Για το σχεδιασμό PCB

Ο σχεδιασμός PCB είναι αναπόσπαστο μέρος κάθε έργου ανάπτυξης ηλεκτρονικών προϊόντων. Ο σχεδιασμός PCB χρησιμοποιεί ένα εργαλείο λογισμικού CAD για να δημιουργήσει μια τρισδιάστατη απόδοση ενός PCB από ένα δισδιάστατο σχηματικό, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την κατασκευή της πλακέτας. Ένας βελτιστοποιημένος σχεδιασμός PCB διασφαλίζει ότι η πλακέτα κυκλώματος αποδίδει όπως επιθυμείται και εντός των αναμενόμενων προδιαγραφών. Οι σχεδιαστές PCB πρέπει να ακολουθούν μια συγκεκριμένη διαδικασία που ακολουθεί τα βήματα του μηχανικού ορισμού, της κρίσιμης τοποθέτησης, της τοποθέτησης, της κρίσιμης δρομολόγησης, της δρομολόγησης, των τελικών ελέγχων κανόνων σχεδιασμού και της δημιουργίας outjobs.

• Εργαλεία λογισμικού σχεδιασμού PCB

Πολλά πακέτα λογισμικού σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD) είναι διαθέσιμα, ορισμένα δωρεάν και άλλα που απαιτούν πληρωμή.

Τα Altium Designer, PADs, Allegro και OrCAD είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα εργαλεία λογισμικού σχεδιασμού PCB. Για πιο απλά σχέδια και φοιτητές μηχανικών και χομπίστες, δωρεάν εργαλεία CAD όπως το Kicad και το ExpressPCB. Αυτά τα εργαλεία είναι περιορισμένα στον χειρισμό πιο σύνθετων σχεδίων και έχουν περιορισμένες δυνατότητες σε σύγκριση.

Τα χαρακτηριστικά και οι δυνατότητες του λογισμικού σχεδιασμού PCB μπορεί να διαφέρουν αρκετά από εργαλείο σε εργαλείο. Ένας μηχανικός ή σχεδιαστής μπορεί συχνά να επιλέξει ένα συγκεκριμένο εργαλείο επειδή έχει τα απαραίτητα χαρακτηριστικά που δεν έχουν άλλα εργαλεία. Τα πιο βασικά εργαλεία σχεδιασμού PCB παρέχουν πολύ πιο βασικές λειτουργίες και χαρακτηριστικά. Το λογισμικό που πρέπει να πληρώσουν οι εταιρείες προσφέρει περισσότερα χαρακτηριστικά και δυνατότητες, όπως σύνθετη δρομολόγηση με καθορισμένους κανόνες σχεδιασμού και προσομοίωση σήματος δρομολόγησης.

Καθώς τα PCB γίνονται όλο και πιο περίπλοκα και συχνά σε πολύ μικρότερο αποτύπωμα, τα πακέτα λογισμικού επί πληρωμή προτιμώνται συχνά, αν όχι απαιτούνται.

• Σύλληψη Σχηματικού

Ένα από τα πρώτα βήματα στην ανάπτυξη ηλεκτρονικών προϊόντων είναι η δημιουργία μιας προδιαγραφής σχεδιασμού. Αυτό το έγγραφο περιγράφει τις απαιτήσεις της πλακέτας και προσδιορίζει κρίσιμα εξαρτήματα, ταχύτητες σήματος, διαφορικά ζεύγη κ.λπ.

Μόλις ολοκληρωθεί η προδιαγραφή, μπορεί να ξεκινήσει η σύλληψη σχηματικού. Τα σχηματικά PCB σχεδιάζονταν χειρόγραφα και μερικές φορές εξακολουθούν να είναι, αλλά τα περισσότερα σχηματικά σχεδιάζονται ή «συλλαμβάνονται» χρησιμοποιώντας λογισμικό CAD.

Ένα σχηματικό PCB είναι ένα δισδιάστατο σχέδιο που δείχνει ποια εξαρτήματα συνδέονται με άλλα εξαρτήματα και παρέχει οδηγίες για το πώς να διατάξετε τα ίχνη στην πλακέτα. Χρησιμοποιώντας λογισμικό CAD, τα σύμβολα σχηματικού δημιουργούνται από τον μηχανικό για κάθε εξάρτημα, το οποίο στη συνέχεια συνδέεται με ένα αποτύπωμα PCB ή μοτίβο γης. Τα αποτυπώματα δημιουργούνται από τον σχεδιαστή PCB και καθορίζουν τις φυσικές διαστάσεις κάθε εξαρτήματος, τις θέσεις των ακίδων και εάν είναι SMT ή thru-hole.

• Τοποθέτηση εξαρτημάτων

Ο σχεδιασμός PCB λαμβάνει τα δισδιάστατα σχηματικά και δημιουργεί μια τρισδιάστατη απόδοση. Μόλις ολοκληρωθεί το σχηματικό και έχουν οριστεί μηχανικές προδιαγραφές όπως το μέγεθος και το σχήμα της πλακέτας, οι περιορισμοί και οι πληροφορίες διάτρησης, η τοποθέτηση εξαρτημάτων είναι το πρώτο βήμα στη διαδικασία σχεδιασμού PCB. Τα αποτυπώματα PCB πρέπει να έχουν όλες τις απαιτούμενες πληροφορίες εισαγωγής πριν μπορέσουν να τοποθετηθούν στο σχέδιο. πρέπει να έχουν όλες τις σχετικές πληροφορίες ορισμένες

Πριν εμβαθύνουμε πολύ στην τοποθέτηση εξαρτημάτων, είναι απαραίτητο να τοποθετήσουμε κατά προσέγγιση εξαρτήματα, συχνά σε σχετικές ομάδες, για να πάρουμε μια ιδέα για το πού θα βρίσκονται και αν θα χωρέσουν όλα στην πλακέτα. Είναι απαραίτητο να εξετάσουμε πώς θα επικοινωνούν διαφορετικά εξαρτήματα και την ταχύτητα με την οποία τα σήματα πρέπει να διατηρηθούν. Μια άσκηση κατά προσέγγιση τοποθέτησης μπορεί επίσης να βοηθήσει στον προσδιορισμό του πόσα στρώματα θα απαιτηθούν για την απόκτηση μιας στοίβας. Στη συνέχεια έρχεται η κρίσιμη δρομολόγηση, που σημαίνει ίχνη με πολύ αυστηρούς περιορισμούς που ο σχεδιαστής PCB δεν θα μετακινήσει αργότερα. Μόλις κλειδωθούν οι κρίσιμες διαδρομές, γίνεται μια πιο γενική τοποθέτηση. Η τελική τοποθέτηση πρέπει να επανεξεταστεί διεξοδικά, επειδή οι αλλαγές τοποθέτησης μετά την έναρξη της δρομολόγησης μπορεί να οδηγήσουν στην αναγκαστική απομάκρυνση και επανάληψη της εργασίας.

• Δρομολόγηση

Η δρομολόγηση συνδέει τα εξαρτήματα με ίχνη όπως υποδεικνύεται από το σχηματικό. Για πολύπλοκα σχέδια με πολλούς περιορισμούς και απαιτήσεις, ορισμένα εργαλεία λογισμικού επιτρέπουν στον σχεδιαστή να εισαγάγει ένα σύνολο κανόνων σχεδιασμού. Εάν παραβιαστεί ένας κανόνας, θα επισημανθεί κατά τη διάρκεια ενός ελέγχου κανόνων σχεδιασμού. Στη συνέχεια, μια λίστα δικτύου, ένα αρχείο που βασίζεται σε κείμενο, δημιουργείται από το σχηματικό. Η λίστα δικτύου περιέχει πληροφορίες όπως αναφορές σχεδιαστών και αριθμούς ακίδων. Δείχνει επίσης ποια εξαρτήματα πρέπει να συνδεθούν με άλλα εξαρτήματα.

Το πρώτο βήμα της δρομολόγησης είναι να τοποθετήσετε τις κρίσιμες διαδρομές. Αυτές είναι διαδρομές όπου τα σήματα πρέπει να ταξιδεύουν με μια συγκεκριμένη ταχύτητα, να κάνουν τη σύνδεση εντός ενός απαιτούμενου χρονικού περιορισμού ή διαφορικά ζεύγη. Αυτά θα κλειδωθούν όταν ολοκληρωθούν. Οι κρίσιμες διαδρομές ολοκληρώνονται πρώτα, όπου το μέγεθος και το μήκος του ίχνους είναι ζωτικής σημασίας. Οι υπόλοιπες διαδρομές τοποθετούνται στη συνέχεια, συνήθως με τη σειρά δυσκολίας ή πολυπλοκότητας. Αυτά τα ίχνη συχνά ανεβαίνουν και κατεβαίνουν μέσω στρώσεων μέσω διαφορετικών τύπων vias. Ο σχεδιαστής PCB πρέπει να κάνει μια τελική λεπτομερή ανασκόπηση και όλες οι παραβιάσεις DRC είτε διορθώνονται είτε διαγράφονται.

• Παραγωγικές έξοδοι

Μόλις ολοκληρωθεί και εγκριθεί η διαδικασία σχεδιασμού PCB, δημιουργούνται τα δεδομένα για την κατασκευή. Τα αρχεία Gerber είναι εικόνες που χρησιμοποιούνται για να δείξουν τα διαφορετικά στρώματα και θα χρησιμοποιηθούν με ένα φωτοπλοτέρ για κατασκευή. Άλλα αρχεία που απαιτούνται για την κατασκευή είναι η μεταξοτυπία, η μάσκα συγκόλλησης και η διάτρηση και δρομολόγηση NC.

Για τη συναρμολόγηση, χρησιμοποιείται ένα ολόκληρο άλλο σύνολο αρχείων για τον προγραμματισμό των διαφόρων μηχανημάτων που εμπλέκονται στη διαδικασία. Αυτά περιλαμβάνουν μια λίστα υλικών (BOM), ώστε τα εξαρτήματα να μπορούν να προέρχονται και να αγοράζονται, ένα αρχείο pick-and-place που χρησιμοποιείται για τον προγραμματισμό της μηχανής pick-and-place και τη λίστα δικτύου για λειτουργική δοκιμή και επιθεώρηση.