Przegląd projektowania i trawienia PCB: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Istnieje kilka sposobów projektowania i wytrawiania płytek PCB, od najprostszych do najbardziej wyrafinowanych. Tymczasem łatwo się pomylić, który wybrać, który najlepiej odpowiada Twoim potrzebom.

Aby wyjaśnić niektóre takie pytania, postanowiłem napisać tę instrukcję, nie jestem ekspertem, ale mam pewną wiedzę na temat projektowania i trawienia PCB.

Tak więc, dokonamy ogólnego przeglądu niektórych metod, materiałów, oprogramowania i narzędzi, które mogą być użyte do produkcji PCB i na szczęście będzie on w stanie pomóc w projektowaniu PCB.

Krok 1: Oprogramowanie do projektowania PCB

W zależności od złożoności obwodu, ręczne projektowanie PCB nie jest odpowiednie, więc wsparcie konkretnego oprogramowania, które oferuje odpowiednie narzędzia do wykonania pracy, jest mile widziane. Istnieje kilka opcji oprogramowania do projektowania PCB, takich jak Proteus Ares, Eagle, Altium i kilka opcji online (opisuję tylko te najbardziej popularne i dostępne, ale na pewno jest kilka innych opcji).

- Proteus Ares - może to pierwszy program, o którym ludzie pomyślą, jeśli chodzi o rysowanie obwodów, nie dlatego, że jest najlepszy, ale dlatego, że jest może najbardziej znany. Osobiście nie lubię nawet go nie używać (choć używam go już od jakiegoś czasu), ale jest to opcja do rozważenia przy projektowaniu PCB. Wielką zaletą korzystania z Proteus jest to, że możesz również symulować obwód, używając Proteus Isis, w ten sposób możesz „na pewno” zweryfikować, czy obwód działa, czy nie. Z drugiej strony, niektóre funkcje i narzędzia są zbyt mylące, aby je zrozumieć, a także nie jest możliwe znalezienie każdego potrzebnego komponentu (biblioteki komponentów są ograniczone), ale w razie potrzeby możesz tworzyć nowe komponenty. Kolejna niezbyt dobra wiadomość, to nie jest oprogramowanie typu open source i jest naprawdę drogie w zależności od ilości narzędzi zawartych w pakiecie, przynajmniej jest wersja próbna (oczywiście z kilkoma ograniczeniami).

- Eagle - jest to również popularne oprogramowanie, jeśli chodzi o projektowanie PCB, zła wiadomość, że nie pozwala na symulację obwodów, również przy pierwszym użyciu tego oprogramowania możesz poczuć się trochę niekomfortowo z jego interfejsem, który jest trochę inny, chociaż inny Z tych wad jest mnóstwo fajnych funkcji, takich jak możliwość łatwej edycji schematu komponentów (związanego z symbolem komponentu) oraz pakietu (zawiera pady, format i wymiary) w łatwy sposób, uzyskać dostęp po prostu klikając prawym przyciskiem myszy komponent i uzyskując dostęp odpowiednio do opcji „otwórz urządzenie” lub „otwórz pakiet”. Ponadto istnieje duża społeczność wsparcia, która zapewnia kilka odpowiedzi na typowe problemy napotykane podczas pierwszego korzystania z oprogramowania, ponadto społeczność ta ułatwia również dostęp do kilku bibliotek komponentów, w tym bibliotek oficjalnych i tych, które zostały stworzone przez użytkowników. Dobra wiadomość, to oprogramowanie jest w wersji freeware (oczywiście z ograniczeniami, głównie związanymi z rozmiarem płytki i dozwoloną liczbą warstw), również po niedawnym zakupie przez Autodesk, Eagle otrzymał również wersję studencką, która zawiera wszystkie cechy programu.

- Altium -

- Programy online - istnieje wiele programów online przeznaczonych do projektowania PCB, generalnie są one dobrym rozwiązaniem przy projektowaniu prostszych obwodów, głównie gdy się spieszysz lub nie chcesz (nie możesz) spędzają dużo czasu na nauce dynamiki programu. Nie trzeba dodawać, że są one naprawdę ograniczone do funkcji i możliwości, niektóre są nawet powiązane z konkretną usługą prototypowania, świetna wiadomość, że są zawsze bezpłatne i łatwo dostępne. co jest niezbędne w niektórych przypadkach.

Podsumowując…

Musiałeś zdawać sobie sprawę, że wolę Eagle, co nie znaczy, że inne oprogramowanie nie jest tego warte, to tylko moja osobista opcja, ale ogólnie ludzie uważają Eagle za najgorszy, jeśli chodzi o użyteczność, mimo że Altium nie jest t tak łatwy w użyciu. Moim głównym punktem na temat Eagle jest to, że oferuje niesamowite narzędzia, które niestety są trochę trudne do nauczenia, moim zdaniem, kiedy przyzwyczaisz się do jego interfejsu, naprawdę warto.

Nie wymieniłem wszystkich programów dostępnych na rynku, wymieniłem te, które znam, więc polecam również dalsze rozeznanie w oprogramowaniu do projektowania PCB, jeśli naprawdę jesteś zainteresowany tym tematem.

Krok 2: Prototypowanie PCB - metody

Po zaprojektowaniu PCB czas na prototypowanie, jest kilka sposobów na wykonanie prototypu PCB, można to zrobić samemu (co jest najtrudniejsze, również takie, które wymaga większej praktyki), można zapłacić za usługę prototypowania, to może być lokalny (jeśli jest dostępny w Twoim rodzinnym mieście) lub internetowy (który najprawdopodobniej będzie dostępny dla Ciebie) itp.

Jeśli zdecydujesz się zapłacić za usługę prototypowania, po zaprojektowaniu płytki konieczne będzie wygenerowanie kilku plików w formacie GERBER, format GERBER to rodzaj pliku, który przechowuje cały opis PCB bez potrzeby pliki zewnętrzne, ogólnie oprogramowanie do projektowania PCB oferuje kilka narzędzi, które pomogą Ci wygenerować plik GERBER z PCB, więc nie jest to zbyt wiele, istnieje również mnóstwo samouczków na temat generowania pliku GERBER, więc zawsze masz wątpliwości, po prostu wygoogluj to, o ile każde oprogramowanie ma określoną metodę generowania pliku GERBER.

**********Przed złożeniem wniosku o usługę prototypowania ważne jest, aby upewnić się, że wszystko jest idealne w twoim projekcie obwodu, więc dokładnie sprawdź, trzykrotnie sprawdź PCB….., w przeciwnym razie możesz później tego żałować

Jeśli zdecydujesz się samodzielnie wykonać prototyp PCB, możesz skorzystać z kilku metod, skupimy się na trzech, być może najbardziej powszechnych, czyli metodzie transferu tonera, metodzie fotolitografii i metodzie „artystycznej”.

- metoda "artystyczna" - jeśli twoja płytka jest prosta, a może jesteś dobry w rysowaniu, przelotki i ścieżki możesz po prostu narysować ręcznie, używając markera permanentnego, oczywiście z uwzględnieniem wymiarów elementów, ja zrobiłem już kilka płytek w ten sposób, niektóre z nich okazały się dobre, ale nie używam już tej techniki, póki płytki zaczęły się komplikować, więc powiedziałbym, że jest to metoda wejściowa, biorąc pod uwagę dostępność spośród kilku innych metod, nie sądzę, aby warto było używać tej metody, gdy PCB staje się bardziej złożone.

- Metoda transferu tonera - myślę, że jest to najpopularniejsza metoda wśród producentów, jest dość prosta i nie wymaga wielu narzędzi do wykonania, co tłumaczyłoby jej popularność. Istnieją różne sposoby przenoszenia tonera na tekturę z pierwszego tłoczenia, generalnie producenci stosują transfer ciepła, w którym układ jest drukowany, oczywiście za pomocą drukarki laserowej na niektórych specyficznych rodzajach papieru (takich jak papier błyszczący, folia itp.) co pozwala na „całkowite” przeniesienie tonera na pierwotną płytę, wtedy toner jest przenoszony na pierwotną płytę normalnie poprzez ogrzanie tonera o płytę miedzianą za pomocą żelazka do tkanin. Istnieją również inne sposoby przenoszenia tonera do miedzi, takie jak sposoby chemiczne, a niektórzy producenci bezpośrednio drukują toner w miedzi, dopasowując drukarkę do obsługi tej funkcji.

- Metoda fotolitografii - moim zdaniem jest to najtrudniejsza metoda i zarazem najdroższa, ale jeśli wykonasz ją poprawnie, wyniki będą imponujące (właściwie jest to metoda najczęściej stosowana w profesjonalnych płytkach drukowanych). W tej metodzie farba światłoczuła jest nakładana równomiernie na pierwotną płytę, po czym farba jest poddawana działaniu światła UV, z wyjątkiem padów, przelotek i ścieżek, które są pokryte fotomaską (odpowiadające układowi obwodów), na koniec farba jest wywołana, pozostając tylko w miejscach, które nie były narażone na promieniowanie UV, czyli pady, przelotki i szlaki.

Po przeniesieniu przelotek, padów i śladów na płytę miedzianą, niezależnie od zastosowanej metody, nadchodzi czas na trawienie, również jest kilka sposobów trawienia, ale zasadniczo polegają one na erodowaniu odsłoniętej miedzi z płyty za pomocą roztworu chemicznego. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest chlorek żelaza, ale są też inne opcje, które mają swoje plusy i minusy, takie jak chlorek miedzi, nadtlenek wodoru – kwas siarkowy itp. pamiętaj, aby zastosować niezbędne protokoły bezpieczeństwa, aby z nich korzystać, o ile w niektórych przypadkach możesz mieć do czynienia z silnymi kwasami.

********** Ponownie, istnieje więcej możliwych sposobów prototypowania płytek PCB, więc jeśli jesteś zainteresowany jakąkolwiek metodą, naprawdę zaleca się przeprowadzenie dalszych badań na jej temat, istnieje wiele samouczków, a nawet w instrukcjach, więc nie krępuj się po nie.

Krok 3: Prototypowanie PCB - materiały/warstwy

Po zapoznaniu się z procedurami dotyczącymi prototypowania płytek PCB mogą pojawić się pytania, np. ile warstw mam użyć? Kiedy warto stosować dwuwarstwową płytkę PCB?

Myślę, że nie ma jednoznacznej odpowiedzi na te pytania, ale przy prototypowaniu płytek metodą „zrób to sam” myślę, że zawsze lepiej jest uruchamiać płytki dwuwarstwowe, o ile są one trudniejsze do wykonania i wymagają dużo dodatkowego wysiłku, mimo że są sytuacje, w których nie ma opcji, być może ze względu na złożoność obwodu, a może dlatego, że obwód ma komponenty, które muszą znajdować się w dolnej warstwie, a także komponenty, które są obowiązkowe w górnej warstwie, więc nie ma wyjście, ale zawsze, gdy to możliwe, uważam, że zawsze lepiej jest wybrać jednowarstwową płytkę drukowaną.

Z drugiej strony, płacąc firmie za wykonanie prototypu płytki, zawsze prosiłbym o płytkę 2-warstwową, o ile średni koszt płytek 1-warstwowych i 2-warstwowych jest bardzo podobny, jeśli nie równy, również 2-warstwowa płytka jest łatwa. dużo procesu routingu obwodu.

Możliwe są również płytki drukowane z więcej niż 2 warstwami, ale nie są one potrzebne producentom, o ile tylko bardzo złożone obwody mają takie płytki, są również bardzo drogie w produkcji, co klasyfikuje je jako nieduże niedroga opcja.

Również podczas prototypowania można wybrać rodzaj używanej płyty pierwotnej, istnieje wiele opcji, ale najczęstsze to płyty z włókna szklanego i płyty z włókna fenolowego. Płyta z włókna fenolowego jest nieco tańsza niż płyta z włókna szklanego, ale nie tak dużo, ogólnie płyta z włókna szklanego ma lepsze właściwości mechaniczne i wygląda lepiej po wykończeniu. Ogólnie rzecz biorąc, te cechy nie mają większego znaczenia podczas prototypowania niektórych rodzajów obwodów, ale w rzeczywistości dobrze jest znać dostępne opcje.

Krok 4: Prototypowanie PCB - narzędzia

Istnieje kilka narzędzi, które mogą pomóc w prototypowaniu PCB, ale podstawowe to:

- Lutowane żelazo

- Szczypce elektroniczne

- Elektroniczne lutowanie cyny

- Wiertarka ręczna do PCB

- marker permanentny (w przypadku, gdy polegasz na artystycznej metodzie do prototypowania lub korekty ewentualnych wad w transferach tonera)

Są to minimalne narzędzia, które powinieneś mieć do prototypowania PCB, ale jest mnóstwo zaawansowanych narzędzi, które mogą również pomóc w prototypowaniu, takich jak wiertarki elektryczne, stacje lutownicze itp.

Krok 5: Podsumowanie…

W dzisiejszych czasach dostęp do płatnych usług prototypowania znacznie się zwiększył, stały się one bardziej przystępne cenowo i łatwiejsze w użyciu, więc gdy potrzebujesz profesjonalnie wyglądającego prototypu, po prostu sięgnij po niego, o ile podczas projektowania PCB będzie dostępnych znacznie więcej zasobów, co oznacza mniej ograniczeń, z drugiej strony jeśli szukasz prototypu fast forward, możesz po prostu zrobić to sam w znacznie szybszy sposób, ale z większymi ograniczeniami i może rezultatem, który nie jest tak dobry jak płatny, ale dopasuje się do Twoich potrzeb.

Biorąc pod uwagę obecny scenariusz, jest to również osobisty wybór, biorąc pod uwagę, że płatne usługi prototypowania stały się bardzo dostępne.