Дизайн печатной платы (PCB) - это процесс создания физической компоновки электрической схемы на печатной плате. Печатные платы представляют собой тонкие платы из стекловолокна, меди и других материалов, способных удерживать и соединять различные электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и интегральные микросхемы. PCB широко применяются в различных областях, таких как компьютеры, смартфоны, медицинские устройства, автомобильные системы и аэрокосмическое оборудование.

В этой статье мы расскажем о базовых шагах и инструментах для дизайна печатных плат, а также дадим несколько советов и bewst-практик для того, чтобы помочь вам начать. Мы также поясним разницу между PCB и PCBA, двумя терминами, которые часто путают или используют взаимозаменяемо.

Чем отличается PCB от PCBA?

Прежде чем мы погрузимся в шаги дизайна печатной платы, давайте разъясним разницу между PCB и PCBA. Согласно EMSG Inc., основное различие между этими двумя терминами заключается в том, что **PCB относится к пустой плате с электрической цепью**, в то время как **PCBA относится к плате, содержащей все необходимые электронные компоненты для нормальной работы**. Плата PCB еще не функциональна, потому что на ней нет необходимых компонентов, в то время как PCBA - полная и функциональная плата.

PCB и PCBA - это две разные части одного процесса: PCBA создается поверх существующей PCB. Процесс прикрепления компонентов к PCB называется сборкой печатной платы или PCBA. Таким образом, "дизайн PCB" относится к процессу создания компоновки дорожек и площадок на PCB, в то время как "сборка PCB" относится к процессу пайки или монтажа компонентов на PCB.

Шаг 1: Захват схемы

Первый шаг дизайна печатной платы - создать схему вашей схемы. Схематическая диаграмма - это графическое представление компонентов и соединений в вашей схеме, с использованием стандартизированных символов и обозначений. Схематическая диаграмма помогает вам визуализировать функциональность и логику вашей схемы, а также выявить ошибки или несоответствия, прежде чем перейти к следующему шагу.

Существует много программных инструментов для захвата схемы, таких как EasyEDA, Flux, Altium Designer и KiCad. Эти инструменты позволяют вам перетаскивать компоненты из библиотек, рисовать провода и шины, добавлять метки и аннотации, и экспортировать вашу схему в виде изображения или файла, который можно импортировать другими инструментами.

Шаг 2: Создание пустой компоновки PCB

Следующим шагом дизайна печатной платы является создание пустой компоновки PCB на основе вашей схематической диаграммы. Компоновка PCB - это двумерное представление физических размеров и форм вашей платы и ее компонентов. Компоновка PCB также показывает слои медных дорожек, переходов, площадок, отверстий и других характеристик, которые будут вытравлены или сверлены на вашей PCB.

Чтобы создать пустую компоновку PCB, вам нужно выбрать размер и форму вашей платы, количество и толщину слоев, тип и цвет маски для пайки и шелкографии, а также другие параметры. Вы можете использовать те же программные инструменты, что и на шаге 1, или использовать специализированные инструменты для компоновки PCB, такие как Eagle, OrCAD или PADS. Эти инструменты позволяют вам импортировать ваш файл схемы, определить контур и слои вашей платы, установить правила и ограничения проектирования и создать список связей, связывающих ваши компоненты с соответствующими площадками и дорожками.

Шаг 3: Размещение компонентов и прокладка дорожек

Третий шаг дизайна печатной платы - разместить ваши компоненты на вашей компоновке PCB и прокладывать дорожки между ними

. Это самый сложный и трудоемкий шаг процесса, так как он требует тщательного планирования и оптимизации для достижения наилучшей производительности, надежности и производственной способности вашей платы.

Размещение компонентов включает в себя решение, где разместить каждый компонент на вашей плате, принимая во внимание такие факторы, как электрический шум, отвод тепла, целостность сигнала, механическая устойчивость, доступность и эстетика. Вы можете использовать программные инструменты для перетаскивания и бросания компонентов из вашего списка связей на вашу плату, вращать и переворачивать их при необходимости, выравнивать их по сетке или направляющим и располагать их группами или кластерами.

Прокладка дорожек включает в себя соединение каждого компонента с соответствующими площадками и дорожками на вашей плате, следуя связям, созданным из вашей схематической диаграммы. Вы можете использовать программные инструменты для ручного рисования дорожек или автоматического использования автопереносов. Вы также можете использовать различные режимы маршрутизации (например, одиночные или дифференциальные), ширины (например, узкие или широкие), стили (например, прямые или изогнутые), углы (например, 45° или 90°), слои (например, верхние или нижние) и переходы (например, сквозные или слепые) для оптимизации вашей маршрутизации.

Шаг 4: Проверка и экспорт вашего дизайна

Последний шаг дизайна печатной платы - проверить ваш дизайн на наличие ошибок или проблем, которые могут повлиять на его функциональность или производственную способность. Вы можете использовать программные инструменты для выполнения различных проверок и симуляций вашего дизайна, таких как проверка электрических правил (ERC), проверка правил дизайна (DRC), анализ целостности сигнала (SIA), тепловой анализ (TA), анализ электромагнитной совместимости (EMC) и т. д. Эти проверки и симуляции помогут вам выявить и решить любые проблемы с вашим дизайном перед отправкой его на фабрикацию.

Когда вы удовлетворены своим дизайном, вы можете экспортировать его в файловый формат, который может быть прочитан вашим производителем печатных плат. Самый распространенный файловый формат для этой цели - Gerber, который содержит всю информацию о слоях, характеристиках, размерах, цветах вашей платы и т. д. Вы также можете экспортировать другие файлы, которые могут потребоваться вашему производителю или сборщику, такие как файлы сверловки (для отверстий), файлы выбора и размещения (для размещения компонентов), файлы счета материалов (BOM) (для списка компонентов) и т. д.

Заключение

Дизайн печатной платы - это сложный и увлекательный процесс, включающий множество шагов и инструментов. Следуя базовым шагам и советам, изложенным в этой статье, вы можете создать свой собственный дизайн печатной платы для вашего проекта. Однако это только введение в тему, и есть еще много аспектов и деталей, которые вы можете изучить и исследовать. Мы надеемся, что эта статья вызвала ваш интерес и любопытство к дизайну печатных плат, и мы призываем вас продолжать учиться и совершенствовать свои навыки в этой области.