Обзор проектирования и травления печатных плат: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Существует несколько способов проектирования и травления печатных плат, от самых простых до самых сложных. Между тем, легко запутаться в том, какой из них лучше всего подходит для ваших нужд.

Чтобы прояснить некоторые подобные вопросы, я решил написать это руководство, я не эксперт, но у меня есть некоторые знания о проектировании и травлении печатных плат.

Итак, будет сделан общий обзор некоторых методов, материалов, программного обеспечения и инструментов, которые могут быть использованы для производства печатных плат, и, к счастью, он сможет помочь вам в проектировании печатных плат.

Шаг 1. Программное обеспечение для проектирования печатных плат

В зависимости от сложности вашей схемы проектирование печатной платы вручную не подходит, поэтому поддержка специального программного обеспечения, которое предлагает правильные инструменты для выполнения работы, приветствуется. Есть несколько вариантов программного обеспечения для проектирования печатных плат, таких как Proteus Ares, Eagle, Altium и несколько онлайн-вариантов (я описываю только самые распространенные и доступные, но наверняка есть несколько других вариантов).

- Proteus Ares - возможно, это первая программа, о которой люди подумают, когда дело доходит до рисования схем, не потому, что она лучшая, а потому, что она, возможно, самая известная. Мне лично не нравится даже не использовать его (хотя я уже использовал его некоторое время), но это вариант, который следует учитывать при разработке печатных плат. Большим преимуществом использования Proteus является то, что вы также можете моделировать схему с помощью Proteus Isis, таким образом, вы можете «наверняка» проверить, работает ли схема или нет. С другой стороны, некоторые функции и инструменты слишком запутаны для понимания, а также невозможно найти все компоненты, которые могут вам понадобиться (библиотеки компонентов ограничены), но при необходимости вы можете создавать новые компоненты. Еще одна не очень хорошая новость, это не программное обеспечение с открытым исходным кодом, и это действительно дорого, в зависимости от количества инструментов, включенных в пакет, по крайней мере, есть пробная версия (с некоторыми ограничениями, конечно).

- Eagle - это также популярное программное обеспечение, когда дело доходит до проектирования печатных плат, плохие новости: оно не позволяет моделировать схемы, а также при первом использовании этого программного обеспечения вы можете почувствовать себя немного неудобно из-за его интерфейса, который немного отличается, хотя и отличается Из этих недостатков есть множество интересных функций, таких как возможность редактирования схемы компонентов (связанной с символом компонента) и пакета (который включает площадки, формат и размеры) простым способом, что может можно получить доступ, просто щелкнув компонент правой кнопкой мыши и выбрав параметры «открыть устройство» или «открыть пакет» соответственно. Кроме того, существует большое сообщество поддержки, которое предоставляет несколько ответов на общие проблемы, возникающие при первом использовании программного обеспечения, кроме того, это сообщество также упрощает доступ к нескольким библиотекам компонентов, включая официальные библиотеки и библиотеки, созданные пользователями. Хорошие новости: у этого программного обеспечения есть бесплатная версия (с ограничениями, конечно, в основном связанными с размером платы и допустимым количеством слоев), а также после недавней покупки Autodesk Eagle также получила студенческую версию, которая включает в себя все особенности программы.

- Altium -

- Онлайн-программы - существует множество онлайн-программ, предназначенных для проектирования печатных плат, в общем, они являются хорошим вариантом при разработке более простых схем, в основном, когда вы спешите или если вы не хотите (не можете) тратить много времени на изучение динамики программы. Излишне говорить, что они действительно ограничены функциями и возможностями, некоторые даже связаны с определенной службой прототипирования, отличные новости, они всегда бесплатны и легко доступны. что в некоторых случаях необходимо.

Подводя итоги…

Вы, должно быть, поняли, что я предпочитаю Eagle, что не означает, что другое программное обеспечение того не стоит, это только мой личный выбор, но на самом деле люди считают Eagle худшим, когда дело доходит до удобства использования, хотя Altium не так уж и хорош. т, что также проста в использовании. Мое главное в Eagle заключается в том, что он предлагает невероятные инструменты, которыми, к сожалению, немного сложно научиться пользоваться, на мой взгляд, когда вы привыкнете к его интерфейсу, это действительно того стоит.

Я не перечислил все программное обеспечение, доступное на рынке, я перечислил те, которые мне известны, поэтому я рекомендую вам также провести дальнейшее исследование программного обеспечения для проектирования печатных плат, если вы действительно заинтересованы в этом предмете.

Шаг 2: прототипирование печатной платы - методы

После проектирования печатной платы пришло время для создания прототипа, есть несколько способов создания прототипа вашей печатной платы, вы можете сделать это самостоятельно (что является самым сложным, а также требует большей практики), вы можете оплатить услуги прототипирования, это может быть местным (если он доступен в вашем родном городе) или онлайн (который, скорее всего, будет доступен для вас) и т. д.

Если вы решите оплатить услуги прототипирования, после проектирования платы потребуется сгенерировать некоторые файлы в формате GERBER, формат GERBER - это своего рода файл, который хранит полное описание печатной платы без необходимости в каких-либо внешние файлы, как правило, программное обеспечение для проектирования печатных плат предлагает вам некоторые инструменты, которые помогут вам сгенерировать файл GERBER для печатной платы, так что это не так уж и много, также есть множество руководств о том, как сгенерировать файл GERBER, поэтому всякий раз, когда вы сомневаетесь, просто погуглите, если каждое программное обеспечение использует определенный метод для создания файла GERBER.

********** Перед тем, как запросить услугу прототипирования, важно убедиться, что все идеально в вашей схеме, поэтому дважды проверьте, трижды проверьте печатную плату….., иначе вы можете пожалеть об этом позже

Если вы решите создать прототип печатной платы самостоятельно, вы можете использовать несколько методов, основное внимание будет уделено трем методам, возможно, наиболее распространенным, а именно методу переноса тонера, методу фотолитографии и «художественному» методу.

- «Художественный» метод - если ваша печатная плата проста, или, может быть, вы, если вы хорошо умеете рисовать, вы можете просто нарисовать переходные отверстия и дорожки вручную, используя перманентный маркер, конечно, соблюдая размеры компонентов, я уже сделал несколько печатных плат таким образом, некоторые из них оказались хорошими, но я больше не использую эту технику, пока печатные платы стали усложняться, поэтому я бы сказал, что это метод ввода, и учитывая доступность из нескольких других методов, я не думаю, что стоит использовать этот метод всякий раз, когда печатная плата начинает усложняться.

- Метод переноса тонера - я думаю, что это самый распространенный метод среди производителей, он довольно простой и не требует большого количества инструментов, что объясняет его популярность. Существуют разные способы переноса тонера на чистый картон, обычно производители используют теплопередачу, при которой макет печатается с помощью лазерного принтера, конечно, на некоторых конкретных типах бумаги (например, глянцевой бумаге, прозрачной пленке и т. Д.) Это позволяет «полностью» перенести тонер на чистую доску, затем тонер переносится на чистую доску, как правило, путем нагревания тонера относительно медной доски с помощью тканевого утюга. Существуют также другие способы переноса тонера на медь, такие как химические способы, а также некоторые производители напрямую наносят тонер на медь, устанавливая принтер для поддержки этой функции.

- Метод фотолитографии - на мой взгляд, это самый сложный метод и самый дорогой, но при правильном его выполнении результаты будут просто впечатляющими (на самом деле, это метод, который чаще всего используется в профессиональных печатных платах). В этом методе светочувствительная краска равномерно наносится на чистую доску, после чего краска подвергается воздействию ультрафиолетового излучения, за исключением контактных площадок, переходных отверстий и дорожек, которые покрыты фотомаской (которые соответствуют разводке схемы), наконец. краска проявляется только в тех областях, которые не подвергались УФ-излучению, а именно в контактных площадках, переходных отверстиях и шлейфах.

После переноса переходных отверстий, контактных площадок и шлейфов на медную плату, какой бы метод вы ни использовали, пришло время травления, также есть несколько способов травления, но в основном они состоят в удалении обнаженной меди с платы с помощью химического раствора. Чаще всего используется хлорид железа, но есть и другие варианты, у которых есть плюсы и минусы, такие как хлорид меди, перекись водорода - серная кислота и т. Д. В любом случае, независимо от того, какое травящее вещество вы решите выбрать, просто сделайте обязательно соблюдайте необходимые протоколы безопасности для их использования, поскольку в некоторых случаях вы можете иметь дело с некоторыми сильными кислотами.

********** Опять же, существует больше возможных способов прототипирования печатных плат, поэтому, если вас интересует какой-либо метод, мы действительно рекомендуем провести его дальнейшее исследование, существует множество руководств и даже в инструкциях, так что не стесняйтесь их использовать.

Шаг 3: прототипирование печатной платы - материалы / слои

После ознакомления с некоторыми процедурами создания прототипа печатной платы могут возникнуть некоторые вопросы, например, сколько слоев я должен использовать? Когда стоит использовать двухслойную печатную плату?

Я думаю, что на эти вопросы нет однозначного ответа, но при создании прототипов печатных плат с использованием методов DIY я думаю, что всегда лучше использовать двухслойные печатные платы, если это сложнее и требует больших дополнительных усилий, даже если бывают ситуации, в которых нет вариантов, может быть, из-за сложности схемы или, может быть, потому, что в схеме есть компоненты, которые обязательно должны быть на нижнем уровне, а также компоненты, которые обязательно должны быть на верхнем уровне, поэтому нет Выход из положения, но, когда это возможно, я считаю, что всегда лучше использовать однослойные печатные платы.

С другой стороны, платя компании за создание прототипа вашей печатной платы, я всегда прошу двухслойную печатную плату, если средняя стоимость однослойной печатной платы и двухслойной печатной платы действительно одинакова, если не равна, а также простота двухслойной печатной платы. много процесса маршрутизации схемы.

Печатные платы с более чем 2 слоями также возможны, но они совершенно не нужны производителям, поскольку только очень сложные схемы имеют такие типы печатных плат, а также они очень дороги в производстве, что классифицирует их как незначительные. доступный вариант.

Также при создании прототипа вы можете выбрать, какую чистую плиту использовать, существует множество вариантов, но наиболее распространенными являются плиты из стекловолокна и плиты из фенольного волокна. Плата из фенольного волокна немного дешевле, чем из стекловолокна, но не намного, в целом стекловолоконная плита имеет лучшие механические характеристики, а также лучше выглядит в готовом виде. Но в целом эти характеристики не имеют большого значения при прототипировании некоторых видов схем, но на самом деле полезно знать доступные варианты.

Шаг 4: Прототипирование печатной платы - Инструменты

Есть несколько инструментов, которые могут помочь при создании прототипа вашей печатной платы, но основными из них являются:

- Припой

- Электронные клещи

- Электронный оловянный припой

- ручной сверлильный станок для печатных плат

- перманентный маркер (если вы полагаетесь на художественный метод при создании своего прототипа или, возможно, для исправления возможных недостатков в переносе тонера)

Это минимальный набор инструментов, которые вы должны иметь для создания прототипа печатной платы, но есть множество дополнительных инструментов, которые также могут помочь вам в создании прототипа, например, электродрели, паяльные станции и т. Д.

Шаг 5. Подведение итогов…

В настоящее время доступ к платным услугам по созданию прототипов значительно расширился, они стали более доступными и простыми в использовании, поэтому всякий раз, когда вам нужен профессионально выглядящий прототип, просто используйте его, если при разработке вашей печатной платы будет доступно гораздо больше ресурсов, что означает меньше ограничений, с другой стороны, если вы ищете прототип ускоренной перемотки вперед, вы можете просто сделать это самостоятельно гораздо быстрее, но с большим количеством ограничений и, возможно, с результатом, который не так хорош, как платный, но который будет соответствовать вашим потребностям.

Учитывая текущий сценарий, это тоже своего рода личный выбор, учитывая, что платные услуги прототипирования стали очень доступными.