Projek yang Lebih Baik Menggunakan PCB: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Sekiranya anda telah menghabiskan masa bekerja dengan projek elektronik maka anda pasti tahu betapa seronok dan menariknya. Tidak ada yang lebih menggembirakan daripada melihat litar anda menjadi hidup tepat di depan mata anda. Ia menjadi lebih menggembirakan apabila projek anda berubah menjadi alat berguna yang anda mahu buat lekapan tetap di sekitar rumah atau pejabat anda. Tetapi apakah kaedah terbaik untuk mencapainya? Papan roti tentu bukan jawapannya, dan membina litar yang rumit di papan proto boleh menjadi sangat membosankan. Kedua-dua alat ini mempunyai tempatnya, tetapi mereka tidak sesuai untuk pengeluaran yang realistik.

Penyelesaian? Buat projek anda menggunakan PCB (Papan litar bercetak). Dengan bertambahnya jumlah pembuat dan penggemar setiap hari, pengeluar menyediakan perkhidmatan tahap profesional yang tersedia (dan berpatutan) untuk semua orang. Pada satu masa, sangat mahal untuk merancang dan membuat PCB. Dengan perisian CAD berkualiti tinggi yang tersedia secara percuma dalam beberapa kes, dan kilang membuat papan prototaip kecil dengan harga hanya $ 5 ditambah penghantaran. Terdapat sedikit alasan untuk tidak memanfaatkan perkhidmatan ini.

Tujuan saya adalah untuk membawa anda melalui projek ini pada tahap yang tinggi. Kerana setiap perisian CAD sedikit berbeza, anda perlu mengumpulkan beberapa pengetahuan dari sumber lain untuk mewujudkannya. Saya akan menghantar pautan ke beberapa sumber yang saya anggap bermanfaat. Sebelum anda bimbang tentang masa yang diperlukan untuk mempelajari kemahiran ini, saya katakan bahawa saya memulakan dengan pengetahuan dan pengalaman yang benar-benar sifar, dan saya membuat reka bentuk yang berjaya setelah menghabiskan kurang dari 8 jam belajar dari sumber dalam talian.

Saya secara peribadi telah menggunakan ketiga-tiga paket perisian CAD ini, tetapi saya mengesyorkan agar anda melihat video pengenalan ini untuk mendapatkan idea bagaimana setiap daripadanya disiapkan.

• Pengenalan kepada KICAD
• Pengenalan webinar Eagle CAD
• Pengenalan kepada Altium

Doktor Peter Dalmaris mempunyai kursus yang sangat baik berdasarkan KICAD yang telah saya lengkapkan dan sangat mengesyorkan jika itu adalah perisian yang anda pilih. Penjelasannya mengenai bagaimana semua ciri berfungsi mudah diikuti dan sangat lengkap. Berikut adalah pautan ke kelasnya di Tech Explorations.

Pilihan lain untuk dipertimbangkan (walaupun ini bukan satu yang saya gunakan sendiri) adalah EasyEDA. Saya telah melihat pembuat lain menggunakan perisian dalam talian ini untuk membuat reka bentuk yang sangat kukuh.

Mari kita merancang!

Bekalan

• PC dengan perisian CAD
• Besi pematerian
• Selsema
• 1 modul ESP-32 (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017's (pakej SOIC)
• Pengatur 5 volt (L7805)
• Pengatur 3.3 volt (AP2114H)
• bicu tong DC generik untuk palam 2.1mm
• Head-pin lelaki atau wanita (pilihan)
• Ketuhar pembakar roti dan pes solder (pilihan)
• Bor (Pilihan)

Langkah 1: Perancangan dan Reka Bentuk

Sangat penting untuk mempunyai asas yang kukuh untuk sebarang projek. Merancang masa yang sedikit dapat menjimatkan kekecewaan berjam-jam di jalan.

Tempat yang baik untuk memulakan adalah membuat senarai fungsi dan ciri yang anda mahukan reka bentuk anda. Berikut adalah senarai yang saya gunakan semasa membuat projek contoh ini.

• Papan berasaskan ESP-32 yang serasi dengan reka bentuk ESP-32 yang ada
• Lebih banyak pin digital daripada kit Dev ESP-32 standard
• Terdapat 5v dan 3v3 untuk menghidupkan aksesori yang dipasang pada PCB
• Port pengaturcaraan supaya saya dapat mengemas kini unit pada masa akan datang
• Keupayaan untuk berjalan pada input 6 hingga 12 volt

Kedua adalah mengumpulkan senarai bahagian yang ingin anda gunakan, dan mencari sumber yang tersedia. Perkara terakhir yang anda mahu lakukan ialah membuat PCB yang tidak boleh anda beli. Anda juga harus mengumpulkan helaian data pengeluar untuk setiap bahagian yang anda rancang untuk digunakan (percayalah ini sangat penting dan saya akan menerangkan mengapa kemudian).

Akhirnya kumpulkan nota dan gambar yang mungkin anda buat untuk reka bentuk ini. Ini merangkumi kekangan fizikal yang mungkin anda miliki. Seperti yang anda mahukan papan anda serasi dengan pelindung Arduino atau dipasang di dalam kandang tertentu. Semua maklumat ini akan diperlukan dalam pelbagai langkah dalam prosesnya.

Langkah 2: Skema PCB Menggunakan CAD

Mari mula membuat skema kami!

Secara umum saya suka menambahkan semua bahagian saya ke skema dan meletakkannya dengan cara yang masuk akal bagi saya. Pada titik di mana anda meletakkannya tidak memberi kesan pada lokasi fizikal pada PCB, jadi anda boleh menggunakan fleksibiliti itu untuk keuntungan anda. Sekiranya anda tidak mempunyai jejak kaki untuk semua komponen anda, saya sangat mengesyorkan SnapEDA dan Ultralibrarian. Sumber-sumber ini mempunyai banyak pilihan bahagian yang tersedia untuk setiap perisian CAD yang mungkin anda gunakan. Cukup cari nombor komponen, dan muat turun fail yang sesuai. Mereka mempunyai tutorial yang mengajar anda bagaimana mengimport fail-fail ini jika anda belum tahu bagaimana untuk melakukannya.

Sebelum menyatukan bahagian anda dengan lebih baik, periksa ketepatan setiap komponen untuk ketepatan. Inilah sebabnya mengapa mempunyai lembaran data bahagian adalah penting, saya telah merosakkan seluruh kumpulan PCB (ingat masa kecewa?) Kerana saya melewatkan langkah ini. Sekiranya anda tidak membuat bahagian itu sendiri (dan kadang-kadang walaupun anda melakukannya) SELALU periksa semula.

Apabila anda membuat skema anda, saya mendapati bahawa penggunaan label bersih adalah berguna untuk membuat sambungan. Sekiranya anda mempunyai banyak wayar yang berjalan ke mana-mana, ia menjadi sukar untuk diikuti, dan juga meningkatkan peluang untuk membuat sambungan di tempat yang tidak sepatutnya (lebih banyak jam kekecewaan). Keseimbangan wayar dan label bersih biasanya adalah yang terbaik, pastikan anda menggunakan senarai label bersih yang akan masuk akal bagi orang lain yang melihat reka bentuknya. Ini akan menjadikan hidup lebih mudah jika anda kembali ke reka bentuk ini pada masa akan datang yang ingin membuat perubahan, atau menyelesaikan masalah reka bentuk yang asal.

Skema juga merupakan tempat yang baik untuk meninggalkan nota mengenai bagaimana pelbagai bahagian litar seharusnya berfungsi. Ini adalah kaedah yang baik untuk mengawasi semua butiran yang diperlukan untuk menjadikan perkara itu berfungsi sebagaimana mestinya. Contoh pada projek ini ialah jumper diperlukan antara pin aktif modul ESP dan bekalan 3.3v untuk pengaturcaraan. Walaupun ini bukan satu-satunya tempat anda harus mendokumentasikan maklumat semacam itu, sangat baik untuk membiasakan diri dengan menulis SETIAP perkara.

Beri skema anda pemeriksaan yang baik sebelum beralih ke langkah seterusnya. Ini mesti betul agar proses susun atur PCB berjalan lancar. Pendekatan yang perlahan dan metodis akan selalu memberikan hasil akhir yang terbaik untuk anda. Lihat nota yang anda ada dan sahkan setiap nota tersebut berdasarkan skema.

Langkah 3: Susun atur PCB

Sebelum kita mula mengatur komponen kita dengan sebaik-baiknya untuk melihat jejak kaki dan memastikannya betul untuk bahagian yang anda ingin gunakan. Contohnya, beberapa bahagian mempunyai varian lubang dan SMD yang tersedia, pastikan anda hanya menggunakan bahagian yang dapat anda pasangkan. Modul EPS-32 mempunyai pad di bawah kehendak memerlukan beberapa pengendalian khas (lebih lanjut mengenai ini kemudian) Pastikan anda mempunyai rancangan untuk situasi ini. Setelah memilih pakej yang sesuai untuk komponen kami, anda harus sekali lagi memeriksa pin setiap bahagian pada lembaran data (adakah anda perhatikan trend di sini?) Percayalah apabila saya mengatakan bahawa ini boleh menjadi salah dan ia akan berlaku untuk hari yang panjang sekiranya anda perlu mengesan masalah ini kemudian

Semasa menyusun komponen anda, pastikan anda mengambil kira kekangan fizikal yang saya nyatakan sebelumnya. Dalam beberapa kes, anda mungkin perlu meletakkan bahagian tertentu terlebih dahulu kerana lokasinya sangat penting, dan sesuai dengan semua yang lain di sekitarnya. Ingatlah untuk meletakkan bahagian yang bersambung rapat, tetapi juga membiarkan ruang yang mencukupi untuk anda bekerjasama semasa pemasangan. Sekiranya anda mempunyai kandang khusus yang anda rencanakan untuk menggunakannya, masuk akal untuk membuat profil papan dan lubang gerudi terlebih dahulu.

Setelah semua komponen anda berada di tempat yang anda mahukan, tiba masanya untuk memulakan laluan anda. Terdapat beberapa perkara penting yang perlu diingat semasa melakukan ini.

• Jejak sesingkat mungkin adalah yang terbaik
• Lebih besar biasanya lebih baik (terutamanya untuk saluran bekalan kuasa)
• Anda perlu tahu berapa arus trek yang harus dikendalikan dan pastikan ukuran yang anda pilih dapat menangani jumlah tersebut dengan selamat (Ini adalah masalah keselamatan yang sangat penting, kerana arus yang berlebihan boleh menyebabkan pemanasan dan berpotensi menjadi bahaya kebakaran)
• Ketahui toleransi yang dapat dikekalkan oleh pengeluar anda dan ikuti garis panduan tersebut. Berikut adalah pautan ke halaman kemampuan untuk satu pengeluar (perisian CAD anda mungkin mempunyai pemeriksa peraturan reka bentuk yang akan memberi amaran kepada anda untuk tempat-tempat yang tidak memenuhi standard yang boleh diikuti oleh kilang)

Walaupun merutekan trek boleh menjadi teka-teki yang menyeronokkan, kadangkala reka bentuk kita menjadi rumit menjadikan ini satu cabaran yang melampau. Dalam kes tersebut, menggunakan perisian penghalaan automatik dapat menjimatkan banyak masa. Berikut adalah pautan ke Auto-router yang telah saya gunakan pada beberapa projek. Penghala Auto mengimport projek anda dan menggunakan peraturan reka bentuk anda untuk membuat jejak yang sesuai untuk semua jaring anda. Biasanya saya akan membiarkan Auto-router melakukan kerjanya, kemudian secara manual mengubah beberapa perkara yang mungkin saya mahu berbeza. Anda juga dapat mengarahkan jejak yang anda inginkan di lokasi tertentu, dan penghala automatik akan menggunakan trek yang ada kerana ia berfungsi di jaring yang tersisa.

Langkah 4: Sentuhan Akhir dan Persiapan untuk Pembuatan

Dengan bahagian yang diletakkan dan trek dijalankan, PCB anda sudah hampir siap. Sekarang adalah masa yang tepat untuk memberikan keseluruhan susun atur yang baik sekali. Ikuti jejak menggunakan skema sebagai panduan dan pastikan semua sambungan yang anda perlukan telah dibuat.

Anda juga harus mempertimbangkan untuk menambahkan grafik ke papan anda di lapisan silkscreen. Nama anda atau beberapa tanda pembuat lain adalah cara yang baik untuk memberi tahu orang lain bahawa anda bangga dengan pekerjaan anda. Saya juga percaya untuk menandai kebanyakan jika tidak semua titik hubungan saya dengan apa yang mereka maksudkan. Ini membantu apabila anda mengaitkannya selepas pemasangan, dan memudahkan orang lain memahami fungsi titik-titik sambungan ini.

Perkara lain yang perlu dipertimbangkan ialah menandakan pengecam semakan, terutamanya jika ini adalah papan yang anda ingin buat lebih dari sekali. Dengan cara ini anda dapat membuat perubahan pada litar di masa depan, dan mengetahui sekilas versi papan yang anda gunakan.

Dengan semua itu, sudah tiba masanya untuk merancang / mengeksport reka bentuk anda, dan menghantarnya kepada pengilang. Secara umum ini adalah fail Gerber, dan biasanya semuanya harus disimpan dalam satu folder.zip. Inilah yang akan anda muat naik semasa membuat pesanan PCB.

Berikut adalah pautan ke fail Gerber untuk projek contoh saya di GitHub

Langkah 5: Memesan PCB anda

Semakin banyak pilihan tersedia untuk ini berbanding pada masa lalu. Ini menjadi sangat mudah sehingga sesiapa sahaja boleh membuat reka bentuk mereka dibuat secara profesional oleh kilang-kilang besar dan harga yang sangat berpatutan.

Saya telah merancang lebih dari 35+ PCB dan semuanya dihasilkan oleh JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Syarikat yang sangat baik yang tidak pernah saya hadapi masalah kualiti. Berikut adalah pautan ke video yang memberikan lawatan ke kemudahan mereka dan menerangkan proses fabrikasi PCB secara terperinci. Lawatan kilang

Pergi ke laman web mereka dan mulakan petikan. Seterusnya muat naik.zip fail Gerber anda. Anda akan melihat rendering reka bentuk anda setelah muat naik selesai. Pilih kuantiti, warna, dan kriteria lain yang ingin anda nyatakan pada masa ini. Maka itu adalah perkara mudah untuk meneruskan pembayaran. Anda boleh memuat naik fail Gerber anda sendiri dengan mudah ke penonton Gerber dalam talian percuma dan melihat bagaimana fail-fail ini kelihatan semasa fail tersebut dibuat.

Biasanya saya cuba menghantar beberapa rekaan pada satu masa untuk menggabungkan pada penghantaran. Biasanya saya akan menerimanya dalam 1-2 minggu setelah pesanan dibuat. Ini tentu saja boleh berbeza-beza bergantung pada pelbagai faktor, tetapi mereka akan memberi anda kemas kini mengenai kemajuan pesanan anda melalui laman web mereka dan nombor penjejakan setelah pesanan anda dihantar.

Langkah 6: Mari Membinanya

Sudah tiba masanya untuk berkumpul!

Ingat sebelumnya saya menyebut bahawa ada muslihat untuk menyolder modul ESP-32? Sekiranya anda melihat jejak kaki pada PCB, anda akan melihat pad besar di bawah komponen. Itu boleh menjadi sedikit cabaran, tapi saya mesti ada cara agar anda dapat menyelesaikannya.

Pilihan 1: Gunakan pes pateri dan oven pembakar roti kecil.

Ini benar-benar lurus ke depan, dan pasti akan memberikan hasil terbaik secara keseluruhan. Video ini menerangkan prosesnya. Pastikan anda memahami keperluan suhu dari pateri solder yang anda gunakan, dan anda akan mendapat hasil yang luar biasa tanpa banyak usaha. Ini akan memastikan pematerian sebahagian besar jika tidak semua komponen SMD. Mata bonus jika oven pemanggang anda berasal dari timbunan sampah dan perlu diperbaiki sebelum menggunakannya.

Pilihan 2: Dapatkan latihan!

Pilihan ini pasti berfungsi tetapi ia bukan yang paling sesuai. Menggerudi lubang kecil melalui PCB dengan hati-hati di bahagian tengah pad ini akan membolehkan anda menyoldernya dari bahagian belakang papan seperti komponen lubang melalui. Perkara boleh berlaku dengan mudah dengan pendekatan ini, jadi luangkan masa anda dan gunakan latihan yang berkualiti tinggi. Sekiranya anda tidak berniat menggunakan proses reflow oven, anda boleh mengatasi masalah seperti ini dalam reka bentuk anda dengan menambahkan lubang berlapis di tengah alas ini. Ini akan membolehkan anda menyolder dengan besi tanpa risiko merosakkan papan anda.

Selesaikan sisa yang tinggal melalui bahagian lubang (dan SMD jika anda tidak menggunakan kaedah reflow). Untuk pengepala pin, saya akan menyolatkan satu pin untuk meletakkannya di tempat semasa saya membalikkan papan untuk memastikan lurus. Ia juga bagus untuk memeriksa pematerian dengan berhati-hati pada semua bahagian SMD dengan menggunakan pembesar. Sekiranya anda menjumpai apa-apa yang perlu disentuh, gunakan sedikit fluks (percayalah ini akan memberi perbezaan yang besar) dan panaskan semula pateri. Saya dapati pada reka bentuk contoh saya bahawa modul ESP-32 mempunyai beberapa tempat yang perlu disusun semula. Juga perhatikan bahawa saya sengaja tidak menambahkan pin header ke papan ini, itu kerana saya berhasrat untuk menyolder wayar dari peranti periferal saya secara langsung. Ini tidak selalu merupakan pendekatan terbaik, tetapi untuk aplikasi saya ini tidak menjadi masalah.

Itu sahaja! dari awal hingga akhir kami mengambil konsep litar dan membuat PCB tersuai kami sendiri untuk projek ini. Sebaik sahaja anda mengetahuinya, kemungkinan hampir tidak ada habisnya. Saya harap Instructable ini memberi anda beberapa idea yang baik, dan menunjukkan kepada anda beberapa sumber berguna untuk membantu anda dalam perjalanan PCB anda. Terima kasih untuk membaca!

Selamat membuat, dan jangan biarkan asap keluar! (Serius ia memerlukan asap ajaib)