Panoramica sulla progettazione e incisione PCB: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Esistono diversi modi per progettare e incidere i PCB, dai più semplici ai più sofisticati. Nel frattempo è facile confondersi su quale scegliere, quale si adatta meglio alle proprie esigenze.

Per chiarire alcune domande come questa, ho deciso di scrivere questo istruibile, non sono un esperto, ma ho una certa conoscenza della progettazione e dell'incisione di PCB.

Quindi, verrà presa una panoramica generale su alcuni metodi, materiali, software e strumenti che potrebbero essere utilizzati per produrre PCB e fortunatamente sarà in grado di aiutarti ad entrare nella progettazione di PCB.

Passaggio 1: software di progettazione PCB

A seconda della complessità del vostro circuito, non è adatto progettare il PCB a mano, quindi è gradito il supporto di un software specifico che offra gli strumenti giusti per portare a termine il lavoro. Ci sono diverse opzioni di software di progettazione PCB, come Proteus Ares, Eagle, Altium e diverse opzioni online (sto descrivendo solo le più comuni e accessibili, ma sicuramente ci sono molte altre opzioni).

- Proteus Ares - forse questo è il primo programma a cui la gente penserebbe quando si tratta di disegnare circuiti, non perché sia il migliore, ma perché forse è il più conosciuto. Personalmente non mi piace nemmeno non usarlo (anche se lo uso già da un po'), ma è un'opzione da considerare quando si progettano i PCB. Il grande vantaggio di usare Proteus è che puoi anche simulare il circuito, usando Proteus Isis, in questo modo puoi "sicuramente" verificare se il circuito funziona o meno. D'altra parte, alcune funzionalità e strumenti sono troppo confusi da capire e inoltre non è possibile trovare tutti i componenti di cui hai bisogno (le librerie di componenti sono limitate), ma puoi creare nuovi componenti se necessario. Un'altra notizia non eccezionale, questo non è un software open source, ed è davvero costoso a seconda della quantità di strumenti inclusi nel pacchetto, almeno esiste una versione di prova (con diverse limitazioni ovviamente).

- Eagle - questo è anche un software popolare quando si tratta di progettazione di PCB, cattive notizie non consente la simulazione del circuito, inoltre quando si utilizza per la prima volta questo software, potresti sentirti un po' a disagio con la sua interfaccia, che è un po' diversa, anche se a parte da questi svantaggi ci sono molte funzioni interessanti, come la possibilità di modificare lo schema dei componenti (relativo al simbolo del componente) e il pacchetto (che include i pad, il formato e le dimensioni) in modo semplice, che può essere accessibile semplicemente facendo clic con il tasto destro del mouse sul componente e accedendo rispettivamente alle opzioni "apri dispositivo" o "apri pacchetto". Inoltre, esiste una vasta comunità di supporto, che fornisce diverse risposte ai problemi comuni affrontati durante il primo utilizzo del software, inoltre questa comunità facilita anche l'accesso a diverse librerie di componenti, comprese le librerie ufficiali e quelle create dagli utenti. Buone notizie, questo software ha una versione freeware (con limitazioni ovviamente legate principalmente alla dimensione della scheda e al numero di livelli consentiti), inoltre, dopo essere stato recentemente acquistato da Autodesk, Eagle ha anche una versione per studenti che include tutte le le caratteristiche del programma.

- Altium -

- Programmi online - ci sono molti programmi online destinati alla progettazione di PCB, in generale, sono una buona opzione quando si progettano circuiti più semplici, principalmente quando si ha fretta, o se non si vuole (non si può) dedicano molto tempo all'apprendimento delle dinamiche di un programma. Inutile dire che sono davvero limitate per funzionalità e possibilità, alcune sono addirittura legate ad uno specifico servizio di prototipazione, ottime notizie sono sempre gratuite e facilmente accessibili. che è essenziale in alcuni casi.

Riassumendo…

Avrai capito che preferisco Eagle, il che non significa che gli altri software non valgano la pena, è solo una mia opzione personale, ma in realtà in generale le persone considerano Eagle il peggiore quando si tratta di usabilità, anche se Altium non lo è t anche così facile da usare. Il mio punto principale su Eagle è che offre strumenti incredibili, che purtroppo sono un po' difficili da imparare a usare, secondo me quando ti abitui alla sua interfaccia, ne vale davvero la pena.

Non ho elencato tutti i software disponibili sul mercato, ho elencato quelli che conosco, quindi ti consiglio di fare anche un'ulteriore ricerca sul software di progettazione PCB, nel caso fossi davvero interessato a questo argomento.

Fase 2: Prototipazione PCB - Metodi

Dopo aver progettato il PCB, è il momento della prototipazione, ci sono alcuni modi per prototipare il tuo PCB, puoi farlo da solo (che è il più difficile, anche quello che richiede più pratica), puoi pagare per un servizio di prototipazione, potrebbe essere uno locale (se è disponibile nella tua città) o online (che è il più probabile che sia disponibile per te) ecc.

Se si decide di pagare il servizio di prototipazione, dopo aver progettato la scheda, sarà necessario generare dei file in formato GERBER, il formato GERBER è una sorta di file che conserva l'intera descrizione del PCB senza bisogno di alcun file esterni, in generale il software di progettazione PCB ti offre alcuni strumenti per aiutarti a generare il file GERBER del PCB, quindi non è molto, inoltre ci sono tonnellate di tutorial su come generare un file GERBER, quindi ogni volta che sei in dubbio, basta cercarlo su Google, purché ogni software utilizzi un metodo specifico per generare un file GERBER.

**********Prima di richiedere il servizio di prototipazione, è importante assicurarsi che tutto sia perfetto nella progettazione del circuito, quindi ricontrolla, ricontrolla il PCB….., altrimenti potresti pentirtene in seguito

Se decidi di prototipare il PCB da solo ci sono diversi metodi che puoi usare, l'attenzione si concentrerà su tre metodi, forse i più comuni, che sono il metodo di trasferimento del toner, il metodo fotolitografico e il metodo "artistico".

- Metodo "Artistico" - se il tuo PCB è semplice, o forse tu se sei bravo a disegnare, puoi semplicemente disegnare le vie e le tracce manualmente, usando un pennarello indelebile, ovviamente rispettando le dimensioni dei componenti, ho ho già fatto diversi PCB in questo modo, alcuni si sono rivelati buoni, ma non uso più questa tecnica, finché i PCB hanno iniziato a diventare più complessi, quindi direi che questo è un metodo di ingresso e considerando la disponibilità di molti altri metodi, non credo valga la pena usare questo metodo ogni volta che i PCB iniziano a diventare più complessi.

- Metodo di trasferimento del toner - Penso che questo sia il metodo più comune tra i produttori, è piuttosto semplice e inoltre non richiede molti strumenti per essere eseguito, il che spiegherebbe la sua popolarità. Esistono diversi modi per trasferire il toner sulla tavola vergine, in genere i produttori utilizzano il trasferimento di calore, in cui il layout viene stampato, utilizzando una stampante laser ovviamente, in alcuni tipi di carta specifici (come carta lucida, lucidi ecc.) che consente il trasferimento "completo" del toner sulla scheda vergine, quindi il toner viene trasferito sulla scheda vergine normalmente riscaldando il toner contro la scheda cooper utilizzando un ferro da stiro. Esistono anche altri modi per trasferire il toner al bottaio, come i modi chimici, e anche alcuni produttori stampano direttamente il toner nel rame, adattando la stampante a supportare questa funzione.

- Metodo fotolitografia - secondo me questo è il metodo più difficile, e anche il più costoso, ma se lo esegui correttamente, i risultati saranno semplicemente impressionanti (in realtà, questo è il metodo più utilizzato nei PCB professionali). In questo metodo, la vernice fotosensibile viene applicata uniformemente sulla scheda vergine, dopo di che la vernice viene esposta ai raggi UV, ad eccezione dei pad, dei vias e delle scie che sono coperti da una fotomaschera (che corrispondono al layout del circuito), infine la vernice si sviluppa, rimanendo solo nelle zone che non sono state esposte ai raggi UV, che sono le pastiglie, le vie e le scie.

Dopo aver trasferito i vias, i pad e le tracce sulla cooper board, qualunque sia il metodo utilizzato, è il momento dell'incisione, inoltre ci sono diversi modi per eseguire l'incisione, ma sostanzialmente consistono nell'erodere il rame esposto dalla scheda utilizzando una soluzione chimica. La soluzione più comunemente utilizzata è il cloruro ferrico, ma ci sono anche altre opzioni, che hanno anche vantaggi e svantaggi, come il cloruro rameico, il perossido di idrogeno - acido solforico ecc. assicurati di adottare i protocolli di sicurezza necessari per utilizzarli, purché in alcuni casi potresti trattare con alcuni acidi potenti.

********** Di nuovo, ci sono più modi possibili di prototipazione di PCB, quindi se sei interessato a qualsiasi metodo è davvero consigliabile fare un'ulteriore ricerca su di esso, ci sono un sacco di tutorial là fuori e persino in istruttori, quindi sentiti libero di prenderli.

Fase 3: Prototipazione PCB - Materiali/Strati

Dopo aver appreso alcune procedure su come prototipare i PCB, potrebbero sorgere alcune domande, ad esempio, quanti strati dovrei usare? Quando vale la pena utilizzare un PCB a 2 strati?

Penso che non ci sia una risposta definitiva a queste domande, ma quando si prototipano PCB utilizzando metodi fai-da-te, penso che sia sempre meglio eseguire PCB a 2 strati, purché siano più difficili da fare e richiedano uno sforzo extra, anche se ci sono situazioni in cui non ci sono opzioni, forse a causa della complessità del circuito o forse perché il circuito ha componenti che sono obbligatori per essere nello strato inferiore e anche componenti che sono obbligatori per essere nello strato superiore, quindi non c'è via d'uscita, ma quando possibile considero sempre meglio optare per PCB a 1 strato.

D'altra parte, quando pago un'azienda per prototipare il tuo PCB, chiederei sempre un PCB a 2 strati, purché il costo medio di PCB a 1 strato e PCB a 2 strati sia molto simile se non uguale, anche il PCB a 2 strati facilita molto il processo di routing del circuito.

Sono possibili anche PCB con più di 2 strati, ma è abbastanza diverso che i produttori ne abbiano bisogno, purché solo circuiti altamente complessi abbiano questo tipo di PCB, inoltre sono molto costosi da produrre, il che li classifica come non molto opzione conveniente.

Anche durante la prototipazione puoi scegliere quale tipo di pannello vergine utilizzare, ci sono molte opzioni, ma i più comuni sono i pannelli in fibra di vetro e il pannello in fibra fenolica. Quello in fibra fenolica è un po' più economico di quello in fibra di vetro, ma non così tanto, in generale il pannello in fibra di vetro ha migliori caratteristiche meccaniche e anche un aspetto migliore una volta finito. Ma in generale queste caratteristiche non sono un grosso problema quando si prototipano alcuni tipi di circuiti, ma in realtà è utile conoscere le opzioni disponibili.

Fase 4: Prototipazione PCB - Strumenti

Esistono diversi strumenti che possono aiutare durante la prototipazione del PCB, ma quelli di base sono:

- Saldatore

- Pinze elettroniche

- Saldatore elettronico a stagno

- Trapano a mano per PCB

- un pennarello indelebile (nel caso ti affidi al metodo artistico per prototipare il tuo, o magari per correggere eventuali difetti nei trasferimenti di toner)

Questi sono gli strumenti minimi che dovresti avere per prototipare un PCB, ma ci sono tonnellate di strumenti avanzati che potrebbero anche aiutarti a prototipare, come trapani elettrici, stazioni di saldatura, ecc.

Passaggio 5: Riassumendo…

Al giorno d'oggi l'accesso ai servizi di prototipazione a pagamento è aumentato molto, sono diventati più convenienti e più facili da usare, quindi ogni volta che hai bisogno di un prototipo dall'aspetto professionale, fallo, purché siano disponibili molte più risorse durante la progettazione del tuo PCB, il che significa meno limitazioni, d'altra parte se stai cercando un prototipo fast forward, puoi semplicemente farlo da solo in un modo molto più veloce, ma con più limitazioni e forse un risultato che non è buono come quello a pagamento, ma che soddisferà le tue esigenze.

Considerando lo scenario attuale è anche una scelta un po' personale, visto che i servizi di prototipazione a pagamento sono diventati altamente accessibili.