Übersicht über PCB-Design und Ätzen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, PCBs zu entwerfen und zu ätzen, von den einfachsten bis zu den anspruchsvollsten. In der Zwischenzeit ist es leicht, sich bei der Auswahl zu verwirren, welche am besten zu Ihren Bedürfnissen passt.

Um einige Fragen wie diese zu klären, beschloss ich, dieses anweisbare zu schreiben, ich bin kein Experte, aber ich habe einige Kenntnisse über das Entwerfen und Ätzen von PCBs.

Es wird also ein allgemeiner Überblick über einige Methoden, Materialien, Software und Werkzeuge gegeben, die zur Herstellung von PCBs verwendet werden können, und zum Glück wird es Ihnen helfen, in das PCB-Design einzusteigen.

Schritt 1: PCB-Design-Software

Abhängig von der Komplexität Ihrer Schaltung ist es nicht geeignet, die Leiterplatte von Hand zu entwerfen. Daher ist die Unterstützung einer speziellen Software, die die richtigen Werkzeuge bietet, um die Arbeit zu erledigen, willkommen. Es gibt mehrere Optionen von PCB-Design-Software, wie Proteus Ares, Eagle, Altium und mehrere Online-Optionen (ich beschreibe nur die gebräuchlichsten und zugänglichsten, aber es gibt sicherlich noch einige andere Optionen).

- Proteus Ares - vielleicht ist dies das erste Programm, an das die Leute denken, wenn es um das Zeichnen von Schaltungen geht, nicht weil es das beste ist, sondern weil es vielleicht das bekannteste ist. Ich persönlich mag es nicht einmal, es nicht einmal zu verwenden (obwohl ich es schon eine Weile benutzt habe), aber es ist eine Option, die man beim Entwerfen von PCBs berücksichtigen sollte. Der große Vorteil der Verwendung von Proteus besteht darin, dass Sie mit Proteus Isis auch die Schaltung simulieren können, auf diese Weise können Sie "sicher" überprüfen, ob die Schaltung funktioniert oder nicht. Auf der anderen Seite sind einige Funktionen und Tools einfach zu verwirrend und es ist auch nicht möglich, jede Komponente zu finden, die Sie möglicherweise benötigen (die Komponentenbibliotheken sind begrenzt), aber Sie können bei Bedarf neue Komponenten erstellen. Eine weitere nicht so gute Nachricht ist, dass dies keine Open-Source-Software ist und je nach der Menge der im Paket enthaltenen Tools sehr teuer ist, zumindest gibt es eine Testversion (mit einigen Einschränkungen natürlich).

- Eagle - dies ist auch eine beliebte Software, wenn es um PCB-Design geht, schlechte Nachrichten, es erlaubt keine Schaltungssimulation Aus diesen Nachteilen heraus gibt es viele coole Features, wie die Möglichkeit, den Schaltplan der Komponenten (bezogen auf das Symbol der Komponente) und das Paket (das die Pads, das Format und die Abmessungen enthält) auf einfache Weise zu bearbeiten, die einfach durch Rechtsklick auf die Komponente und Aufruf der Optionen "Gerät öffnen" bzw. "Paket öffnen" aufgerufen werden. Außerdem gibt es eine große Support-Community, die verschiedene Antworten auf häufige Probleme bei der ersten Verwendung der Software bietet. Darüber hinaus erleichtert diese Community den Zugriff auf mehrere Komponentenbibliotheken, einschließlich offizieller Bibliotheken und derjenigen, die von Benutzern erstellt wurden. Gute Nachrichten, diese Software hat eine Freeware-Version (natürlich mit Einschränkungen, hauptsächlich in Bezug auf die Größe des Boards und die Anzahl der erlaubten Schichten), auch nachdem Eagle kürzlich von Autodesk gekauft wurde, hat Eagle auch eine Studentenversion, die alles enthält die Funktionen des Programms.

- Altium -

- Online-Programme - Es gibt viele Online-Programme für das PCB-Design. Im Allgemeinen sind sie eine gute Option beim Entwerfen einfacherer Schaltungen, vor allem, wenn Sie es eilig haben oder nicht möchten (nicht können)) verbringen viel Zeit damit, die Dynamik eines Programms zu erlernen. Unnötig zu erwähnen, dass sie wirklich auf Funktionen und Möglichkeiten beschränkt sind, einige sind sogar mit einem bestimmten Prototyping-Dienst verbunden. Tolle Neuigkeiten, sie sind immer kostenlos und leicht zugänglich. was in manchen Fällen unabdingbar ist.

Zusammenfassen…

Sie müssen bemerkt haben, dass ich Eagle bevorzuge, was nicht bedeutet, dass die andere Software es nicht wert ist, es ist nur meine persönliche Option, aber im Allgemeinen halten die Leute Eagle für die schlechteste Software, wenn es um die Benutzerfreundlichkeit geht, obwohl Altium t auch so einfach zu bedienen. Mein Hauptpunkt an Eagle ist, dass es unglaubliche Werkzeuge bietet, die leider etwas schwer zu erlernen sind. Meiner Meinung nach, wenn man sich an die Benutzeroberfläche gewöhnt hat, ist es die Mühe wirklich wert.

Ich habe nicht alle auf dem Markt erhältliche Software aufgelistet, sondern die, die ich kenne, daher empfehle ich Ihnen, auch weiter über die PCB-Designsoftware zu recherchieren, falls Sie sich wirklich für dieses Thema interessieren.

Schritt 2: PCB-Prototyping - Methoden

Nachdem Sie die Leiterplatte entworfen haben, ist es Zeit für das Prototyping. Es gibt einige Möglichkeiten, Ihre Leiterplatte zu prototypieren. Sie können dies selbst tun (was die schwierigste ist, die auch mehr Übung erfordert), Sie können für einen Prototyping-Service bezahlen könnte ein lokales (wenn es in Ihrer Heimatstadt verfügbar ist) oder ein Online-Angebot (das für Sie am wahrscheinlichsten verfügbar ist) usw. sein.

Wenn Sie sich entscheiden, den Prototyping-Service zu bezahlen, müssen Sie nach dem Design der Platine einige Dateien im GERBER-Format generieren. Das GERBER-Format ist eine Art Datei, die die gesamte Beschreibung der Leiterplatte enthält, ohne dass sie benötigt wird externe Dateien, im Allgemeinen bietet Ihnen die PCB-Design-Software einige Tools, die Ihnen helfen, die GERBER-Datei der Leiterplatte zu generieren Wenn Sie Zweifel haben, googeln Sie es einfach, solange jede Software eine bestimmte Methode benötigt, um eine GERBER-Datei zu generieren.

**********Bevor Sie den Prototyping-Service anfordern, ist es wichtig, sicherzustellen, dass alles in Ihrem Schaltungsdesign perfekt ist, also überprüfen Sie die Leiterplatte doppelt, dreifach überprüfen ….. sonst könnten Sie es später bereuen

Wenn Sie sich entscheiden, die Leiterplatte selbst zu prototypen, gibt es mehrere Methoden, die Sie verwenden können. Der Fokus liegt auf drei Methoden, vielleicht den gebräuchlichsten, nämlich der Tonertransfermethode, der Fotolithografiemethode und der "künstlerischen" Methode.

- "Künstlerische" Methode - wenn Ihre Leiterplatte einfach ist oder Sie vielleicht gut zeichnen können, können Sie die Vias und Trails einfach manuell zeichnen, indem Sie einen Permanentmarker verwenden, natürlich unter Berücksichtigung der Abmessungen der Komponenten Ich habe schon mehrere PCBs auf diese Weise gemacht, einige davon haben sich als gute herausgestellt, aber ich benutze diese Technik nicht mehr, solange die PCBs komplexer werden, also würde ich sagen, dass dies eine Einstiegsmethode ist, und wenn man die Verfügbarkeit bedenkt Von mehreren anderen Methoden denke ich, dass es sich nicht lohnt, diese Methode zu verwenden, wenn die Leiterplatten komplexer werden.

- Tonertransfermethode - Ich denke, dies ist die gebräuchlichste Methode unter den Herstellern, sie ist ziemlich einfach und erfordert auch nicht viele Werkzeuge, was ihre Popularität erklären würde. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Toner auf den Neukarton zu übertragen, im Allgemeinen verwenden Hersteller die Wärmeübertragung, bei der das Layout, natürlich mit einem Laserdrucker, auf bestimmten Papiersorten (wie Glanzpapier, Transparentfolie usw.) gedruckt wird. die die "vollständige" Übertragung des Toners auf den Neukarton ermöglicht, dann wird der Toner normalerweise durch Erhitzen des Toners gegen den Kupferkarton mit einem Bügeleisen auf den Neukarton übertragen. Es gibt auch andere Möglichkeiten, den Toner auf den Kupferdrucker zu übertragen, beispielsweise auf chemische Weise, und einige Hersteller drucken den Toner auch direkt in das Kupfer, indem sie den Drucker so einrichten, dass er diese Funktion unterstützt.

- Photolithographie-Methode - meiner Meinung nach ist dies die härteste Methode und auch die teuerste, aber wenn Sie sie richtig durchführen, werden die Ergebnisse einfach beeindruckend sein (eigentlich wird dies die Methode, die bei professionellen PCBs am häufigsten verwendet wird). Bei diesem Verfahren wird lichtempfindliche Farbe gleichmäßig auf die Neuplatine aufgetragen, danach wird die Farbe mit UV-Licht belichtet, mit Ausnahme der Pads, Vias und Trails, die mit einer Fotomaske bedeckt sind (entsprechend dem Schaltungslayout), schließlich Der Lack wird entwickelt und bleibt nur in den Bereichen, die der UV-Strahlung nicht ausgesetzt waren, also den Pads, Vias und Trails.

Nachdem Sie die Vias, Pads und Trails auf die Kupferplatine übertragen haben, ist es unabhängig von der Methode, die Sie verwendet haben, Zeit zum Ätzen. Die am häufigsten verwendete Lösung ist Eisenchlorid, aber es gibt auch andere Optionen, die auch Vor- und Nachteile haben, wie Kupferchlorid, Wasserstoffperoxid – Schwefelsäure usw. Wie auch immer, egal für welche Ätzsubstanz Sie sich entscheiden, stellen Sie einfach her Beachten Sie unbedingt die notwendigen Sicherheitsprotokolle, um sie zu verwenden, solange Sie in einigen Fällen mit starken Säuren zu tun haben.

********** Auch hier gibt es mehr Möglichkeiten zum Prototyping von PCBs. Wenn Sie also an einer Methode interessiert sind, ist es wirklich empfehlenswert, sich weiter zu informieren. Es gibt eine Reihe von Tutorials und sogar in instructables, also fühlen Sie sich frei, für sie zu gehen.

Schritt 3: PCB-Prototyping - Materialien/Schichten

Nachdem Sie einige Verfahren zum Prototyping von PCBs kennengelernt haben, könnten einige Fragen auftauchen, wie z. B. wie viele Schichten sollte ich verwenden? Wann lohnt es sich, eine 2-Lagen-Leiterplatte zu verwenden?

Ich denke, dass es keine definitive Antwort auf diese Fragen gibt, aber beim Prototyping von PCBs mit DIY-Methoden denke ich, dass es immer besser ist, mit 2-Lagen-PCBs zu arbeiten, solange sie schwieriger zu machen sind und viel zusätzlichen Aufwand erfordern, obwohl Es gibt Situationen, in denen es keine Optionen gibt, vielleicht wegen der Komplexität der Schaltung oder vielleicht, weil die Schaltung Komponenten enthält, die sich zwingend in der unteren Schicht befinden müssen, und auch Komponenten, die sich in der obersten Schicht befinden müssen, also gibt es keine Ausweg, aber wann immer möglich halte ich es für besser, sich für 1-Layer-PCBs zu entscheiden.

Auf der anderen Seite, wenn ich ein Unternehmen für den Prototypen Ihrer Leiterplatte bezahle, würde ich immer nach einer 2-Lagen-Leiterplatte fragen, solange die durchschnittlichen Kosten von 1-Lagen-Leiterplatten und 2-Lagen-Leiterplatten sehr ähnlich sind, wenn nicht gleich, auch die 2-Lagen-Leiterplatten erleichtern sich viel der Routing-Prozess der Schaltung.

Leiterplatten mit mehr als 2 Lagen sind auch möglich, aber sie sind für Hersteller ziemlich unähnlich, solange sie nur hochkomplexe Schaltungen haben, außerdem sind sie sehr teuer in der Herstellung, was sie als nicht viel einstufen bezahlbare Variante.

Auch beim Prototyping können Sie wählen, welche Art von Neuware Sie verwenden möchten. Es gibt viele Optionen, aber die häufigsten sind Glasfaserplatten und Phenolfaserplatten. Die Phenolfaserplatte ist etwas billiger als die Glasfaserplatte, aber nicht so viel, im Allgemeinen hat die Glasfaserplatte bessere mechanische Eigenschaften und sieht auch im fertigen Zustand besser aus. Aber im Allgemeinen spielen diese Eigenschaften beim Prototyping einiger Arten von Schaltungen keine große Rolle, aber es ist eigentlich gut, die verfügbaren Optionen zu kennen.

Schritt 4: PCB-Prototyping - Tools

Es gibt mehrere Tools, die beim Prototyping Ihrer Leiterplatte helfen können, aber die grundlegenden sind die:

- Lötkolben

- Elektronische Zange

- Elektronisches Lötzinn

- PCB-Handbohrmaschine

- einen permanenten Marker (falls Sie sich auf die künstlerische Methode verlassen, um Ihren Prototyp zu erstellen oder möglicherweise Fehler in den Tonertransfers zu korrigieren)

Dies sind die minimalen Werkzeuge, die Sie zum Prototyping einer Leiterplatte benötigen sollten, aber es gibt unzählige fortschrittliche Werkzeuge, die Ihnen auch beim Prototypen helfen könnten, wie z. B. elektrische Bohrmaschinen, Lötstationen usw.

Schritt 5: Zusammenfassend…

Heutzutage hat der Zugang zu kostenpflichtigen Prototyping-Diensten stark zugenommen, sie wurden erschwinglicher und benutzerfreundlicher. Wenn Sie also einen professionell aussehenden Prototypen benötigen, gehen Sie einfach darauf ein, solange beim Design Ihrer Leiterplatte viel mehr Ressourcen zur Verfügung stehen weniger Einschränkungen, auf der anderen Seite, wenn Sie nach einem Fast-Forward-Prototyp suchen, können Sie ihn viel schneller selbst machen, aber mit mehr Einschränkungen und möglicherweise einem Ergebnis, das nicht so gut ist wie das bezahlte, aber das wird Ihren Bedürfnissen entsprechen.

In Anbetracht des aktuellen Szenarios ist es auch eine persönliche Entscheidung, wenn man bedenkt, dass kostenpflichtige Prototyping-Dienste leicht zugänglich wurden.