Руководство по переходу от макетных прототипов печатных плат к полному продукту

Масштабирование прототипов макетных плат — сложный процесс, сочетающий в себе творческий подход и процедуры. Сроки разработки так же индивидуальны, как и человек, который ведет проект, и все всегда в руках создателя. Тем не менее, есть несколько вех, которые нужно искать на этом пути. Макетная плата

https://youtu.be/HAOvEPh8hms

Приступая к созданию прототипов печатных плат

Итак, теперь у вас есть эта фантастическая идея или, что еще лучше, PoC (Proof of Concept), но вам нужно масштабировать ее до чего-то, что стоит массово производить или, по крайней мере, может быть изготовлено некоторыми производителями для демонстрационных целей; с чего начать создание прототипов печатных плат?

При проектировании аппаратного обеспечения прототипы печатных плат представляют собой «ручную» модель, которая представляет собой изготовленный (легко воспроизводимый) продукт, достаточный для того, чтобы дизайнеры могли визуализировать и протестировать конструкцию. Слово «прототип» происходит от латинских слов proto, что означает «оригинал», и «типы», что означает форму или модель.

Со всеми доступными учебными пособиями и количеством доступных бесплатных ресурсов почти каждый может быстро создать прототип печатной платы за пару часов. Доведение ваших прототипов печатных плат до места, где они могут быть коммерциализированы, требует больших усилий, планирования и некоторого опыта. Вы должны принять множество решений об оборудовании, которые в конечном итоге определяют решения о программном обеспечении устройства. Макетная плата

Его легко построить с помощью Raspberry Pi или даже популярного Arduino, но шансы на массовое производство с их помощью в основном ограничены. Конечно, это не означает, что вы не можете построить плату на плате Arduino, такую ​​как Arduino Pro Mini или те безголовые Arduino, которые можно подключить, а затем продолжить изготовление чего-то подобного. Тем не менее, они могут быть довольно дорогими и даже более мощными, чем вам нужно.

Многие современные аппаратные стартапы построили свои первые прототипы печатных плат с помощью Arduino. . Ардуино легко освоить, даже не имея опыта в области электротехники или обладая только необходимыми навыками программирования. Это может сделать даже ребенок, и многие из них так и делают.

1.1 Макетная плата —Выбор компонентов

Первым шагом в создании прототипов печатных плат является знание того, какие компоненты вам потребуются. Вы можете быстро получить представление о них на основе вашей блок-схемы или существующего PoC, и даже желаемые функции устройства могут быстро сказать это. Например, создание чего-то вроде носимого пульсометра. потребуется следующее:

1. Блок микроконтроллера — Atmega, ARM, PIC и другие

2. Датчик пульса. Может работать специальный датчик пульса или комбинация светодиода и детектора света.

3. Блок питания

4. Интерфейс дисплея — LCD, LED, OLED, TFT или другие.

Можно легко передать на аутсорсинг большую часть, если не все необходимые детали, у одного поставщика электроники, а в некоторых случаях и у нескольких поставщиков. Ниже перечислены некоторые поставщики, у которых вы можете купить свои данные:AliExpress, Digi Key, Arrow, Mouser, Adafruit и некоторые другие.

1.2 Схематический дизайн

Следующим шагом будет создание схемы конструкции электроники, обычно называемой схемой. или электрическую схему. Схематический рисунок показывает, как соединяется каждый компонент, и это не то, что вы будете делать вручную, а уникальный инструмент, разработанный для этой цели.

Создание схемы — это основной шаг в создании окончательного устройства, и вы не можете позволить себе его пропустить. Начать работу с вашей схемой очень просто; вам нужно знать правильный инструмент для создания. Для проектирования схем можно использовать несколько программ для проектирования схем, некоторые из них бесплатны, а некоторые являются платными версиями. Большинство программ для проектирования можно использовать для создания схем, а также для создания макета печатной платы.

Ниже приведены некоторые программы, которые можно использовать:

1. KiCAD — бесплатно.

2. Eagle CAD — Премиум, но с ограниченным бесплатным вариантом

3. Альтиум — Премиум

4. DipTrace — Премиум

5. OrCAD — Премиум, но предлагает бесплатную пробную версию.

После принятия решения о том, какое программное обеспечение для проектирования использовать, можно ознакомиться с программной средой, поскольку каждое программное обеспечение может иметь разный внешний вид.

При создании схемы в выбранном вами программном обеспечении необходимо следовать некоторым стандартным приемам проектирования схем.

Некоторые традиционные методы выделены ниже –

1. Использование точки соединения для обозначения более чем одного соединения, которое соединяется в соединении.

2. Использование сетевого имени для выводов, а не создание сотен соединений. Это повышает удобочитаемость схемы, не добавляя лишнего беспорядка.

3. Всегда используйте один и тот же символ для одного и того же устройства

4. Разделение схемы на логические блоки, особенно при разработке сложных схем.

Когда вы закончите со своим схемным проектом и полностью его перепроверили, следующим шагом будет преобразование схемного проекта в производство печатных плат; существует высокая вероятность сбоев макета, что может иметь большое значение для негативного влияния на функциональность конечного продукта. Для изготовления вашей платы будет использоваться несколько макетов печатных плат.

В следующей главе мы поговорим о создании печатной платы для ваших прототипов печатных плат.

Создание печатной платы для ваших прототипов печатных плат

Создание печатной платы для ваших прототипов печатных плат. Во-первых, создание принципиальной схемы — это один из этапов создания полноценной профессиональной платы.

Следующим этапом процесса, который нельзя пропустить, является проектирование макета вашей печатной платы. Однако что такое печатная плата?

Печатная плата , также известная как печатная плата, представляет собой физическую плату, которая содержит и соединяет все электронные компоненты в одном месте. Схематический проект обычно переносится на печатную плату несколькими способами. Дизайн печатной платы влияет на некоторые факторы, такие как

1. Стоимость. Чем значительнее доска, тем дороже ее изготовление.

2. Производительность. Конструкция платы и тип используемых компонентов влияют на общую производительность устройства. Плохо спроектированная плата может быть восприимчива к шуму, который, в свою очередь, снижает производительность устройства.

3. Долговечность,

4. И многое другое.

После того, как схема готова, мы переходим к изготовлению печатной платы.

Печатная плата разработана в том же программном обеспечении, которое использовалось при создании принципиальной схемы.

Программное обеспечение будет отвечать за создание макета и посадочного места печатной платы на основе заданных компонентов и принципиальной схемы; без принципиальной схемы программное обеспечение не создаст базовую компоновку печатной платы.

Начало работы над разводкой печатной платы может занять много времени и утомительно для начинающих пользователей. Тем не менее, к счастью, в Интернете есть несколько удобных руководств и ресурсов для большинства программ для печатных плат, чтобы научиться их создавать.

В зависимости от выбранного программного обеспечения пользователь обычно может переключиться со схемы на вид компоновки печатной платы, где будет спроектирована печатная плата.

Спроектируйте свою печатную плату так, как вы представляете себе окончательную модель устройства; Кроме того, используемое программное обеспечение будет иметь различные инструменты проверки, чтобы убедиться, что топология печатной платы соответствует правилам проектирования для используемого процесса печатной платы и что печатная плата соответствует схеме. Вы можете быстро проверить, сломает ли ваш дизайн ваше устройство или нет.

Чем меньше изделие и чем плотнее компоненты должны быть упакованы вместе, тем больше времени потребуется для создания разводки печатной платы. Если ваш продукт передает большое количество энергии или предлагает беспроводное подключение, компоновка печатной платы является еще более важной и трудоемкой задачей.

Важными частями большинства прототипов печатных плат являются разводка питания, высокоскоростные сигналы (кристаллические часы и т. д.) и беспроводные схемы.

Дополнив дизайн прототипов печатных плат, вы должны приступить к изготовлению печатной платы, и есть несколько способов сделать это. Либо сделайте его самостоятельно дома, либо отправьте проект производителю, специализирующемуся на изготовлении печатных плат.

Хотя существуют методы изготовления печатных плат в домашних условиях, они ограничены простыми конструкциями. Таким образом, вам, скорее всего, потребуется передать производство прототипов печатных плат на аутсорсинг.

В следующей главе мы поговорим об изготовлении вашей печатной платы у стороннего производителя.

Производство печатной платы с помощью WellPCB

Успешно разработав топологию печатной платы для вашего устройства, вам необходимо заняться изготовлением платы. Прежде чем приступить к изготовлению, всегда полезно посмотреть, как будет выглядеть конечный продукт. Некоторое программное обеспечение, такое как Proteus или Altium, имеет средство просмотра 3D-макетов, которое позволяет просматривать плату в 3D, чтобы понять, как она будет выглядеть.

Прежде чем отправить свой дизайн на производство, вам сначала нужно создать формат файла, с которым будет работать производитель, и решить, что использовать. WellPCB – лидер в производстве.

Печатная плата и лучший выбор для изготовления печатных плат.

Проект печатной платы должен быть преобразован в файл Gerber, который используется большинством профессионалов, являющийся стандартом для индустрии печатных плат. Файл Gerber содержит все необходимые файлы дизайна для использования в производстве печатных плат. WellPCB поддерживает четыре формата файлов (Gerber, pcb, pcbdoc или cam).

WellPCB печатает шелкографию с обеих сторон без дополнительной оплаты. Полезно указывать номера деталей на печатном слое шелкографии. Также полезно знать спецификацию щитового дома. WellPCB имеет минимум 3 мила для ширины линии/дорожки и пространства. Убедитесь, что ваш дизайн не превышает этого. Используйте проверку правил разработки программного обеспечения, чтобы убедиться, что ваша плата не превышает производственных возможностей производителя.

В требованиях к шелкографии указывается желаемый цвет на печатной плате, и большинство из них представляют собой чернила с УФ-отверждением и соответствуют требованиям RoHS.

1. Белый

2. Желтый

3. Черный

Это наиболее широко используемые цвета; другие также доступны, а цвета могут увеличить время и стоимость обработки.

Чтобы заказать печатную плату на WellPCB, выполните следующие простые действия:

4. Посетите раздел онлайн-предложений WellPCB PCB — https://www.wellpcb.com/pcb-quote

5. Заполните информацию о доске и нажмите «Добавить в корзину». Необходимо знать о заказе нестандартных печатных плат онлайн. Для получения необходимой вам печатной платы вы можете связаться с нами по адресу WellPCB минимальное количество составляет пять единиц макетной платы

6. Зарегистрируйте новую учетную запись.

7. Загрузите вашу плату Gerber или. Файлы BRD.

8. Закажите товар и дождитесь его доставки.

WellPCB также помогает выполнить полную проверку DRC всех файлов клиента, что полезно, особенно если в проекте есть какие-то проблемы или ошибки. Пользователь будет предупрежден о проблеме, чтобы не тратить время и деньги на изготовление платы.

Теперь вы садитесь и ждете, пока прибудет ваша печатная плата. Время изготовления печатных плат для своих услуг по печатным платам составляет не менее 24 часов и минимальное время около 120 часов для 8–12-слойной печатной платы.

В следующей главе мы поговорим о некоторых терминах PCB и возможностях WELLPCB.

Возможности печатных плат WellPCB и некоторые общие термины для печатных плат

WellPCB является ведущим производителем печатных плат и предлагает сборку печатных плат для своих прототипов печатных плат.

This makes WellPCB your go-to manufacturer for your entire product development. Also, they provide Turnkey services for outsourcing the components for your electronic board. Breadboard PCB

WellPCB is focused on offering PCB prototypes services and not just large-scale manufacturing. Their PCB prototypes services go at a minimum of 5 units. Not only are they offering prototyping services but also packaged at some meager prices.

A promotional price of $3.99 for users looking for 1-2 layers, 10pcs PCB prototypes, and a board of less than 10cm*10cm.

WELLPCB is capable of producing 100,000 square feet of 2-32-layer PCBs and delivering over 5000 varieties monthly.

With a quick turn to meet 24-hour delivery for double-sided PCBs, 48-hour for 4 to 8 layers, and 120-hour for ten layers or higher PCBs. Their standard lead time is about 5 – 6 days and an Expedited time of 24 – 48 hours.

4.1 The following are WellPCB PCB manufacturing capabilities

1. Support Material:FR4, High TG FR4, Halogen Free material, CEM-3, Rogers HF material.

2. Layer counts 1-32 layers.

3. Finished Copper Thickness:0.5-5 oz.

4. Finished Board Thickness:0.2-6.0mm.

5. Min. Line/Track Width:4mil.

6. Min. Line/Track Space:4mil.

7. Min. Contour Tolerance:+/-0.1mm.

8. Min. Finished Diameter of PTH Hole:0.1mm.

9. Max. Board Thickness/Hole Ratio:12:1.

10. Min. Solder Mask Bridge:4mil (Min. SMT Pad Space 8mil).

11. Min. Legend(Silkscreen) Track Width:5mil.

      12. Solder mask color:green, black, blue, white, yellow, matt, etc.

13. Solder mask hardness:6H.

14. Legend/Silkscreen Color:white, yellow, black, etc.

15. Surface Treatment:HAL, Lead-Free HAL, Immersion gold, OSP, Immersion Tin, Immersion silver, etc.

      16. Other Technology:Gold finger, peelable mask, Non-across blinded vias, characteristic impedance control, Rigid-flex board, etc.

17. Reliability Test:flying probe test/fixture test, impedance test, solderability test, thermal shock test, hole resistance test.

18. Flammability:94V-0.

4.2 Breadboard PCB —Surface Finish

A PCB surface finish is a coating between a component and a bare board PCB. It is applied for two primary reasons:to ensure solderability and to protect the exposed copper circuitry.

Standard surface finishes preference – Non-RoHS or RoHS compliant.

1. HASL (Hot Air Solder Level) – Contains Lead non-RoHS, cheaper and quite popular.

2. ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) – Most popular finish and lead-free, but expensive

3. Immersion Silver – RoHS compliant will tarnish like any silver product

4. OSP – Organic Solderability Preservative

5. LF-HASL (Lead-Free Hot Air Solder Level）

6. Immersion Tin – Used the least of all finishes

4.3 Soldermask

Soldermask is the color to be used for the PCB prototypes finish. Any color can be used. However, sticking to standard colors is the best and more professional. The most popular are:

1. Green

2. Blue

3. Black

4. Red

5. White

6. Yellow

Mask can be in either Matte or Gloss in those above colors. Matte is less readily available due to Gloss is most widely used. Processing Matte for specific colors may add time due to equipment change and processing cleans up and application.

4.4 Breadboard PCB —Silkscreen

Silkscreen is the printing done on the PCB for identification. It is used on the component side to identify components, test points, PCBA part numbers, warning symbols, company logos, and manufacturer names. The following are some of the colors being used:

1. Black

2. White

3. Yellow

Those are the most widely used colors; others are available; however, colors can add to process time and cost like MASK. Ask if you have special requirements for your product.

In the next chapter, we will talk about how to move your PCBA mode.

Breadboard PCB–Moving from PCB Prototypes to PCBA

So, what’s PCB Rapid Prototyping. PCB assembly. Directly speaking, PCB Rapid Prototyping. PCB assembly. Directly speaking, PCB Rapid Prototyping. 3D PCB Printing makes the PCB and does the Printed Circuit Board Assembly (PCBA, an abbreviation for printed circuit board assembly, which refers to the combination of PCB prototypes manufacture, components sourcing, and B3D PCB Printing makes the PCB and does the Printed Circuit Board Assembly PCBA is the PCB with components assembled）.

So now you have your printed circuit board available and ready to populate the board with the needed components. You might be tempted to solder this manually yourself. This might be a good option, especially when the number of panels is less than five or, worst case, ten units; anything more than that might not be a good idea but going the route of PCB Rapid Prototyping. 3D PCB Printing not only makes the PCB but also does the Printed Circuit Board Assembly PCBA.

5.1 Breadboard PCB —Assembly Types of PCBA

The main assembly types of PCBA are shown below:

Those are the commonly used PCB Rapid Prototyping. 3D PCB Printing makes the PCB and does the Printed Circuit Board Assembly (PCBA assembly types. SMD  means Surface Mount Devices, and THC implies Through Hole Components）.

PCBA helps engineers, product developers, hobbyist and others to self-populate the board with needed components by a manufacturing firm.

It is usually faster and cheaper on bulk orders. Getting started with PCB Rapid Prototyping. 3D PCB Printing makes the PCB, and does the Printed Circuit Board Assembly (PCBA is also relatively simple as far you have the necessary resources）.

Just like, WellPCB is capable of handling all your possible PCB prototypes works, they also offer an accompanying production film work that you require to manufacture PCBs. In the case of PCBA service to help one streamline the whole board development process. It does not cost much more to have the PCB populated unless you tack on additional steps in the process, such as burning a program to the MCU or running 100% test on the finished boards.

To get started with PCBA, you need to have all the required documents.

Aside from your PCB prototypes design file, you will need a design specification if there are special needs for your work, a bill of the material (BoM) list for the number of components on your board and also can be generated from the software being used, and part placements made from the software used.

When starting your PCB Assembly, one crucial take note is the sourcing of the components for the board.

The board owner can decide to source for the parts alone and send them to WELLPCB for assembly or let WellPCB handle the integral components sourcing, which I feel is better. Of course, partial supply can also be agreed upon.

Go to PCB Assembly on WellPCB here and fill the Request for Quotation (RFQ) form. Input as many details as possible and send it. WellPCB will get in touch if they need more information from you and continue the assembly process order.

The WellPCB Bill Of Materials (BOM) of a PCB gets fitted onto aboard. PCB Assembly process can take up to around 25 days for large volume manufacturing, which is an excellent time for large volume PCB assembly compared to other PCB Assembly manufacturers. This will make it easy for a pick and place machine to easily pick and place the components on the PCB Assembly capabilities:

More information about WellPCB SMT). This will make it easy for a pick and place machine to easily pick and place the components on the PCB Assembly capability can be found here.

At this point, all you have to do is to sit down and wait for your populated PCB to be available and sent to you. This concludes the end of this chapter, and the next chapter will discuss how to save money when doing PCB and PCBA.

Saving Money in PCB Prototypes and PCBA Manufacturing

Now congratulation, you have your fully developed hardware PCB prototypes or, better still, hardware board. For newbies, this will have been a good experience, and also a lot of money must have been sent which could have been avoided.

Some of the money spent could have been avoided due to unnecessary complexity and errors in the PCB and circuit design.

This chapter will show some of the handy tips and tricks that can help you save even millions when doing large volume manufacturing.

6.1 Breadboard PCB —Keep Your Board Size at a Minimum

Keeping your board size at a minimum is crucial in saving costs and making your final product as portable as possible. The bigger it gets, so do the prices. If the board becomes smaller, so does the cost.

Also, making your board too small might not save you cost since assembling and preparing your board might require specialized equipment.

6.2 Using Surface Mount Components as Much as Possible

You might be tempted to use DIP (dual in-line) package, commonly known as Through-hole components, because it’s possible to easy to use but might not be the best cost-saving option.

      1. Using surface mount components will reduce the number of holes that need to be drilled on your board typically used for through-hole parts.

2. Using surface mount components will also reduce the board size.

3. Using surface mount components will make the board assembly faster and lesser equipment used.

6.3 Set Your Design Up for Penalization

By going on board penalization, you can save yourself a ton of money. Getting all of your boards on one panel means that a rapid-fire pick and place machine can get all your parts placed in one go without requiring any additional setup time.

6.4 Silk Screening Help You Reduce Your PCB prototypes Costs?

Requesting silk screening on one side will cut your artwork costs in half. Sticking with standard colors and larger geometries will also prove beneficial. Understanding these constraints can help you to better PCB prototypes pricing and cost savings.

6.5 Breadboard PCB —Use the Right Via for the Job

There are three types of vias – through-hole vias, blind vias, and buried vias. The last two are only going to be used for high-density and high-frequency PCBs. So, this one is simple, if your design doesn’t need these types of vias, leave them out to avoid any extra manufacturing costs.

This concludes the end of this chapter and the end of this guide. Using standard materials and several of these tips mentioned above can save you several thousand to millions of dollars when embarking on large volume manufacturing.

Breadboard PCB–Conclusion

When building and launching your products to market, some other things also need to be considered.

      1. Certifications – Every wireless-based product needs to go through some certification process to be clear of any hazards or issues and be permitted to the market.

       2.  Enclosure – Depending on the type of product you are building, you might need some enclosure around your board to give it some artistic look or for some reason.

3. Quality Control – Quality control issues a formal inspection report for review and shipment approval. You should expect each shipment to be inspected and approved before being released. Such a protocol creates a closed-loop process that builds in continuous improvement for consecutive production runs.

This guide should give you enough head start in launching your following product. Taking an idea from concept to production is not for the faint of heart.

You have to withstand failures, criticism, mishaps, and managing the whole manufacture process can be very challenging. Still, a manufacturer like WellPCB is in the business to help you succeed. Breadboard PCB