Projektowanie PCB

PROJEKTOWANIE PCB

Oferujemy kompleksowe usługi w zakresie tworzenia płytek PCB na zamówienie – od przygotowania profesjonalnych prototypów, przez programowanie, aż po produkcję seryjną. Zajmujemy się przygotowywaniem niezbędnej dokumentacji, wyborem najlepszych komponentów, ich prawidłowym rozmieszczeniem i poprowadzeniem ścieżek, a także produkcją, montażem oraz testowaniem uruchomionego prototypu PCB. Kluczowym elementem całego procesu jest profesjonalne projektowanie płytek drukowanych, które obok wyboru odpowiednich komponentów, w znacznym stopniu decyduje o sukcesie produkcji. Powierzając tę usługę naszej firmie, możesz mieć pewność dostosowania zgodnych z założeniami parametrów i funkcjonalności oraz pełnej kontroli procesu przygotowawczego.

W MICROBOTIC podejmujemy się realizacji każdego zlecenia, niezależnie od stopnia zaawansowania czy złożoności projektu. Wieloletnie doświadczenie w branży, wiedza i kwalifikacje naszych specjalistów pozwalają nam na profesjonalne projektowanie PCB nawet w przypadku bardzo złożonych urządzeń czy układów elektronicznych.

PCB NA ZAMÓWIENIE - PROJEKTOWANIE PŁYTEK W MICROBOTIC

Bogate doświadczenie w obszarze projektowania obwodów drukowanych PCB pozwala nam zagwarantować profesjonalizm i terminowość wykonywanych zleceń. Dysponujemy najnowocześniejszymi urządzeniami, zaawansowanymi technologiami oraz programami do projektowania płytek drukowanych, dzięki którym tworzymy profesjonalne prototypy PCB. Wykonujemy jedno-, dwu- oraz wielowarstwowe obwody drukowane PCB na zamówienie, mając na względzie nie tylko ich wysoką funkcjonalność, ale także łatwe wdrożenie do późniejszej produkcji seryjnej.

Do każdego zlecenia podchodzimy indywidualnie, oferując fachowe wsparcie i doradztwo w zakresie tworzenia niezawodnych i precyzyjnych płytek PCB. Prototyp każdorazowo opiera się na wymaganiach, wskazówkach i specyfikacji dostarczonej przez klienta, a także na niezbędnej dokumentacji, którą zbieramy w trakcie projektowania.

Realizujemy obwody drukowane dla wielu urządzeń elektronicznych, charakteryzujących się różnym poziomem złożoności – od prostych urządzeń domowych i przemysłowych, do bardzo zaawansowanych systemów. Projektowanie płytek PCB na zamówienie to nasza specjalność.

Usługi MICROBOTIC obejmują:

  • projektowanie urządzeń elektronicznych;
  • przygotowanie specyfikacji urządzeń na podstawie wytycznych klienta;
  • tworzenie schematów elektrycznych;
  • projektowanie zaawansowanych wielowarstwowych obwodów drukowanych PCB;
  • projektowanie zgodnie z uwzględnieniem zasad EMC;
  • projektowanie z wykorzystaniem najbardziej zaawansowanych technologii;
  • projektowanie z wykorzystaniem różnych technik transmisji radiowej;
  • projektowanie urządzeń sterujących;
  • projektowanie robotów zadaniowych;
  • projektowanie zaawansowanych systemów procesorowych;
  • tworzenie rozwiązań dla osób z niepełnosprawnościami;
  • tworzenie dedykowanych urządzeń elektronicznych do specjalistycznych zastosowań.

PROJEKTOWANIE PŁYTEK PCB - ZASADY, WYMAGANIA I ETAPY REALIZACJI

Płytka PCB (Printed Circuit Board) to kluczowy element budowy wszystkich urządzeń elektronicznych (m.in. sprzętów pomiarowych, komputerów, telefonów, a także innych urządzeń przeznaczonych do komunikacji czy rozrywki). Wykonuje się ją z materiału izolacyjnego, z zastosowaniem specjalistych procesów chemicznych oraz precyzyjnej obróbki mechanicznej. Płytka drukowana może być jedno-, dwu- lub wielowarstwowa, wyposażona w połączenia elektryczne oraz punkty lutownicze.

Rozpoczynając prace nad nowym projektem płytki drukowanej, trzeba mieć na uwadze podstawowe wytyczne, które na etapie produkcji są jednym z kluczowych czynników wpływających na cenę wykonania PCB oraz montażu SMT.

1. Rozmieszczenie komponentów elektronicznych na PCB

Etap rozmieszczania komponentów w procesie projektowania obwodu drukowanego jest sztuką wymagającą strategicznego rozważenia najlepszej możliwej konfiguracji umiejscowienia elementów w obrysie PCB.

Dla niedoświadczonych osób etap ten może okazać się jednym z najtrudniejszych w całym procesie projektowania, lecz jest kluczowy pod względem późniejszego skomplikowania produkcyjnego. Dodatkowo okazuje się również istotny w osiągnięciu pierwotnych założeń funkcjonalnych sterownika PCB.

Podczas umieszczania komponentów należy wziąć pod uwagę kilka podstawowych zasad. Ogólne wytyczne mówią w pierwszej kolejności o rozmieszczeniu na PCB złączy, następnie obwodów zasilania, potem obwodów precyzyjnych, a na końcu obwodów krytycznych itd., ale pod uwagę należy wziąć również aspekty bardziej estetyczne, które wpływają na czas produkcji, a tym samym na cenę. Są to między innymi:

  • orientacja elementów – należy pamiętać, aby komponenty w tych samych lub podobnych obudowach zorientować w tym samym kierunku. Pomoże to w efektywnym trasowaniu ścieżek oraz w zapewnieniu wydajnego i bezbłędnego procesu lutowania;
  • rozmieszczenie przelotek – unikaj umieszczania przelotek na padach SMD. Zabiegi tego typu powodują złą jakość spoiny. Cyna, zamiast tworzyć spoinę o dobrych właściwościach mechanicznych, spływa w dół przelotki, wskutek czego zaślepia ją, a połączenie pad’a z elementem staje się osłabione;
  • organizacja elementów na warstwach – zaleca się umieszczanie wszystkich elementów w obudowach SMD po tej samej stronie płytki PCB. Wszystkie elementy przewlekane (THT) również powinny być umieszczone po tej samej stronie, po której znajdują się elementy SMD. Dzięki temu produkcja będzie mniej skomplikowana, a koszt montażu SMT niższy.

2. Trasowanie linii zasilania, uziemienia i sygnału

Po rozmieszczeniu komponentów na płytce PCB, należy poprowadzić linię zasilania, uziemienia i sygnału. Poniżej kilka informacji, które są pomocne na tym etapie projektowania płytek drukowanych:

  • w pierwszej kolejności zaleca się poprowadzenie linii zasilania oraz linii masy;
  • w drugiej kolejności należy wykonać trasowanie ścieżek sygnałowych;
  • ścieżki pomiędzy komponentami powinny być tak krótkie, jak to możliwe;
  • w obwodach dwuwarstwowych należy praktykować zasadę pionowego prowadzenia ścieżek na pierwszej warstwie, gdy na drugiej warstwie prowadzone są poziomo;
  • należy pamiętać, że projektowane PCB stają się bardziej złożone, gdy ilość warstw w projekcie się zwiększa.

3. Definiowanie szerokości ścieżek

Każdy prototyp PCB wymaga zróżnicowanej siatki połączeń, które będą przenosiły szeroki zakres prądów, a te dyktują wymaganą szerokość ścieżki. Dlatego zaleca się, aby szerokość ścieżki dla niskoprądowych sygnałów analogowych i cyfrowych wynosiła 0,010 cala. Ścieżki miedzi, które przesyłają prąd większy niż 0,3 A, powinny być odpowiednio szersze. Norma IPC-2221 ma na celu dostarczenie informacji na temat ogólnych wymagań dotyczących projektowania obwodów drukowanych i jest to podstawowy dokument, z którym powinien się zapoznać każdy konstruktor.

Dodatkowo pomocnym narzędziem przy projektowaniu PCB, między innymi przy definiowaniu szerokości ścieżek, ale i nie tylko, są kalkulatory PCB.

Ważnym aspektem jest również sposób, w jaki doprowadzane są ścieżki do footprintów obudów SMD. Na poniższych grafikach przedstawiamy dobre i złe praktyki.

PRAWIDŁOWA praktyka trasowania ścieżek. Strzałki pokazują migrację punktów lutowniczych elementu podczas lutowania.

NIEPRAWIDŁOWA praktyka trasowania ścieżek. Strzałki pokazują migrację punktów lutowniczych elementu podczas lutowania.

4. Separacja bloków

Wysokie napięcie i skoki prądu mogą zakłócić pracę w obwodach sterowania niskiego napięcia i prądu. To dość powszechny problem konstruktorów. Aby go zminimalizować, zaleca się przestrzeganie podstawowych wytycznych:

  • separacja zasilania – należy się upewnić, czy masa zasilania i sterowania muszą być ze sobą połączone. Jeśli jest to konieczne, ich punkt wspólny powinien znajdować się na końcach obwodów. Jeżeli zaś nie jest to konieczne, to masa zasilania i sterowania powinny zostać odseparowane dla każdego poziomu zasilania;
  • zmniejszenie zakłóceń – jeżeli projektowane są wielowarstwowe płytki drukowane PCB i w wewnętrznej warstwie trzeba umieścić pole masy, to dodatkowo należy w tej warstwie umieścić ścieżkę impedancji, która pozwoli na zmniejszenie ryzyka występowania zakłóceń obwodu zasilania i pomoże chronić sygnały sterujące. Tak samo można postępować, oddzielając pole masy sygnałów analogowych od pola masy sygnałów cyfrowych;
  • sprzężenie pojemnościowe – umieszczając w prototypie PCB duże pole masy, zwiększamy prawdopodobieństwo wytworzenia sprzężenia pojemnościowego, które występuje, gdy różne obwody elektryczne są ze sobą połączone poprzez pojemność elektryczną.

Aby zminimalizować to zjawisko, należy tak poprowadzić pola masy, aby masa sygnałów cyfrowych była przecinana tylko przez linie sygnałów cyfrowych, a masa sygnałów analogowych była przecinana jedynie liniami sygnałów analogowych.

Przykład sekcji cyfrowej i analogowej na PCB.

5. Projektowanie płytek drukowanych i problemy z przegrzewaniem - jak je zwalczać?

Problem przegrzewania różnego rodzaju sterowników elektronicznych jest dość częsty w projektowaniu PCB. W takich sytuacjach może dojść do spadku wydajności układów elektronicznych lub nawet do ich uszkodzenia. Z tym problemem mierzy się wielu konstruktorów. Dlatego kwestie rozpraszania ciepła należy brać pod uwagę już na etapie projektowania pierwszego prototypu PCB.

Pierwszym i najważniejszym krokiem jest zdefiniowanie elementów elektronicznych, które będą wydzielać najwięcej ciepła w naszym projekcie. Najprostszą drogą do tego jest odnalezienie w notach katalogowych komponentów wartości rezystancji termicznej (thermal resistance). Często producenci elementów elektronicznych zamieszczają w notach katalogowych szersze informacje na temat tego, jak powinno zostać rozprowadzone ciepło z danego komponentu. Zawsze zaleca się postępować według wskazań producenta.

Dobrą praktyką jest również dodanie radiatorów czy nawet wentylatorów w celu obniżenia temperatury danego elementu. Należy jednak pamiętać, aby podczas projektowania PCB elementy krytyczne, na które wpływ może mieć temperatura, umieszczać w odpowiedniej odległości od źródeł ciepła, np. mikroprocesory, różnego rodzaju czujniki itp.

Jeżeli w projekcie występuje więcej niż jeden komponent wytwarzający dużą ilość ciepła, to należy rozważyć rozmieszczenie ich w całym obrysie PCB, tak aby wszystkich nie gromadzić w jednym miejscu.

6. Prototypy a przelotki termiczne

Odpowiednie zaprojektowanie przelotek termicznych (cieplnych) będzie niezwykle przydatne podczas produkcji sterownika elektronicznego, a szczególnie w procesie lutowania i sytuacji, w której używamy laminatu o grubszej warstwie miedzi niż 35um (1 oz).

W sytuacji, kiedy pole masy jest rozłożone po całej powierzchni PCB, jednym z najczęstszych błędów popełnianych przez konstruktorów jest umieszczanie przelotek do lutowania pinów THT bez aktywowanej opcji przelotek termicznych (thermal via), wskutek czego podczas lutowania ręcznego temperatura rozchodzi się po całym polu masy na PCB i rozgrzanie przelotki jest praktycznie niemożliwe, a co najmniej bardzo utrudnione. Natomiast w przypadku lutowania przy pomocy fali lutowniczej również zwiększone jest prawdopodobieństwo wystąpienia błędów i rozchodzenia się stopu cyny w nieprawidłowy sposób.

Przelotka z aktywną opcją przelotki termicznej (thermal via).

Można też wyróżnić inne zastosowanie przelotek i pole masy (polygon) wykorzystać, jako “duży radiator”. W tej sytuacji opcja przelotek termicznych (thermal via) powinna być wyłączona.

Pole masy (polygon), jako duży radiator.

7. Prototyp PCB - weryfikacja

Pod koniec realizacji projektu płytki drukowanej łatwo ulec presji i dać się przytłoczyć przez naciski zespołu oraz starając się dopasować pozostałe elementy potrzebne do realizacji produkcji. Jednak przed przystąpieniem do produkcji pierwszych prototypów PCB należałoby kilkakrotnie sprawdzić projekt pod względem błędów.

Aby uprościć kontrolę błędów, zawsze zaleca się sprawdzanie reguł ERC oraz DRC, w celu upewnienia się, że zostały spełnione wszystkie ustalone na początku ograniczenia.

Dzięki tym regułom konstruktor może w prosty sposób zdefiniować średnice otworów, szerokości ścieżek, standardowe wymagania projektowe narzucane przez producenta PCB itp.

Zaleca się również, aby kontrolę reguł ERC i DRC wykonywać systematycznie podczas projektowania płytek drukowanych. Pozwoli to uniknąć wielu błędów pod koniec etapu i na bieżąco je korygować.

Gdy testy ERC i DRC nie wykażą żadnych błędów, należy przejść do sprawdzania tras każdego sygnału i potwierdzenia, że żaden z nich nie został pominięty.

8. Projektowanie PCB - podsumowanie

To najważniejsze wskazówki dotyczące projektowania PCB, z którymi każdy konstruktor powinien się zapoznać. Postępując według powyższych wskazań, będziesz na dobrej drodze do osiągnięcia funkcjonalnego i możliwego do wyprodukowania obwodu drukowanego.

Dobre praktyki projektowania płytek drukowanych są ważne na drodze do osiągnięcia sukcesu. Umieszczone powyżej wytyczne stanowią jedynie podstawę, którą każdy projektant powinien rozbudowywać o własne doświadczenie i przemyślenia.

PROJEKTOWANIE PŁYTEK PCB - CENA

Każdy prototyp PCB wyceniany jest indywidualnie. Koszt zależy między innymi od stopnia skomplikowania zlecenia, zakresu wykonywanych działań czy czasu, jaki musimy poświęcić na projektowanie płytek drukowanych. Aby oszacować wstępnie cenę projektowania PCB, musimy uzyskać od klienta zasadniczy schemat elektryczny, wykaz komponentów, a także wymagania dotyczące płytki PCB. Po otrzymaniu niezbędnych danych jesteśmy w stanie nie tylko wycenić projekt PCB, ale także określić przewidywane terminy prac.

PODEJMIJ WSPÓŁPRACĘ Z MICROBOTIC!​

Jeżeli chcesz wykonać prototyp PCB i potrzebujesz pomocy w zakresie projektowania, skontaktuj się z nami. Opracowaliśmy różne modele współpracy, które pozwolą na dopasowanie usługi do Twoich indywidualnych potrzeb. Wykonujemy prototypy PCB na zamówienie, służąc wsparciem merytorycznym na każdym etapie realizacji zamówienia. W projektach badawczych wykazujemy innowacyjne podejście do problemów, a nasze doświadczenie i wiedza pozwalają na realizację nawet najbardziej skomplikowanych zleceń. Jeżeli masz pomysł na urządzenie elektroniczne i chcesz go zrealizować, skontaktuj się z nami. Wykonamy dla Ciebie prototyp PCB na zamówienie, który będzie innowacyjny, rozwojowy i wyróżniający się na tle konkurencji.

POMAGAMY

Swoją pracą chcemy nieść pomoc… nie tylko w branży elektronicznej. Chętnie dzielimy się posiadaną wiedzą, a nasze umiejętności pragniemy wykorzystywać tak, aby dzięki nim skomplikowane czynności stawały się czymś naturalnym. 

TWORZYMY ROZWIĄZANIA

Konsultacje przeprowadzane na początku projektu pozwalają nam w pełni zrozumieć Twój pomysł. Takie działanie pozwala nam tworzyć rozwiązania szyte na miarę, które są zgodne z Twoimi potrzebami i oczekiwaniami.

ANALIZUJEMY POTRZEBY​

Masz pomysł na urządzenie? ŚWIETNIE! Teraz wspólnie musimy go szczegółowo omówić i zastanowić się nad główną potrzebą, jaką ma zaspokajać produkt. Następnie opracujemy odpowiednie technologie pozwalające na uzyskanie docelowego efektu.

OBSERWUJEMY PROBLEMY

Aktywnie obserwujemy otaczającą nas przestrzeń. Inni uciekają od problemów, natomiast my chcemy je znaleźć i rozwiązać, by dać Ci gotowe narzędzie, które pozwoli na poradzenie sobie z napotkanymi niedogodnościami.