Bolji projekti pomoću PCB -a: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Ako ste proveli vrijeme radeći na projektima elektronike, znate koliko to može biti zabavno i uzbudljivo. Ništa nije uzbudljivije nego vidjeti kako vaš krug oživljava pred vašim očima. Postaje još uzbudljivije kada se vaš projekt pretvori u koristan gadget koji želite učiniti stalnim u svom domu ili uredu. Ali koji je najbolji način da se to postigne? Oglasna ploča zasigurno nije odgovor, a izgradnja kompliciranog sklopa na proto-ploči može postati prilično dosadna. Oba ova alata imaju svoje mjesto, ali nisu idealni za realnu proizvodnju.

Rješenje? Napravite svoj projekt pomoću tiskane ploče (PCB). S obzirom na to da broj proizvođača i hobista svakodnevno raste, proizvođači čine usluge profesionalne razine dostupnima (i pristupačnim) za svakoga. Nekad je bilo nevjerojatno skupo projektirati i izrađivati PCB -e. Uz visokokvalitetni CAD softver koji je u nekim slučajevima dostupan besplatno, te tvornice koje proizvode male prototipne ploče za samo 5 USD plus dostava. Postoji vrlo malo razloga da ne iskoristite ove usluge.

Cilj mi je provesti vas kroz ovaj projekt na visokoj razini. Budući da je svaki CAD softver nešto drugačiji, morat ćete prikupiti određeno znanje iz drugih izvora da biste to učinili. Postaviću veze na nekoliko izvora koji su mi bili od pomoći. Prije nego što se zabrinete koliko vam je vremena potrebno za učenje ovih vještina, dopustite mi da kažem da sam započeo s apsolutno nula znanja i iskustva, te sam stvarao uspješne dizajne nakon što sam potrošio manje od 8 sati učeći na mrežnim resursima.

Osobno sam koristio sva tri paketa CAD softvera, ali preporučujem da pogledate ove uvodne videozapise kako biste stekli uvid u to kako je svaki od njih postavljen.

• Uvod u KICAD
• Uvod u Eagle CAD webinar
• Uvod u Altium

Doktor Peter Dalmaris ima izvrstan tečaj temeljen na KICAD -u koji sam završio i toplo preporučujem ako je to softver koji odaberete. Njegova objašnjenja o tome kako sve značajke funkcioniraju lako je slijediti i vrlo su potpuna. Evo veze do njegovog razreda na Tech Explorations.

Još jedna mogućnost koju treba razmotriti (iako ovo nije ona koju sam koristio) je EasyEDA. Vidio sam kako drugi proizvođači koriste ovaj internetski softver za izradu vrlo čvrstih dizajna.

Krenimo u projektiranje!

Pribor

• PC s CAD softverom
• Lemilica
• Fluks
• 1 modul ESP-32 (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (SOIC paket)
• Regulator od 5 volti (L7805)
• Regulator od 3,3 V (AP2114H)
• generička utičnica s jednosmjernom cijevi za utikač od 2,1 mm
• Muški ili ženski pin-headeri (izborno)
• Toster i pasta za lemljenje (izborno)
• Bušilica (izborno)

Korak 1: Planiranje i dizajn

Vrlo je važno imati čvrste temelje za bilo koji projekt. Malo vremena uloženog u planiranje može uštedjeti sate frustracije na putu.

Dobro mjesto za početak je stvaranje popisa funkcija i značajki koje želite da vaš dizajn ima. Slijedi popis koji sam koristio prilikom stvaranja ovog primjera projekta.

• Ploča zasnovana na ESP-32 kompatibilna s postojećim dizajnom ESP-32
• Više digitalnih pinova od standardnog ESP-32 Dev kompleta
• Dostupni 5v i 3v3 za napajanje dodatne opreme pričvršćene na PCB
• Programski priključak za nadogradnju jedinice u budućnosti
• Mogućnost rada na ulazu od 6 do 12 volti

Drugo je prikupljanje popisa dijelova koje želite koristiti i pronalaženje lako dostupnog izvora. Zadnje što želite učiniti je napraviti PCB za koji ne možete kupiti dijelove. Također biste trebali prikupiti tehničke listove proizvođača za svaki dio koji namjeravate koristiti (vjerujte mi, ovo je JAKO važno, a kasnije ću objasniti zašto).

Konačno prikupljamo bilješke i crteže koje ste možda već stvorili za ovaj dizajn. To bi uključivalo sva fizička ograničenja koja možda imate. Takve kakve želite da vaša ploča bude kompatibilna s Arduino štitom ili da stane unutar određenog kućišta. Svi ti podaci bit će potrebni u različitim fazama procesa.

Korak 2: Shema PCB -a pomoću CAD -a

Počnimo s izradom naše sheme!

Općenito, volim dodati sve svoje dijelove u shemu i postaviti ih na način koji za mene ima smisla. U ovom trenutku gdje ih postavite nema utjecaja na fizičko mjesto na PCB -u, pa tu fleksibilnost možete koristiti u svoju korist. Ako nemate otisak za sve svoje komponente, toplo preporučujem SnapEDA i Ultralibrarian. Ovi izvori imaju nevjerojatan izbor dostupnih dijelova za gotovo svaki CAD softver koji možda koristite. Samo potražite broj dijela komponente i preuzmite odgovarajuće datoteke. Imaju vodiče koji vas uče kako uvesti ove datoteke ako već ne znate kako to učiniti.

Prije nego što spojite svoje dijelove, najbolje je provjeriti točnost priključaka svake komponente. Zbog toga je važno imati tehničke listove s dijelovima, uništio sam čitave serije PCB -a (sjećate li se onih sati frustracije?) Jer sam preskočio ovaj korak. Ako niste sami napravili dio (a ponekad čak i ako jeste) UVIJEK dvaput provjerite.

Kad povežete svoju shemu, smatram da je korisno koristiti mrežne oznake za povezivanje. Ako imate veliku količinu žica na sve strane, postaje teško pratiti ih, a također povećava šanse za uspostavljanje veze negdje gdje ne biste trebali (više sati frustracije). Ravnoteža žica i mrežnih oznaka obično je najbolja, samo svakako upotrijebite popis mrežnih oznaka koji će imati smisla za svakoga tko gleda dizajn. To će vam olakšati život ako se u budućnosti vratite ovom dizajnu želeći unijeti promjene ili riješiti probleme s izvornim dizajnom.

Shema je također dobro mjesto za ostavljanje bilješki o tome kako bi trebali djelovati različiti dijelovi kola. Ovo je dobar način za praćenje svih detalja koji su potrebni kako bi stvar radila kako treba. Primjer ovog projekta je da je za programiranje potreban kratkospojnik između omogućavajućeg pina ESP modula i napajanja od 3,3 V. Iako ovo vjerojatno nije jedino mjesto na kojemu trebate dokumentirati takve podatke, svakako je dobro steći naviku zapisati SVE.

Dobro pregledajte svoju shemu prije nego prijeđete na sljedeći korak. To mora biti ispravno kako bi proces postavljanja PCB -a prošao glatko. Spor i metodičan pristup uvijek će vam dati najbolji konačni rezultat. Pregledajte sve svoje bilješke i provjerite svaku od njih prema shemi.

Korak 3: Raspored PCB -a

Prije nego počnemo s uređivanjem naših komponenti, najbolje je pogledati otiske stopala i provjeriti jesu li ispravni za dijelove koje namjeravate koristiti. Na primjer, neki će dijelovi imati dostupne varijante rupa i SMD -a, pazite da koristite samo dijelove koje ćete moći instalirati. Modul EPS-32 ima podlogu ispod koje će zahtijevati posebno rukovanje (o tome kasnije) Samo provjerite imate li plan za ove situacije. Nakon odabira odgovarajućih paketa za naše komponente, trebali biste ponovno provjeriti ispise svakog dijela u odnosu na podatkovnu tablicu (jeste li primijetili trend ovdje?) Vjerujte mi kad kažem da to može biti pogrešno i da će to potrajati dug dan ako kasnije morate pronaći ta pitanja

Prilikom raspoređivanja komponenti vodite računa o bilo kojem od onih fizičkih ograničenja koja sam ranije spomenuo. U nekim će slučajevima možda biti potrebno da neke dijelove postavite prvo jer je njihov položaj kritičan i uklopite sve ostalo oko njih. Ne zaboravite da dijelove koji su povezani postavite blizu, ali i ostavite dovoljno prostora za rad tijekom montaže. Ako imate posebno kućište koje namjeravate koristiti, možda bi imalo smisla prvo stvoriti profil ploče i sve izbušene rupe.

Nakon što se sve vaše komponente nalaze na mjestu gdje želite da dođe vrijeme za usmjeravanje vaših zapisa. Pritom morate zapamtiti nekoliko ključnih točaka.

• Najkraći mogući trag općenito je najbolji
• Veće je obično bolje (posebno za vodove za napajanje)
• Morate znati kolikom bi strujom trebala upravljati određena staza i provjerite može li veličina koju ste odabrali sigurno podnijeti tu količinu (ovo je vrlo važno sigurnosno pitanje, prekomjerna struja može uzrokovati zagrijavanje i potencijalno opasnost od požara)
• Znajte koje tolerancije vaš proizvođač može održavati i slijedite te smjernice. Ovdje je veza na stranicu sa mogućnostima za jednog proizvođača (vaš CAD softver može imati provjeru pravila dizajna koja će vas upozoriti na sva mjesta koja ne zadovoljavaju standarde koje tvornica može slijediti)

Iako trase usmjeravanja mogu biti zabavna zagonetka, ponekad se naši dizajni mogu zakomplicirati što ovo čini ekstremnim izazovom. U tim slučajevima korištenje softvera za automatsko usmjeravanje može vam uštedjeti značajno vrijeme. Ovdje je veza do automatskog usmjerivača koji sam koristio na nekoliko projekata. Automatski usmjerivač uvozi vaš projekt i koristi vaša pravila dizajna za stvaranje odgovarajućih tragova za sve vaše mreže. Obično ću dopustiti automatskom usmjerivaču da odradi svoj posao, a zatim ručno promijeniti nekoliko stvari za koje bih htio da budu različite. Također možete usmjeriti tragove koje želite biti na određenim mjestima, a automatski usmjerivač će zaobići te postojeće zapise kao što radi na preostalim mrežama.

Korak 4: Završni dodiri i priprema za proizvodnju

Uz postavljene dijelove i pokrenute staze, vaša je tiskana ploča gotovo spremna za rad. Sada je dobro vrijeme da se cjelokupnom izgledu da dobro. Pratite tragove koristeći shemu kao vodič i provjerite jesu li uspostavljene sve potrebne veze.

Također biste trebali razmisliti o dodavanju grafike na ploču u sloju sitotiska. Vaše ime ili oznaka nekog drugog proizvođača dobar je način da obavijestite druge da ste ponosni na svoj rad. Također vjerujem da ću obilježiti većinu, ako ne i sve svoje točke povezivanja, onome čemu služe. To pomaže kada spojite stvar nakon montaže, a drugima olakšava razumijevanje funkcija ovih priključnih točaka.

Još jedna stvar koju treba uzeti u obzir je označavanje revizijskog identifikatora, osobito ako je ovo ploča koju namjeravate izraditi više puta. Na taj način možete u budućnosti mijenjati krug i na prvi pogled reći s kojom verzijom ploče radite.

Nakon što je sve to učinilo svoje vrijeme za planiranje/izvoz vašeg dizajna i slanje proizvođaču. Općenito će to biti Gerber datoteke i obično bi ih sve trebalo pohraniti u jednu.zip mapu. To ćete učitati prilikom naručivanja PCB -a.

Evo veze do Gerber datoteka za moj primjer projekta na GitHubu

Korak 5: Naručite svoje PCB -ove

Za to je dostupno sve više opcija nego u prošlosti. Postalo je toliko jednostavno da svatko može profesionalno izraditi dizajn u velikim tvornicama i po nevjerojatno razumnoj cijeni.

Dizajnirao sam više od 35+ PCB -a i sve ih je proizveo JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Vrlo dobro društvo s kojim nikad nisam imao problema s kvalitetom. Ovdje je veza na video zapis koji prikazuje njihov pogon i detaljno objašnjava proces izrade PCB -a. Obilazak tvornice

Idite na njihovu web stranicu i započnite ponudu. Zatim prenesite.zip vaših Gerber datoteka. Nakon dovršetka prijenosa trebali biste vidjeti iscrtavanje svog dizajna. Odaberite svoju količinu, boju i sve ostale kriterije koje želite odrediti u ovom trenutku. Zatim je jednostavno prijeći na naplatu. Možete jednostavno prenijeti vlastite Gerber datoteke u besplatni Gerber preglednik i vidjeti kako te datoteke izgledaju kada se generiraju.

Obično pokušavam poslati nekoliko dizajna odjednom kako bih kombinirao isporuku. Obično bih očekivao da ih dobijem u roku od 1-2 tjedna nakon što je narudžba poslana. To, naravno, može varirati ovisno o raznim čimbenicima, ali oni će vas obavijestiti o napretku vaših narudžbi putem njihove web stranice i broj za praćenje nakon isporuke vaše narudžbe.

Korak 6: Hajde da to izgradimo

Vrijeme je za sastavljanje!

Sjećate li se da sam ranije spomenuo da postoji trik za lemljenje ESP-32 modula? Ako pogledate otisak na PCB -u, primijetit ćete veliki jastučić ispod komponente. Pa to bi mogao biti mali izazov, ali moram na načine da uspijete obaviti posao.

Opcija 1: Upotrijebite pastu za lemljenje i malu toster pećnicu.

Ovo je doista ravno naprijed i definitivno će vam dati najbolje rezultate u cjelini. Ovaj video objašnjava proces. Uvjerite se da razumijete temperaturne zahtjeve paste za lemljenje koju koristite i imat ćete prilično nevjerojatne rezultate bez puno truda. To će se pobrinuti za lemljenje većine, ako ne i svih SMD komponenti. Dodatni bodovi ako je vaša toster pećnica došla iz hrpe smeća i prije korištenja ju je potrebno popraviti.

Opcija 2: Izađite iz vježbe!

Ova će opcija definitivno uspjeti, ali nije najidealnija. Pažljivo bušenje male rupe kroz PCB u sredini ovog jastučića omogućit će vam da je lemite sa stražnje strane ploče poput komponente kroz provrt. S ovim pristupom stvari mogu poći po zlu, pa odvojite vrijeme i upotrijebite visokokvalitetnu burgiju. Ako ne namjeravate koristiti postupak ponovne pripreme pećnice, mogli biste riješiti ovakve probleme u svom dizajnu dodavanjem prorezane rupe u sredini ovog uloška. To će vam omogućiti lemljenje glačalom bez rizika od oštećenja ploče.

Lemite sve preostale dijelove kroz rupe (i SMD ako niste koristili metodu ponovnog punjenja). Za zaglavlja iglica lemit ću jednu iglu kako bih je držao na mjestu dok okrećem ploču kako bih se uvjerio da je ravna. Također je dobro vrlo pažljivo provjeriti lemljenje na svim SMD dijelovima pomoću neke vrste povećala. Ako nađete nešto što je potrebno dotaknuti, upotrijebite malo fluksa (vjerujte mi da to čini veliku razliku) i zagrijte lemni spoj. Na svom primjeru sam otkrio da modul ESP-32 ima nekoliko mjesta koja je potrebno ponovno obraditi. Također imajte na umu da namjerno nisam dodao nikakva pin-zaglavlja ovoj ploči, jer namjeravam izravno lemiti žice sa svojih perifernih uređaja. Ovo nije uvijek najbolji pristup, ali za moju primjenu to nije problem.

To je to! od početka do kraja uzeli smo koncept kola i napravili vlastiti prilagođeni PCB za ovaj projekt. Kad se jednom snađete, mogućnosti su gotovo beskrajne. Nadam se da vam je ovaj Instructable dao neke dobre ideje i ukazao vam na neke korisne izvore koji će vam pomoći na putovanju s PCB -ovima. Hvala na čitanju!

Sretno u stvaranju i ne dopustite da dim izađe! (Ozbiljno treba čarobni dim)