مروری بر طراحی و حکاکی PCB: 5 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

روشهای مختلفی برای طراحی و حکاکی PCB وجود دارد ، از ساده ترین آنها تا پیچیده ترین. در همین حال ، به راحتی می توانید در مورد اینکه کدام را انتخاب کنید ، کدام مناسب نیازهای شما باشد ، گیج شوید.

به منظور روشن شدن برخی از سوالات مانند این ، تصمیم گرفتم این مطلب را به صورت آموزشی بنویسم ، من متخصص نیستم ، اما در مورد طراحی و حکاکی PCB اطلاعاتی دارم.

بنابراین ، یک مرور کلی در مورد برخی از روش ها ، مواد ، نرم افزارها و ابزارهایی که ممکن است برای تولید PCB استفاده شود ، بررسی می شود و خوشبختانه می تواند به شما در طراحی PCB کمک کند.

مرحله 1: نرم افزار طراحی PCB

بسته به پیچیدگی مدار شما ، طراحی PCB با دست مناسب نیست ، بنابراین پشتیبانی از یک نرم افزار خاص که ابزارهای مناسب را برای انجام کار ارائه می دهد ، استقبال می شود. چندین گزینه برای نرم افزار طراحی PCB وجود دارد ، مانند Proteus Ares ، Eagle ، Altium و چندین گزینه آنلاین (من فقط رایج ترین و در دسترس ترین آنها را شرح می دهم ، اما مطمئناً چندین گزینه دیگر نیز وجود دارد).

- پروتئوس آرس - شاید این اولین برنامه ای باشد که مردم در مورد طراحی مدارها به آن فکر می کنند ، نه به این دلیل که بهترین برنامه است ، بلکه به دلیل آن است که شاید شناخته شده ترین آن باشد. من شخصاً دوست ندارم حتی از آن استفاده کنم (اگرچه مدتی است که از آن استفاده کرده ام) ، اما این گزینه ای است که هنگام طراحی PCB باید در نظر گرفته شود. مزیت بزرگ استفاده از پروتئوس این است که شما همچنین می توانید مدار را شبیه سازی کنید ، با استفاده از پروتئوس ایسیس ، به این ترتیب می توانید "مطمئنا" بررسی کنید که آیا مدار کار می کند یا خیر. از سوی دیگر ، برخی از ویژگی ها و ابزارها برای درک بسیار گیج کننده هستند و همچنین نمی توان همه اجزای مورد نیاز خود را پیدا کرد (کتابخانه های اجزا محدود هستند) ، اما در صورت لزوم می توانید اجزای جدیدی ایجاد کنید. یک خبر خوب دیگر ، این یک نرم افزار منبع باز نیست و بسته به میزان ابزارهای موجود در بسته ، واقعا گران است ، حداقل نسخه آزمایشی (البته با محدودیت های متعدد) وجود دارد.

- Eagle - این نیز یک نرم افزار محبوب در زمینه طراحی PCB است ، خبر بد این است که اجازه شبیه سازی مدار را نمی دهد ، همچنین هنگام استفاده از این نرم افزار ، ممکن است کمی در مورد رابط کاربری آن ناراحت شوید ، که تا حدودی متفاوت است ، اگرچه جدا از هم از این معایب بسیاری از ویژگی های جالب وجود دارد ، مانند امکان ویرایش شماتیک اجزاء (مربوط به نماد قطعه) و بسته (که شامل پدها ، قالب و ابعاد است) به روشی آسان ، که می تواند فقط با کلیک راست روی جزء و دسترسی به گزینه های "باز کردن دستگاه" یا "باز کردن بسته" به ترتیب قابل دسترسی است. همچنین ، یک جامعه پشتیبانی بزرگ وجود دارد که چندین پاسخ را برای مسائل متداول هنگام استفاده از نرم افزار ارائه می دهد ، علاوه بر این این جامعه دسترسی به چندین کتابخانه اجزاء ، از جمله کتابخانه های رسمی و آنهایی که توسط کاربران ایجاد شده است را نیز آسان می کند. خبر خوب ، این نرم افزار دارای نسخه رایگان است (البته با محدودیت هایی که عمدتاً مربوط به اندازه برد و تعداد لایه های مجاز است) ، همچنین پس از خرید اخیر توسط Autodesk ، Eagle یک نسخه دانشجویی نیز دارد که شامل همه ویژگی های برنامه

- آلتیم -

- برنامه های آنلاین - برنامه های آنلاین زیادی وجود دارد که برای طراحی PCB طراحی شده است ، به طور کلی ، آنها هنگام طراحی مدارهای ساده تر ، عمدتا زمانی که عجله دارید یا نمی خواهید (نمی توانید) گزینه خوبی هستند.) زمان زیادی را صرف یادگیری پویایی یک برنامه کنید. نیازی به گفتن نیست که آنها واقعاً محدود به ویژگی ها و امکانات هستند ، برخی از آنها حتی به یک سرویس نمونه سازی خاص مرتبط هستند ، اخبار عالی آنها همیشه رایگان و به راحتی در دسترس هستند. که در برخی موارد ضروری است.

خلاصه…

حتماً متوجه شده اید که من Eagle را ترجیح می دهم ، این بدان معنا نیست که نرم افزارهای دیگر ارزش آن را ندارند ، این تنها گزینه شخصی من است ، اما در واقع مردم در مورد قابلیت استفاده ، Eagle را بدترین گزینه می دانند ، حتی اگر Altium isn ' استفاده از آن نیز آسان است نکته اصلی من در مورد عقاب این است که ابزارهای باورنکردنی را ارائه می دهد ، اما متأسفانه یادگیری نحوه استفاده از آنها کمی سخت است ، به نظر من وقتی به رابط کاربری آن عادت می کنید ، واقعاً ارزش تلاش را دارد.

من تمام نرم افزارهای موجود در بازار را فهرست نکردم ، نرم افزارهایی را که می شناسم لیست کردم ، بنابراین به شما توصیه می کنم در صورت علاقه مندی شما به این موضوع ، در مورد نرم افزار طراحی PCB نیز تحقیقات بیشتری انجام دهید.

مرحله 2: نمونه سازی PCB - روش ها

پس از طراحی PCB ، نوبت به نمونه سازی می رسد ، راه هایی برای نمونه سازی PCB شما وجود دارد ، شما می توانید این کار را خودتان انجام دهید (که سخت ترین کار است ، همچنین موردی که نیاز به تمرین بیشتری دارد) ، می توانید هزینه خدمات نمونه سازی را بپردازید. ممکن است محلی (در صورت موجود بودن در شهر خود) یا آنلاین (که به احتمال زیاد برای شما در دسترس است) و غیره باشد.

اگر تصمیم به پرداخت هزینه خدمات نمونه سازی دارید ، پس از طراحی برد ، لازم است تعدادی فایل با فرمت GERBER ایجاد کنید ، فرمت GERBER نوعی از فایل است که تمام توضیحات PCB را بدون نیاز به هیچ فایلهای خارجی ، به طور کلی نرم افزار طراحی PCB ابزارهایی را برای کمک به شما در تولید فایل GERBER PCB به شما ارائه می دهد ، بنابراین این کار چندان مهمی نیست ، همچنین آموزشهای زیادی در مورد نحوه ایجاد یک فایل GERBER وجود دارد ، بنابراین در هر زمان شما در شک هستید ، فقط آن را در گوگل جستجو کنید ، به شرطی که هر نرم افزار روش خاصی را برای تولید یک فایل GERBER در نظر بگیرد.

********** قبل از درخواست خدمات نمونه سازی ، مهم است که مطمئن شوید همه چیز در طراحی مدار شما کامل است ، بنابراین دوبار بررسی کنید ، PCB را سه بار بررسی کنید … ، در غیر این صورت ممکن است بعداً پشیمان شوید

اگر تصمیم دارید نمونه اولیه PCB را خودتان بسازید ، چندین روش وجود دارد که می توانید از آنها استفاده کنید ، تمرکز بر سه روش است ، شاید رایج ترین آنها ، روش انتقال تونر ، روش فوتولیتوگرافی و روش "هنری" باشد.

- روش "هنری" - اگر PCB شما ساده است ، یا شاید اگر شما در طراحی خوب هستید ، می توانید به سادگی با استفاده از نشانگر دائمی ، ویاس و مسیرها را بکشید ، البته با رعایت ابعاد اجزا ، در حال حاضر چندین PCB به این روش انجام شده است ، برخی از آنها روشهای خوبی بودند ، اما من دیگر از این تکنیک استفاده نمی کنم ، تا زمانی که PCB پیچیده تر شده است ، بنابراین من می گویم که این یک روش ورود است و با توجه به در دسترس بودن از چند روش دیگر ، من فکر نمی کنم ارزش استفاده از این روش را هر زمان که PCB پیچیده تر می شود ، داشته باشد.

- روش انتقال تونر - من فکر می کنم این متداول ترین روش در بین سازندگان است ، تا حدودی ساده است و همچنین ابزارهای زیادی برای انجام آن لازم نیست ، که محبوبیت آن را توضیح دهد. روشهای مختلفی برای انتقال تونر به تخته بکر وجود دارد ، به طور کلی سازندگان از انتقال حرارت استفاده می کنند ، که در آن طرح چاپ شده است ، البته با استفاده از چاپگر لیزری ، در برخی از انواع کاغذ (مانند کاغذ براق ، فیلم شفاف و غیره) که امکان انتقال "کامل" تونر به تخته بکر را فراهم می کند ، سپس تونر به طور معمول با گرم کردن تونر در برابر تخته کوپر با استفاده از اتوی پارچه ای به تخته بکر منتقل می شود. همچنین روشهای دیگری برای انتقال تونر به دستگاه کوپر وجود دارد ، مانند روشهای شیمیایی ، و همچنین برخی از سازندگان با نصب چاپگر در پشتیبانی از این ویژگی ، تونر را مستقیماً روی مس چاپ می کنند.

- روش فوتولیتوگرافی - به نظر من این سخت ترین روش و همچنین گران ترین روش است ، اما اگر آن را به درستی انجام دهید ، نتایج فقط چشمگیر خواهد بود (در واقع ، این روشی است که بیشتر در PCB های حرفه ای استفاده می شود). در این روش ، رنگ معقول عکس به طور یکنواخت روی تخته بکر استفاده می شود ، پس از آن رنگ در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار می گیرد ، به استثنای پدها ، ویاس ها و مسیرهایی که توسط یک ماسک عکس پوشانده شده است (که مطابق با طرح مدار است) ، در نهایت رنگ توسعه یافته است ، تنها در مناطقی می ماند که در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش قرار نگرفته اند ، که عبارتند از لنت ، ویاس و مسیرها.

پس از دریافت ویاس ، لنت ها و مسیرهای منتقل شده به تخته کوپر ، از هر روشی که استفاده کردید ، زمان اچینگ فرا رسیده است ، همچنین روش های مختلفی برای اچینگ وجود دارد ، اما آنها اساساً شامل فرسایش کوپر نمایان شده از روی تخته با استفاده از محلول شیمیایی هستند. رایج ترین محلول مورد استفاده کلرید فریک است ، اما گزینه های دیگری نیز وجود دارد که دارای مزایا و معایبی نیز هستند ، مانند کلرید کاپریک ، پراکسید هیدروژن - اسید سولفوریک و غیره. مطمئن شوید که از پروتکل های ایمنی لازم برای استفاده از آنها استفاده می کنید ، تا زمانی که در برخی موارد ممکن است با برخی از اسیدهای قوی برخورد کنید.

********** باز هم ، روشهای بیشتری برای نمونه سازی PCB وجود دارد ، بنابراین اگر به هر روشی علاقه دارید ، توصیه می شود در مورد آن تحقیق بیشتری انجام دهید ، تعدادی آموزش وجود دارد و حتی در دستورالعمل ها ، بنابراین با خیال راحت به دنبال آنها باشید.

مرحله 3: نمونه سازی PCB - مواد/لایه ها

پس از آشنایی با برخی از روشهای نمونه اولیه PCB ، ممکن است برخی از سوالات مطرح شود ، مانند اینکه از چند لایه باید استفاده کنم؟ چه زمانی ارزش استفاده از PCB 2 لایه را دارد؟

من فکر می کنم که هیچ پاسخ قطعی برای این سوالات وجود ندارد ، اما هنگام نمونه سازی PCB با استفاده از روش های DIY ، من فکر می کنم همیشه بهتر است از 2 لایه PCB استفاده کنم ، به شرطی که انجام آنها سخت تر باشد و تلاش زیادی انجام دهند ، حتی اگر شرایطی وجود دارد که در آنها هیچ گزینه ای وجود ندارد ، شاید به دلیل پیچیدگی مدار یا شاید به این دلیل که مدار دارای اجزایی است که در لایه زیرین اجباری هستند و همچنین اجزایی که در لایه بالا اجباری هستند ، بنابراین هیچ راه حل ، اما در صورت امکان من همیشه فکر می کنم بهتر است از PCB های 1 لایه استفاده کنم.

از طرف دیگر ، هنگام پرداخت مبلغی به شرکت برای نمونه اولیه PCB شما ، من همیشه خواهان یک PCB 2 لایه هستم ، مادامی که هزینه متوسط 1 لایه PCB و 2 لایه PCB واقعاً مشابه باشد اگر برابر نباشد ، همچنین 2 لایه PCB را نیز آسان می کند. روند مسیریابی مدار بسیار زیاد است.

PCB هایی با بیش از 2 لایه نیز امکان پذیر است ، اما کاملاً متفاوت از نیاز سازندگان به آنهاست ، مادامی که مدارهای بسیار پیچیده ای از این نوع PCB ها برخوردار باشند ، همچنین تولید آنها بسیار گران است ، که آنها را به عنوان طبقه بندی بسیار زیاد طبقه بندی می کند. گزینه مقرون به صرفه

همچنین هنگام نمونه سازی می توانید نوع تخته بکر را انتخاب کنید ، گزینه های زیادی وجود دارد ، اما رایج ترین آنها تخته های فیبر شیشه ای و تخته فیبر فنلی هستند. فیبر فنلی کمی ارزان تر از شیشه الیافی است ، اما نه چندان زیاد ، به طور کلی تخته شیشه الیافی دارای ویژگی های مکانیکی بهتری است و همچنین پس از اتمام به نظر می رسد بهتر است. اما به طور کلی این ویژگیها هنگام نمونه سازی برخی از مدارها اهمیت چندانی ندارند ، اما در واقع خوب است که گزینه های موجود را بدانید.

مرحله 4: نمونه سازی PCB - ابزارها

چندین ابزار وجود دارد که می توانند هنگام نمونه سازی PCB شما کمک کنند ، اما ابزارهای اصلی عبارتند از:

- آهن لحیم کاری

- انبردست الکترونیکی

- لحیم قلع الکترونیکی

- پرس مته دستی PCB

- یک نشانگر دائمی (در صورتی که برای نمونه اولیه خود به روش هنری تکیه کرده اید یا شاید بتوانید ایرادات احتمالی در انتقال تونر را اصلاح کنید)

اینها حداقل ابزارهایی هستند که برای نمونه اولیه PCB باید داشته باشید ، اما تعداد زیادی ابزار پیشرفته وجود دارد که ممکن است به شما در ساخت نمونه اولیه کمک کند ، مانند دستگاه های مته برقی ، ایستگاه های لحیم کاری و غیره.

مرحله 5: جمع بندی…

امروزه دسترسی به خدمات نمونه اولیه پرداخت شده بسیار افزایش یافته ، مقرون به صرفه تر و استفاده از آنها آسان تر شده است ، بنابراین هر زمان که به نمونه ای حرفه ای نیاز دارید ، فقط به دنبال آن باشید ، تا زمانی که منابع بیشتری در هنگام طراحی PCB شما در دسترس باشد ، این بدان معناست که محدودیت های کمتر ، از طرف دیگر اگر به دنبال نمونه اولیه سریع هستید ، می توانید این کار را به تنهایی با روش بسیار سریعتر انجام دهید ، اما با محدودیت های بیشتر و شاید نتیجه ای که به خوبی پرداخت شده نیست ، اما متناسب با نیازهای شما خواهد بود

با توجه به سناریوی فعلی ، این نیز یک انتخاب شخصی است ، با توجه به اینکه خدمات نمونه اولیه پرداخت شده بسیار در دسترس قرار گرفت.