πρωτόκολλα ασφαλείας για τη χρήση τους, αρκεί σε ορισμένες περιπτώσεις να αντιμετωπίσετε κάποια ισχυρά οξέα.

********** Και πάλι, υπάρχουν περισσότεροι πιθανοί τρόποι πρωτοτύπωσης PCB, οπότε αν ενδιαφέρεστε για οποιαδήποτε μέθοδο συνιστάται πραγματικά να κάνετε μια περαιτέρω έρευνα σχετικά με αυτό, υπάρχουν ένα σωρό σεμινάρια εκεί έξω ακόμα και σε οδηγίες, οπότε μη διστάσετε να τα επιλέξετε.

Βήμα 3: Πρωτοτυπία PCB - Υλικά/Στρώματα

Αφού γνωρίσω κάποιες διαδικασίες για το πώς να πρωτοτυπώσω τα PCB, μπορεί να προκύψουν ορισμένες ερωτήσεις, όπως, πόσα επίπεδα πρέπει να χρησιμοποιήσω; Πότε αξίζει να χρησιμοποιήσετε ένα PCB 2 επιπέδων;

Νομίζω ότι δεν υπάρχει οριστική απάντηση για αυτές τις ερωτήσεις, αλλά όταν δημιουργώ πρωτότυπα PCB χρησιμοποιώντας μεθόδους DIY, πιστεύω ότι είναι πάντα καλύτερο να τρέχω από 2 στρώματα PCB, εφόσον είναι πιο δύσκολο να γίνουν και απαιτούν πολλή επιπλέον προσπάθεια, ακόμα κι αν υπάρχουν καταστάσεις στις οποίες δεν υπάρχουν επιλογές, ίσως λόγω της πολυπλοκότητας του κυκλώματος ή ίσως επειδή το κύκλωμα έχει στοιχεία που είναι υποχρεωτικά για να βρίσκονται στο κάτω στρώμα και επίσης στοιχεία που είναι υποχρεωτικά για να βρίσκονται στο επάνω στρώμα, οπότε δεν υπάρχει διέξοδος, αλλά όποτε είναι δυνατόν, θεωρώ ότι είναι καλύτερο να πάω για PCB 1 στρώματος.

Από την άλλη πλευρά, όταν πληρώνω μια εταιρεία για να πρωτοτυπώσω το PCB σας, θα ζητούσα πάντα ένα PCB 2 επιπέδων, εφόσον το μέσο κόστος των 1 στρώσεων PCB και των 2 στρωμάτων PCB είναι πραγματικά παρόμοιο αν όχι ίσο, επίσης και 2 επίπεδα PCB για ευκολία πολύ η διαδικασία δρομολόγησης του κυκλώματος.

Τα PCB με περισσότερα από 2 στρώματα είναι επίσης δυνατά, αλλά δεν μοιάζουν πολύ με τους κατασκευαστές που τα χρειάζονται, εφόσον έχουν μόνο πολύ περίπλοκα κυκλώματα αυτά τα είδη PCB, επίσης είναι πολύ ακριβά στην παραγωγή τους, τα οποία τα ταξινομούν ως μη πολύ προσιτή επιλογή.

Επίσης, κατά τη δημιουργία πρωτοτύπων, μπορείτε να επιλέξετε τι είδους παρθένο χαρτόνι θα χρησιμοποιήσετε, υπάρχουν πολλές επιλογές, αλλά οι πιο συνηθισμένες είναι οι σανίδες από γυαλί από ίνες και η σανίδα από φαινολικές ίνες. Η φαινολική ίνα είναι λίγο φθηνότερη από αυτή της ίνας, αλλά όχι τόσο πολύ, γενικά ο πίνακας από ίνες γυαλιού έχει καλύτερα μηχανικά χαρακτηριστικά και επίσης φαίνεται καλύτερα όταν τελειώσει. Αλλά σε γενικές γραμμές αυτά τα χαρακτηριστικά δεν είναι κάτι πολύ σημαντικό όταν δημιουργείτε πρωτότυπα σε ορισμένα είδη κυκλωμάτων, αλλά είναι πραγματικά καλό να γνωρίζετε τις διαθέσιμες επιλογές.

Βήμα 4: Πρωτοτυπία PCB - Εργαλεία

Υπάρχουν πολλά εργαλεία που μπορούν να σας βοηθήσουν κατά τη δημιουργία πρωτοτύπων του PCB σας, αλλά τα βασικά είναι τα εξής:

- Συγκολλητικό σίδερο

- Ηλεκτρονικές πένσες

- Ηλεκτρονική συγκόλληση κασσίτερου

- Τρυπάνι χειρός PCB

- μόνιμος δείκτης (σε περίπτωση που βασίζεστε στην καλλιτεχνική μέθοδο για να πρωτοτυπώσετε το δικό σας ή ίσως να διορθώσετε πιθανά ελαττώματα στις μεταφορές γραφίτη)

Αυτά είναι τα ελάχιστα εργαλεία που υποτίθεται ότι πρέπει να έχετε για να δημιουργήσετε ένα πρωτότυπο ενός PCB, αλλά υπάρχουν τόνοι προηγμένων εργαλείων που θα μπορούσαν επίσης να σας βοηθήσουν στο πρωτότυπο, όπως ηλεκτρικές μηχανές τρυπανιών, σταθμοί συγκόλλησης κλπ.

Βήμα 5: Συνοψίζοντας…

Σήμερα η πρόσβαση σε υπηρεσίες πληρωμένης πρωτοτυπίας αυξήθηκε πολύ, έγιναν πιο προσιτές και ευκολότερες στη χρήση, οπότε όποτε χρειάζεστε ένα πρωτότυπο με επαγγελματική εμφάνιση, απλώς προχωρήστε το, εφόσον θα υπάρχουν περισσότεροι πόροι κατά το σχεδιασμό του PCB σας, πράγμα που σημαίνει λιγότερους περιορισμούς, από την άλλη πλευρά, αν ψάχνετε για ένα γρήγορο πρωτότυπο, μπορείτε να το κάνετε μόνοι σας με πολύ πιο γρήγορο τρόπο, αλλά με περισσότερους περιορισμούς και ίσως ένα αποτέλεσμα που δεν είναι τόσο καλό όσο το επί πληρωμή, αλλά αυτό θα ταιριάζει στις ανάγκες σας.

Λαμβάνοντας υπόψη το τρέχον σενάριο, είναι επίσης μια προσωπική επιλογή, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι υπηρεσίες επί πληρωμή πρωτοτύπων έγιναν εξαιρετικά προσβάσιμες.