ภาพรวมการออกแบบและการแกะสลัก PCB: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

มีหลายวิธีในการออกแบบและแกะสลัก PCB จากแบบง่ายที่สุดไปจนถึงแบบที่ซับซ้อนที่สุด ในขณะเดียวกัน มันง่ายที่จะสับสนว่าจะเลือกอันไหนดี อันไหนจะเหมาะกับความต้องการของคุณที่สุด

เพื่อชี้แจงคำถามบางอย่างเช่นนี้ ฉันตัดสินใจเขียนคำสั่งนี้ ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ แต่ฉันมีความรู้เกี่ยวกับการออกแบบและการแกะสลักของ PCB

ดังนั้น ภาพรวมทั่วไปเกี่ยวกับวิธีการ วัสดุ ซอฟต์แวร์และเครื่องมือบางอย่างที่อาจใช้ในการผลิต PCB จะถูกนำมาใช้ และโชคดีที่จะช่วยให้คุณเข้าสู่การออกแบบ PCB ได้

ขั้นตอนที่ 1: ซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB

ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของวงจรของคุณ การออกแบบ PCB ด้วยมือนั้นไม่เหมาะ ดังนั้นจึงยินดีต้อนรับการสนับสนุนซอฟต์แวร์เฉพาะที่มีเครื่องมือที่เหมาะสมเพื่อให้งานสำเร็จลุล่วง ซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB มีหลายตัวเลือก เช่น Proteus Ares, Eagle, Altium และตัวเลือกออนไลน์อีกหลายตัว (ฉันกำลังอธิบายเฉพาะตัวเลือกทั่วไปและเข้าถึงได้มากที่สุดเท่านั้น แต่แน่นอนว่ามีตัวเลือกอื่นๆ อีกหลายตัว)

- Proteus Ares - บางทีนี่อาจเป็นโปรแกรมแรกๆ ที่ผู้คนจะนึกถึงเมื่อพูดถึงการวาดวงจร ไม่ใช่เพราะมันเป็นโปรแกรมที่ดีที่สุด แต่เพราะมันอาจเป็นที่รู้จักมากที่สุด โดยส่วนตัวแล้วฉันไม่ชอบแม้แต่จะใช้มัน (แม้ว่าฉันจะใช้มันมาระยะหนึ่งแล้ว) แต่ก็เป็นตัวเลือกที่ควรพิจารณาเมื่อออกแบบ PCB ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของการใช้ Proteus คือคุณสามารถจำลองวงจรได้โดยใช้ Proteus Isis วิธีนี้จะทำให้คุณ "แน่ใจ" ในการตรวจสอบว่าวงจรทำงานหรือไม่ ในทางกลับกัน คุณลักษณะและเครื่องมือบางอย่างนั้นสร้างความสับสนเกินกว่าจะเข้าใจ และยังไม่สามารถค้นหาทุกองค์ประกอบที่คุณต้องการได้ (ไลบรารีของส่วนประกอบมีจำกัด) แต่คุณสามารถสร้างส่วนประกอบใหม่ได้หากจำเป็น ข่าวดีอีกอย่างคือ นี่ไม่ใช่ซอฟต์แวร์โอเพ่นซอร์ส และมีราคาแพงมากขึ้นอยู่กับจำนวนเครื่องมือที่รวมอยู่ในแพ็กเก็ต อย่างน้อยก็มีเวอร์ชันทดลอง (แน่นอนว่ามีข้อจำกัดหลายประการ)

- Eagle - นี่เป็นซอฟต์แวร์ยอดนิยมเมื่อพูดถึงการออกแบบ PCB ข่าวร้ายที่ไม่อนุญาตให้จำลองวงจร นอกจากนี้ เมื่อใช้ซอฟต์แวร์นี้ในครั้งแรก คุณอาจรู้สึกไม่สบายใจเล็กน้อยเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซของมัน ซึ่งแตกต่างกันเล็กน้อย แม้ว่าจะแยกจากกัน จากข้อเสียเหล่านี้ มีคุณสมบัติเจ๋งๆ มากมาย เช่น ความเป็นไปได้ในการแก้ไขแผนผังส่วนประกอบ (ที่เกี่ยวข้องกับสัญลักษณ์ของส่วนประกอบ) และแพ็คเกจ (ซึ่งรวมถึงแผ่นรอง รูปแบบ และขนาด) ด้วยวิธีง่าย ๆ ซึ่งสามารถ สามารถเข้าถึงได้โดยคลิกขวาที่ส่วนประกอบและเข้าถึงตัวเลือก "อุปกรณ์เปิด" หรือ "เปิดแพ็คเกจ" ตามลำดับ นอกจากนี้ยังมีชุมชนสนับสนุนขนาดใหญ่ที่ให้คำตอบหลายข้อสำหรับปัญหาทั่วไปที่ต้องเผชิญกับเมื่อใช้ซอฟต์แวร์เป็นครั้งแรก นอกจากนี้ ชุมชนนี้ยังช่วยให้การเข้าถึงไลบรารีส่วนประกอบต่างๆ ง่ายขึ้น รวมถึงไลบรารีอย่างเป็นทางการและที่สร้างขึ้นโดยผู้ใช้ ข่าวดี ซอฟต์แวร์นี้มีเวอร์ชันฟรีแวร์ (แน่นอนว่ามีข้อจำกัด ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับขนาดของบอร์ดและจำนวนเลเยอร์ที่อนุญาต) นอกจากนี้ หลังจากที่ Autodesk เพิ่งซื้อไปไม่นาน Eagle ก็ยังมีเวอร์ชันสำหรับนักเรียนซึ่งมีทั้งหมด คุณสมบัติของโปรแกรม

- อัลเทียม -

- โปรแกรมออนไลน์ - มีโปรแกรมออนไลน์มากมายสำหรับการออกแบบ PCB โดยทั่วไปแล้ว พวกมันเป็นตัวเลือกที่ดีเมื่อออกแบบวงจรที่ง่ายกว่า ส่วนใหญ่เมื่อคุณรีบร้อน หรือถ้าคุณไม่อยากทำ (ทำไม่ได้)) ใช้เวลามากในการเรียนรู้พลวัตของโปรแกรม ไม่จำเป็นต้องพูดว่ามันจำกัดอยู่แค่ฟีเจอร์และความเป็นไปได้ บางอย่างก็เชื่อมโยงกับบริการสร้างต้นแบบเฉพาะ ข่าวดีก็คือ บริการเหล่านี้ฟรีและเข้าถึงได้ง่ายเสมอ ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นในบางกรณี

สรุป…

คุณต้องรู้ว่าฉันชอบ Eagle มากกว่า ซึ่งไม่ได้หมายความว่าซอฟต์แวร์อื่นไม่คุ้มค่า มันเป็นเพียงตัวเลือกส่วนตัวของฉัน แต่จริงๆ แล้วคนทั่วไปมองว่า Eagle แย่ที่สุดเมื่อพูดถึงการใช้งาน แม้ว่า Altium จะไม่ใช่ ที่ใช้งานง่ายเกินไป ประเด็นหลักของฉันเกี่ยวกับ Eagle คือมันมีเครื่องมือที่น่าทึ่ง ซึ่งน่าเศร้าที่เรียนรู้วิธีใช้งานยากเล็กน้อย ในความคิดของฉัน เมื่อคุณคุ้นเคยกับอินเทอร์เฟซของมัน มันคุ้มค่ากับความพยายามจริงๆ

ฉันไม่ได้แสดงรายการซอฟต์แวร์ทั้งหมดที่มีในตลาด ฉันแสดงรายการซอฟต์แวร์ที่ฉันรู้ ดังนั้นฉันแนะนำให้คุณทำการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับซอฟต์แวร์การออกแบบ PCB ด้วย ในกรณีที่คุณสนใจเรื่องนี้จริงๆ

ขั้นตอนที่ 2: การสร้างต้นแบบ PCB - วิธีการ

หลังจากออกแบบ PCB แล้ว ก็ถึงเวลาสร้างต้นแบบ มีบางวิธีในการสร้างต้นแบบ PCB ของคุณ คุณสามารถทำได้ด้วยตัวเอง (ซึ่งเป็นวิธีที่ยากที่สุด และยังต้องอาศัยการฝึกฝนเพิ่มเติมด้วย) คุณสามารถชำระค่าบริการสร้างต้นแบบได้ อาจเป็นท้องถิ่น (หากมีในบ้านเกิดของคุณ) หรือออนไลน์ (ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะพร้อมใช้งานสำหรับคุณมากที่สุด) เป็นต้น

หากคุณตัดสินใจชำระค่าบริการสร้างต้นแบบ หลังจากออกแบบบอร์ดแล้ว จำเป็นต้องสร้างไฟล์บางไฟล์ในรูปแบบ GERBER รูปแบบ GERBER เป็นไฟล์ประเภทหนึ่งที่เก็บคำอธิบายทั้งหมดของ PCB ได้โดยไม่ต้องใช้ ไฟล์ภายนอก โดยทั่วไปแล้ว ซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB มีเครื่องมือบางอย่างที่จะช่วยคุณสร้างไฟล์ GERBER ของ PCB ซึ่งไม่มากนัก นอกจากนี้ยังมีบทช่วยสอนมากมายเกี่ยวกับวิธีสร้างไฟล์ GERBER ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่ คุณมีข้อสงสัย เพียงแค่ google ตราบใดที่แต่ละซอฟต์แวร์ใช้วิธีการเฉพาะในการสร้างไฟล์ GERBER

**********ก่อนที่จะขอบริการสร้างต้นแบบ สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าทุกอย่างสมบูรณ์แบบในการออกแบบวงจรของคุณ ดังนั้นตรวจสอบอีกครั้ง ตรวจสอบ PCB สามครั้ง….. ไม่เช่นนั้นคุณอาจเสียใจในภายหลัง

หากคุณตัดสินใจที่จะสร้างต้นแบบ PCB ด้วยตัวเอง มีหลายวิธีที่คุณสามารถใช้ได้ โฟกัสจะอยู่ที่สามวิธี ซึ่งอาจจะเป็นวิธีที่พบบ่อยที่สุด นั่นคือ วิธีการถ่ายโอนผงหมึก วิธีการถ่ายภาพด้วยแสง และวิธีการ "ศิลปะ"

- วิธี "ศิลปะ" - ถ้า PCB ของคุณเป็นแบบธรรมดา หรือบางทีถ้าคุณวาดรูปเก่ง คุณสามารถวาดจุดแวะและเส้นทางได้ด้วยตนเอง โดยใช้เครื่องหมายถาวร ซึ่งแน่นอนว่าต้องคำนึงถึงขนาดของส่วนประกอบด้วย ทำ PCB แบบนี้มาหลายตัวแล้ว บางอันกลับกลายเป็นว่าดี แต่ฉันไม่ได้ใช้เทคนิคนี้แล้ว ตราบใดที่ PCB เริ่มซับซ้อนขึ้น ฉันจะบอกว่านี่เป็นวิธีการเข้า และพิจารณาความพร้อมใช้งาน จากวิธีอื่นๆ หลายวิธี ฉันไม่คิดว่ามันคุ้มค่าที่จะใช้วิธีนี้เมื่อใดก็ตามที่ PCB เริ่มซับซ้อนมากขึ้น

- วิธีการโอนผงหมึก - ฉันคิดว่านี่เป็นวิธีการทั่วไปที่สุดในบรรดาผู้ผลิต มันค่อนข้างง่ายและไม่ต้องใช้เครื่องมือมากมายในการดำเนินการ ซึ่งจะอธิบายความนิยมได้ มีหลายวิธีในการถ่ายโอนผงหมึกไปยังบอร์ดเวอร์จิน โดยทั่วไปผู้ผลิตมักใช้การถ่ายเทความร้อนซึ่งเลย์เอาต์ถูกพิมพ์โดยใช้เครื่องพิมพ์เลเซอร์แน่นอนในกระดาษบางประเภท (เช่นกระดาษมัน, ฟิล์มใส ฯลฯ) ที่ช่วยให้การถ่ายโอนผงหมึก "สมบูรณ์" ไปยังบอร์ดเวอร์จิน จากนั้นผงหมึกจะถูกถ่ายโอนไปยังบอร์ดเวอร์จินตามปกติโดยให้ความร้อนกับผงหมึกกับบอร์ดคูเปอร์โดยใช้เตารีดผ้า นอกจากนี้ยังมีวิธีอื่นๆ ในการถ่ายโอนผงหมึกไปยังคูเปอร์ เช่น วิธีทางเคมี และผู้ผลิตบางรายอาจพิมพ์ผงหมึกเป็นทองแดงโดยตรง โดยติดตั้งเครื่องพิมพ์ให้เข้ากับคุณสมบัตินี้

- วิธีการโฟโตลิโทกราฟี - ในความคิดของฉัน นี่เป็นวิธีที่ยากที่สุด และยังเป็นวิธีที่แพงที่สุดด้วย แต่ถ้าคุณทำอย่างถูกต้อง ผลลัพธ์จะน่าประทับใจมาก (อันที่จริง นี่เป็นวิธีที่ส่วนใหญ่ใช้ใน PCB ระดับมืออาชีพ) ในวิธีนี้ สีที่เหมาะสมกับภาพถ่ายจะถูกนำไปใช้อย่างสม่ำเสมอบนกระดานเวอร์จิน หลังจากที่สีนั้นถูกแสงยูวี ยกเว้นแผ่นอิเล็กโทรด จุดแวะ และรอยทางที่ปกคลุมด้วยโฟโตมาสก์ (ซึ่งสอดคล้องกับเลย์เอาต์ของวงจร) ในที่สุด สีได้รับการพัฒนาโดยจะอยู่เฉพาะในบริเวณที่ไม่ได้รับรังสี UV เท่านั้น ได้แก่ แผ่นอิเล็กโทรด จุดแวะ และทางเดิน

หลังจากได้รับ Vias, pads และ trails ที่ถ่ายโอนไปยัง cooper board ไม่ว่าคุณจะใช้วิธีใดก็ตาม ก็ถึงเวลาสำหรับการแกะสลัก นอกจากนี้ยังมีวิธีการแกะสลักหลายวิธี แต่โดยทั่วไปประกอบด้วยการกัดเซาะ cooper ที่เปิดเผยออกจากกระดานโดยใช้สารเคมี สารละลายที่ใช้กันมากที่สุดคือ Ferric Chloride แต่ก็มีทางเลือกอื่นๆ ที่มีทั้งข้อดีและข้อเสีย เช่น Cupric Chloride, Hydrogen Peroxide – Sulphuric Acid เป็นต้น ไม่ว่าคุณจะเลือกใช้สารเร่งปฏิกิริยาชนิดใด ต้องแน่ใจว่าได้ใช้โปรโตคอลความปลอดภัยที่จำเป็น ตราบใดที่ในบางกรณีคุณอาจจัดการกับกรดที่มีฤทธิ์แรงบางชนิด

********** อีกครั้ง มีวิธีที่เป็นไปได้มากขึ้นในการสร้างต้นแบบ PCB ดังนั้นหากคุณสนใจวิธีการใดๆ ขอแนะนำให้ทำวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับมันจริงๆ มีแบบฝึกหัดมากมายอยู่ที่นั่นและแม้กระทั่ง ในการสอนดังนั้นอย่าลังเลที่จะไปหาพวกเขา

ขั้นตอนที่ 3: การสร้างต้นแบบ PCB - วัสดุ/เลเยอร์

หลังจากที่ได้ทราบขั้นตอนเกี่ยวกับวิธีการสร้าง PCB ต้นแบบแล้ว คำถามบางอย่างก็อาจจะเกิดขึ้น เช่น ฉันควรใช้เลเยอร์กี่ชั้น? เมื่อใดจึงควรใช้ PCB 2 ชั้น

ฉันคิดว่าไม่มีคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามเหล่านี้ แต่เมื่อสร้างต้นแบบของ PCB โดยใช้วิธี DIY ฉันคิดว่ามันจะดีกว่าเสมอที่จะเรียกใช้จาก PCB 2 ชั้น ตราบใดที่พวกมันทำได้ยากกว่าและใช้ความพยายามอย่างมาก มีบางสถานการณ์ที่ไม่มีตัวเลือกอาจเป็นเพราะความซับซ้อนของวงจรหรืออาจเป็นเพราะวงจรมีส่วนประกอบที่จำเป็นต้องอยู่ในชั้นล่างและส่วนประกอบที่จำเป็นต้องอยู่ในชั้นบนจึงไม่มี ทางออก แต่เมื่อใดก็ตามที่เป็นไปได้ฉันคิดว่าควรใช้ PCB 1 ชั้นเสมอ

ในทางกลับกัน เมื่อจ่ายเงินให้บริษัทสร้างต้นแบบ PCB ของคุณ ฉันมักจะขอ PCB 2 ชั้นเสมอ ตราบใดที่ต้นทุนเฉลี่ยของ PCB 1 ชั้นและ 2 ชั้นของ PCB นั้นใกล้เคียงกันมาก ถ้าไม่เท่ากัน และ PCB 2 ชั้นก็สะดวก มากกระบวนการกำหนดเส้นทางของวงจร

PCB ที่มีมากกว่า 2 ชั้นก็เป็นไปได้เช่นกัน แต่ก็ค่อนข้างแตกต่างจากที่ผู้ผลิตต้องการตราบใดที่วงจรที่ซับซ้อนสูงเท่านั้นที่มี PCB ประเภทนี้และมีราคาแพงในการผลิตซึ่งจัดเป็นไม่มาก ตัวเลือกที่ไม่แพง

นอกจากนี้ เมื่อสร้างต้นแบบ คุณสามารถเลือกชนิดของบอร์ดเวอร์จินที่จะใช้ มีตัวเลือกมากมาย แต่ตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดคือแผ่นใยแก้วและแผ่นใยฟีนอล เส้นใยฟีนอลมีราคาถูกกว่าใยแก้วเล็กน้อย แต่ไม่มากนัก โดยทั่วไปแล้ว แผ่นใยแก้วมีคุณสมบัติทางกลที่ดีกว่าและยังดูดีขึ้นเมื่อทำเสร็จแล้ว แต่โดยทั่วไปแล้ว ลักษณะเหล่านี้ไม่ได้เป็นเรื่องใหญ่เมื่อสร้างต้นแบบวงจรบางประเภท แต่จริงๆ แล้ว เป็นการดีที่จะทราบตัวเลือกที่มีอยู่

ขั้นตอนที่ 4: การสร้างต้นแบบ PCB - เครื่องมือ

มีเครื่องมือหลายอย่างที่สามารถช่วยได้ในขณะที่สร้างต้นแบบ PCB ของคุณ แต่เครื่องมือพื้นฐานคือ:

- หัวแร้ง

- คีมไฟฟ้า

- บัดกรีดีบุกอิเล็กทรอนิกส์

- เครื่องเจาะมือ PCB

- มาร์กเกอร์ถาวร (ในกรณีที่คุณใช้วิธีการทางศิลปะเพื่อสร้างต้นแบบ หรืออาจแก้ไขข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นในการถ่ายโอนผงหมึก)

เครื่องมือเหล่านี้เป็นเครื่องมือขั้นต่ำที่คุณควรจะต้องมีเพื่อสร้างต้นแบบ PCB แต่มีเครื่องมือขั้นสูงมากมายที่อาจช่วยคุณสร้างต้นแบบได้เช่นกัน เช่น เครื่องเจาะไฟฟ้า สถานีบัดกรี เป็นต้น

ขั้นตอนที่ 5: สรุป…

ทุกวันนี้การเข้าถึงบริการสร้างต้นแบบแบบชำระเงินเพิ่มขึ้นอย่างมาก พวกเขากลายเป็นราคาที่ถูกกว่าและใช้งานง่ายกว่า ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่คุณต้องการต้นแบบที่ดูเป็นมืออาชีพ เพียงแค่ลงมือทำ ตราบใดที่ทรัพยากรยังมีให้มากขึ้นในขณะที่ออกแบบ PCB ของคุณ ซึ่งหมายความว่า ข้อจำกัดที่น้อยกว่า ในทางกลับกัน ถ้าคุณกำลังมองหา Fast Forward Prototype คุณสามารถทำได้ด้วยตัวเองในวิธีที่เร็วกว่ามาก แต่ด้วยข้อจำกัดที่มากกว่าและอาจได้ผลลัพธ์ที่ไม่ค่อยดีเท่าตัวที่จ่ายไป แต่นั่น จะตรงกับความต้องการของคุณ

เมื่อพิจารณาจากสถานการณ์ปัจจุบันแล้ว มันก็เป็นทางเลือกส่วนบุคคลเช่นกัน เมื่อพิจารณาว่าบริการสร้างต้นแบบแบบชำระเงินนั้นสามารถเข้าถึงได้ง่าย