Tổng quan về thiết kế & khắc PCB: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Có một số cách thiết kế và khắc PCB, từ những cách đơn giản nhất đến những cách phức tạp nhất. Trong khi đó bạn rất dễ bối rối không biết nên chọn cái nào, cái nào sẽ phù hợp nhất với nhu cầu của mình.

Để làm rõ một số câu hỏi như thế này, tôi quyết định viết bài hướng dẫn này, tôi không phải là chuyên gia, nhưng tôi có một số kiến thức về thiết kế và khắc PCB.

Vì vậy, tổng quan chung về một số phương pháp, vật liệu, phần mềm và công cụ có thể được sử dụng để sản xuất PCB sẽ được thực hiện và may mắn là nó sẽ có thể giúp bạn tham gia thiết kế PCB.

Bước 1: Phần mềm thiết kế PCB

Tùy thuộc vào độ phức tạp của mạch của bạn, việc thiết kế PCB bằng tay là không phù hợp, do đó, sự hỗ trợ của một phần mềm cụ thể cung cấp các công cụ phù hợp để hoàn thành công việc là điều đáng hoan nghênh. Có một số tùy chọn phần mềm thiết kế PCB, như Proteus Ares, Eagle, Altium và một số tùy chọn trực tuyến (Tôi chỉ mô tả những tùy chọn phổ biến và dễ tiếp cận nhất, nhưng chắc chắn có một số tùy chọn khác).

- Proteus Ares - có lẽ đây là chương trình đầu tiên mọi người nghĩ đến khi nói đến vẽ mạch, không phải vì nó là chương trình tốt nhất, mà vì nó có thể là chương trình được biết đến nhiều nhất. Cá nhân tôi không thích thậm chí không sử dụng nó (mặc dù tôi đã sử dụng nó một thời gian), nhưng đó là một lựa chọn để xem xét khi thiết kế PCB. Ưu điểm lớn của việc sử dụng Proteus là bạn cũng có thể mô phỏng mạch, bằng cách sử dụng Proteus Isis, bằng cách này bạn có thể "chắc chắn" xác minh xem mạch có hoạt động hay không. Mặt khác, một số tính năng và công cụ quá khó hiểu và cũng không thể tìm thấy mọi thành phần bạn có thể cần (thư viện của các thành phần có giới hạn), nhưng bạn có thể tạo các thành phần mới nếu cần. Một tin không hay nữa, đây không phải là một phần mềm mã nguồn mở và nó thực sự đắt tiền tùy thuộc vào số lượng công cụ có trong gói, ít nhất là có một phiên bản dùng thử (tất nhiên là có một số hạn chế).

- Eagle - đây cũng là một phần mềm phổ biến khi nói đến thiết kế PCB, tin xấu là nó không cho phép mô phỏng mạch, ngoài ra khi lần đầu tiên sử dụng phần mềm này, bạn có thể hơi khó chịu về giao diện của nó, hơi khác, mặc dù khác nhau hình thành những nhược điểm này, có rất nhiều tính năng thú vị, chẳng hạn như khả năng chỉnh sửa sơ đồ thành phần (liên quan đến ký hiệu của thành phần) và gói (bao gồm các miếng đệm, định dạng và kích thước) một cách dễ dàng, có thể được truy cập chỉ bằng cách nhấp chuột phải vào thành phần và truy cập các tùy chọn "mở thiết bị" hoặc "gói mở", tương ứng. Ngoài ra, có một cộng đồng hỗ trợ lớn, cung cấp một số câu trả lời cho các vấn đề thường gặp phải khi lần đầu tiên sử dụng phần mềm, hơn nữa cộng đồng này cũng giảm bớt quyền truy cập vào một số thư viện thành phần, bao gồm cả thư viện chính thức và thư viện do người dùng tạo. Tin tốt là phần mềm này có phiên bản phần mềm miễn phí (tất nhiên là có giới hạn, chủ yếu liên quan đến kích thước của bảng và số lớp cho phép), cũng sau khi được Autodesk mua gần đây, Eagle cũng có phiên bản dành cho sinh viên bao gồm tất cả các tính năng của chương trình.

- Altium -

- Các chương trình trực tuyến - có rất nhiều chương trình trực tuyến nhằm mục đích thiết kế PCB, nói chung, chúng là một lựa chọn tốt khi thiết kế các mạch đơn giản hơn, chủ yếu là khi bạn đang vội hoặc nếu bạn không muốn (không thể) dành nhiều thời gian để học động lực của một chương trình. Không cần phải nói rằng chúng thực sự bị giới hạn về các tính năng và khả năng, một số thậm chí còn được liên kết với một dịch vụ tạo mẫu cụ thể, tin tuyệt vời là chúng luôn miễn phí và dễ dàng truy cập. điều này rất cần thiết trong một số trường hợp.

Tổng hợp…

Bạn hẳn đã nhận ra rằng tôi thích Eagle hơn, điều đó không có nghĩa là phần mềm khác không có giá trị, đó chỉ là lựa chọn cá nhân của tôi, nhưng thực ra nói chung mọi người coi Eagle là phần mềm tệ nhất khi nói đến khả năng sử dụng, mặc dù Altium không phải là ' t mà cũng dễ sử dụng. Điểm chính của tôi về Eagle là nó cung cấp các công cụ đáng kinh ngạc, điều đáng buồn là hơi khó để học cách sử dụng, theo ý kiến của tôi khi bạn đã quen với giao diện của nó, nó thực sự đáng để nỗ lực.

Tôi không liệt kê tất cả các phần mềm hiện có trên thị trường, tôi liệt kê những phần mềm mà tôi biết, vì vậy tôi khuyên bạn cũng nên nghiên cứu thêm về phần mềm thiết kế PCB, trong trường hợp bạn thực sự quan tâm đến chủ đề này.

Bước 2: Tạo mẫu PCB - Phương pháp

Sau khi thiết kế PCB, đã đến lúc tạo mẫu, có một số cách tạo mẫu PCB của bạn, bạn có thể tự làm (cách khó nhất, cũng là cách đòi hỏi nhiều thực hành hơn), bạn có thể trả tiền cho dịch vụ tạo mẫu, nó có thể là một địa phương (nếu nó có sẵn ở quê hương của bạn) hoặc một trực tuyến (mà có nhiều khả năng có sẵn cho bạn), v.v.

Nếu bạn quyết định trả tiền cho dịch vụ tạo mẫu, sau khi thiết kế bo mạch, bạn sẽ cần tạo một số tệp ở định dạng GERBER, định dạng GERBER là một loại tệp lưu giữ toàn bộ mô tả về PCB mà không cần bất kỳ tệp nào. các tệp bên ngoài, nói chung phần mềm thiết kế PCB cung cấp cho bạn một số công cụ để giúp bạn tạo tệp GERBER của PCB, vì vậy, đó không phải là vấn đề lớn, cũng có rất nhiều hướng dẫn về cách tạo tệp GERBER, vì vậy bất cứ khi nào bạn nghi ngờ, chỉ cần google nó, miễn là mỗi phần mềm sử dụng một phương pháp cụ thể để tạo tệp GERBER.

********** Trước khi yêu cầu dịch vụ tạo mẫu, điều quan trọng là phải đảm bảo mọi thứ đều hoàn hảo trong thiết kế mạch của bạn, vì vậy hãy kiểm tra kỹ, kiểm tra ba lần PCB….., nếu không bạn có thể hối hận về sau

Nếu bạn quyết định tự mình tạo mẫu PCB, có một số phương pháp bạn có thể sử dụng, trọng tâm sẽ là ba phương pháp, có thể là những phương pháp phổ biến nhất, đó là phương pháp truyền mực, phương pháp quang khắc và phương pháp "nghệ thuật".

- Phương pháp "nghệ thuật" - nếu PCB của bạn đơn giản, hoặc có thể là bạn nếu bạn giỏi vẽ, bạn có thể chỉ cần vẽ hình vias và đường mòn theo cách thủ công, bằng cách sử dụng bút đánh dấu cố định, tất nhiên là tôn trọng kích thước của các thành phần, tôi đã thực hiện một số PCB theo cách này, một số trong số đó hóa ra là những cái tốt, nhưng tôi không còn sử dụng kỹ thuật này nữa, miễn là PCB bắt đầu phức tạp hơn, vì vậy tôi sẽ nói rằng đây là một phương pháp nhập và xem xét tính khả dụng của một số phương pháp khác, tôi không nghĩ rằng nó đáng sử dụng phương pháp này bất cứ khi nào PCB bắt đầu phức tạp hơn.

- Phương pháp truyền mực - Tôi nghĩ đây là phương pháp phổ biến nhất trong số các nhà sản xuất, nó khá đơn giản và cũng không cần nhiều công cụ để thực hiện, điều này sẽ giải thích sự phổ biến của nó. Có nhiều cách khác nhau để chuyển mực sang bảng nguyên chất, nói chung các nhà sản xuất sử dụng truyền nhiệt, trong đó bố cục được in, tất nhiên bằng cách sử dụng máy in laser, trong một số loại giấy cụ thể (như giấy bóng, phim trong suốt, v.v.) điều đó cho phép chuyển mực "hoàn toàn" sang bảng nguyên chất, sau đó mực được chuyển sang bảng nguyên chất bình thường bằng cách làm nóng bột mực với bảng đồng bộ bằng cách sử dụng bàn là vải. Ngoài ra còn có các cách khác để truyền mực vào đồng cooper, chẳng hạn như cách hóa học, và một số nhà sản xuất cũng có thể in trực tiếp mực vào đồng, bằng cách lắp máy in vào hỗ trợ tính năng này.

- Phương pháp photolithography - theo tôi đây là phương pháp khó nhất và cũng là phương pháp đắt tiền nhất, nhưng nếu bạn thực hiện nó một cách chính xác, kết quả sẽ rất ấn tượng (thực ra, đây là phương pháp chủ yếu được sử dụng trong PCB chuyên nghiệp). Trong phương pháp này, sơn cảm biến ảnh được áp dụng đồng nhất trên bảng nguyên sinh, sau khi sơn tiếp xúc với tia UV, ngoại trừ các miếng đệm, vias và đường mòn được bao phủ bởi một photomask (tương ứng với bố cục mạch), cuối cùng sơn được phát triển, chỉ ở những khu vực không tiếp xúc với bức xạ UV, đó là các tấm lót, vias và đường mòn.

Sau khi nhận được vias, miếng đệm và đường mòn được chuyển đến bảng cooper, dù bạn đã sử dụng phương pháp nào, đã đến lúc khắc, cũng có một số cách khắc, nhưng về cơ bản chúng bao gồm ăn mòn phần cooper lộ ra khỏi bảng bằng cách sử dụng dung dịch hóa học. Giải pháp phổ biến nhất được sử dụng là Ferric Chloride, nhưng cũng có những lựa chọn khác, cũng có ưu và nhược điểm, chẳng hạn như Cupric Chloride, Hydrogen Peroxide - Sulfuric Acid, v.v. Dù sao, bất kể chất etchant bạn quyết định chọn là gì. đảm bảo thực hiện các quy trình an toàn cần thiết để sử dụng chúng, miễn là trong một số trường hợp, bạn có thể phải đối mặt với một số axit mạnh.

********** Một lần nữa, có nhiều cách khả thi hơn để tạo mẫu PCB, vì vậy nếu bạn quan tâm đến bất kỳ phương pháp nào, bạn thực sự nên nghiên cứu thêm về nó, có rất nhiều hướng dẫn trên mạng và thậm chí trong các tài liệu hướng dẫn, vì vậy hãy thoải mái tham gia.

Bước 3: Tạo mẫu PCB - Vật liệu / Lớp

Sau khi biết một số quy trình về cách tạo nguyên mẫu PCB, một số câu hỏi có thể xuất hiện, chẳng hạn như tôi nên sử dụng bao nhiêu lớp? Khi nào thì nên sử dụng PCB 2 lớp?

Tôi nghĩ rằng không có câu trả lời chắc chắn cho những câu hỏi này, nhưng khi tạo mẫu PCB bằng phương pháp DIY, tôi nghĩ tốt hơn hết là chạy từ 2 lớp PCB, miễn là chúng khó làm hơn và tốn nhiều công sức hơn, mặc dù có những trường hợp không có lựa chọn nào, có thể do độ phức tạp của mạch hoặc có thể do mạch có các thành phần bắt buộc phải ở lớp dưới cùng và cũng có những thành phần bắt buộc phải ở lớp trên cùng, vì vậy không có nhưng bất cứ khi nào có thể, tôi luôn cân nhắc tốt hơn nên sử dụng PCB 1 lớp.

Mặt khác, khi trả tiền cho một công ty để tạo mẫu PCB của bạn, tôi sẽ luôn yêu cầu mua PCB 2 lớp, miễn là chi phí trung bình của PCB 1 lớp và PCB 2 lớp thực sự giống nhau nếu không muốn nói là bằng nhau, thì PCB 2 lớp cũng giảm bớt. rất nhiều quá trình định tuyến của mạch.

PCB có nhiều hơn 2 lớp cũng có thể được, nhưng chúng hoàn toàn không giống như các nhà sản xuất cần chúng, miễn là chỉ có các mạch phức tạp cao mới có các loại PCB này, và chúng cũng rất đắt tiền để sản xuất, phân loại chúng là không nhiều tùy chọn hợp túi tiền.

Ngoài ra khi tạo mẫu, bạn có thể chọn loại ván nguyên sinh để sử dụng, có rất nhiều lựa chọn, nhưng phổ biến nhất là ván sợi thủy tinh và ván sợi phenolic. Sợi phenolic rẻ hơn một chút so với sợi thủy tinh, nhưng không quá nhiều, nhìn chung tấm thủy tinh sợi có đặc tính cơ học tốt hơn và cũng trông đẹp hơn khi hoàn thiện. Nhưng nói chung những đặc điểm này không có nhiều vấn đề lớn khi tạo mẫu một số loại mạch, nhưng thực sự tốt nếu biết các tùy chọn có sẵn.

Bước 4: Tạo mẫu PCB - Công cụ

Có một số công cụ có thể trợ giúp trong khi tạo mẫu PCB của bạn, nhưng những công cụ cơ bản là:

- Sắt hàn

- Kìm điện tử

- Hàn thiếc điện tử

- Máy khoan cầm tay PCB

- một điểm đánh dấu vĩnh viễn (trong trường hợp bạn đang dựa vào phương pháp nghệ thuật để tạo mẫu của bạn, hoặc có thể để sửa các sai sót có thể xảy ra trong quá trình truyền mực)

Đây là những công cụ tối thiểu bạn phải có để tạo nguyên mẫu PCB, nhưng có rất nhiều công cụ tiên tiến cũng có thể giúp bạn tạo nguyên mẫu, chẳng hạn như máy khoan điện, trạm hàn, v.v.

Bước 5: Tổng kết…

Ngày nay, quyền truy cập vào các dịch vụ tạo mẫu trả phí đã tăng lên rất nhiều, chúng trở nên hợp lý hơn và dễ sử dụng hơn, vì vậy bất cứ khi nào bạn cần một nguyên mẫu trông chuyên nghiệp, hãy sử dụng nó, miễn là sẽ có nhiều tài nguyên hơn trong khi thiết kế PCB của bạn, điều đó có nghĩa là ít hạn chế hơn, mặt khác nếu bạn đang tìm kiếm một nguyên mẫu tua nhanh, bạn có thể tự mình làm điều đó theo cách nhanh hơn nhiều, nhưng có nhiều hạn chế hơn và có thể kết quả không tốt bằng nguyên mẫu trả phí, nhưng điều đó sẽ phù hợp với nhu cầu của bạn.

Xem xét kịch bản hiện tại, đó cũng là một lựa chọn cá nhân, vì các dịch vụ tạo mẫu trả phí đã trở nên dễ tiếp cận hơn.