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开始PCB设计之前需要知道的事项

我快闭嘴 来源:EDA36网 作者:EDA36网 2020-11-03 17:43 次阅读

将您的想法变为现实

从面包板上的原型电路,到设计我们自己的印刷电路板(PCB),就像脱离训练轮一样。关于此过程有很多要了解的内容,所以让我们开始吧。

扣好安全带,多萝西,因为坎萨斯要去拜拜。欢迎来到真实的制造世界。

PCB设计电气工程(EE)流程中进行。EE创建了设备工作方式的“大脑”。没有电子设备,您手中几乎就只有一堆金属和塑料。

开始PCB设计之前要了解的事项:

1. PCB尺寸-这取决于您的产品尺寸(或外壳尺寸)。产品尺寸是在电子工程设计过程中定义的。您可以在此处观看有关它的视频

2. PCB层-层数越多,PCB的制造越复杂。(注意:即使单层PCB也可能是一个复杂的PCB,但在这里我们谈论的是制造PCB的复杂性。PCB的层数越多,制造成本就越高。)

2层通常用于简单的玩具产品

物联网相关产品通常为4层

通常用于智能手机智能手表的6到8层。

3.您的PCB制造商要求。在开始设计之前,请确保已阅读有关节奏,迹线大小,电源隔离和文件命名的准则。

您需要提供给PCB制造商的信息

层数(例如2、4、6等)

材料(FR-2(酚醛棉纸),FR-3(棉纸和环氧树脂),FR-4(玻璃纤维和环氧树脂……等)

厚度(0.5毫米,1.0毫米…等)

颜色(红色,黑色,绿色……等)

表面处理(ENIG(化学镍/浸金),DIG(直接浸金),OSP(有机可焊性防腐剂等)

铜重量(1盎司(35微米),2盎司(70微米),0.5盎司(18微米)…等)

Gerber文件

PCB设计过程:

电路设计

对于此步骤,您需要创建原理图。这是一个文档,就像一个蓝图,它描述了组件之间如何相互关联以及如何协同工作。要创建原理图文件,您将需要一个软件工具。我们喜欢Quadcept,因为它经过优化,可用于设计制造用的PCB(例如,您可以直接从工具中导出物料清单(BoM))),并且基于云,因此可以方便地在任何地方使用。(他们还为制造商和学生提供了该工具的免费社区版本)。

您还可以选择许多其他选项:

Altium

ExpressPCB

升频器

KiCad

Cadence快板

计算机辅助设计

DipTrace

安装所选工具后,需要获取每个所选组件的组件规格。通常可以在供应商的网站上找到它们。模型文件将帮助您绘制原理图。当您将模型上传到软件工具时,该组件将在数据库中可用。然后,您要做的就是遵循数据手册,将线路连接到组件中的每个引脚。(注意:设计过程的细节将取决于所选择的软件工具)。

每个原理图符号都需要具有相关的PCB占位面积,以定义组件的物理尺寸以及铜焊盘或PCB上的通孔的位置。您应该已经选择了组件(或现在选择它们),并且我们在EE设计流程视频(请参阅视频)中介绍了此过程。

示例示意图好的原理图确实很重要,在进行调试时它将用作参考文件,并且是与其他工程师的很好的通讯工具。此外,制造商可以通过本文档上的测试点来测试设备。

PCB布局+ Gerber文件

要设计PCB布局并创建Gerber文件,您可以使用我们在电路设计中提到的相同软件工具。与原理图不同,PCB布局是将实际组件分配到PCB上的确切位置,并显示将PCB层之间的每个组件连接在一起的轨迹。如本文开头所述,层数越多,所需的制造越复杂,成本也就越高。

根据功能(例如电源,音频输出等)将PCB分成逻辑部分。然后,确保将每个部分的组件分组到同一区域。这样,您可以使导电迹线短,并减少噪声和干扰。

在设计PCB时,用户界面(UI)也需要牢记。需要调整组件的位置,例如音频插孔,连接器LED等,以实现最佳的用户体验。

完成布局设计后,将生成一个Gerber文件。您的PCBA制造商将使用此文件。有许多公司提供这些服务,并且从HWTrek的专家库中我们推荐Kingbrother,NexPCB和HQPCB。

示例Gerber文件元件在PCB上的放置非常重要。某些组件可能会相互干扰并导致意外行为。例如,如果您同时拥有蓝牙Wi-Fi模块,则它们具有相同的2.4 GHz带宽,如果放置不正确,则会相互干扰。

PCB制作

当您将Gerber文件发送给PCB制造商时,他们可以打印出电路板。这将是进一步建立基础,将组件添加到PCB并制造PCBA(印刷电路板组件)的基础。

未组装的PCBPCBA(组装)材料准备

此时,在EE设计中,您应该已经选择了组件。您可以要求PCBA制造商为您订购所需的组件,或者如果您选择了供应商,则可以自己完成。注意事项:

交货时间:由于这些组件来自不同的供应商,因此请记住交货时间。对于某些组件,最长可能需要8-16周。

包装:订购用于SMT机器自动拾取的卷轴中的组件,而不是单独包装。

最小订购量:检查组件的最小起订量。如果您购买的数量少于最低数量,请确保所选组件有库存。对于小批量(最多50个),您可以从DigiKey或Mouser在线订购。如需更多数量,请向您的制造商寻求建议。

损失:多订购10%以弥补损失(不适用于昂贵的组件)

在PCB上安装组件

将元件放置在PCB表面上的主要方法有两种:

通孔(通孔)是将带有导线的组件装配到PCB表面上的孔中的手动方法。它通常也称为DIP或双列直插式包装过程。(请参见此视频中正在进行的SMT)

SMT(表面贴装技术)方法是批量生产中使用最广泛的方法。它由快速,精确的SMT机器完成,可节省您的时间,金钱并避免人为错误。

要记住的事情:

您的组件类型编号不得超过制造商的SMT机器可以支持的卷轴数量。

优化和整合您的组件,以便只运行一个SMT。

检查制造商支持的脚印垫尺寸。否则,SMT机器将无法正确安装组件。

一些较大的组件无法由机器安装,仍然需要手动通孔工作。因此,这两种技术都可以在同一板上使用。

您需要通过通孔方法手动添加的任何组件都会增加制造成本。

回流焊

回流焊接是使组件“粘”在PCB上的过程。PCBA通过回流炉或红外灯加热电路板,直到焊料熔化,从而将组件永久连接到电路板上。

这里最棘手的部分是不会使组件过热或损坏,因为每个封装的热特性都不同。可靠的PCBA制造商将负责此过程,您所需要做的就是向他们提供组件规格。

回流工艺。其他焊接方法:

波峰焊主要用于通过通孔方法手动添加的组件。在这种情况下,您的PCBA将首先通过回流焊炉,然后手动添加其他组件后,将通过波峰焊机。

铁焊接可用于特定情况,但不适用于批量生产。

测试与质量检查

在此步骤中,将对PCBA样品进行测试以确保质量。常见的错误是:未连接的组件,未对齐的组件和连接不应连接的电路部分的短路。最常见的测试:

ICT(在线测试)。设计PCB时,通常会保留一些测试点用于调试,编程和其他目的。ICT机器将使用这些测试点进行开路/短路测试,并检查无源组件(电阻器电感器电容器)的值是否在规格范围内。

AOI(自动光学检查)。制造商使用“黄金样本”(参考PCBA)与其他样本进行比较。对于此测试,硬件创建者将需要向制造商提供规格和公差以设置参数

X射线。PCBA制造商将使用X射线检查BGA(球栅阵列)组件的焊接条件。观看此视频中进行的X射线测试。
责任编辑:tzh

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