Proiecte mai bune folosind PCB-uri: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Dacă ați petrecut timp lucrând cu proiecte electronice, atunci știți cât de distractiv și interesant poate fi. Nimic nu este mai exaltant decât să-ți vezi circuitul prind viață chiar în fața ochilor tăi. Devine și mai interesant atunci când proiectul tău se transformă într-un gadget util pe care vrei să-l faci un dispozitiv permanent în jurul casei sau biroului tău. Dar care este cel mai bun mod de a realiza acest lucru? Breadboard-ul nu este cu siguranță răspunsul și construirea unui circuit complicat pe placa proto poate deveni destul de obositoare. Ambele instrumente își au locul, dar nu sunt ideale pentru producția realistă.

Soluția? Realizați-vă proiectul folosind un PCB (placă cu circuite imprimate). Odată cu creșterea zilnică a numărului de producători și pasionați, producătorii pun la dispoziție (și accesibilă) servicii la nivel profesional pentru toată lumea. La un moment dat a fost incredibil de scump să proiectezi și să fabrici PCB-uri. Cu software CAD de înaltă calitate ușor disponibil gratuit în unele cazuri, și fabrici care produc plăci prototip mici pentru doar 5 USD plus transport. Există foarte puține motive pentru a nu profita de aceste servicii.

Scopul meu este să te duc prin acest proiect la un nivel înalt. Deoarece fiecare software CAD este ușor diferit, va trebui să colectați cunoștințe din alte surse pentru a face acest lucru. Voi posta link-uri către câteva resurse care mi s-au părut utile. Înainte să vă faceți griji cu privire la timpul necesar pentru a învăța aceste abilități, permiteți-mi să spun că am început cu cunoștințe și experiență absolut zero și că făceam proiecte de succes după ce am petrecut mai puțin de 8 ore învățând din resursele online.

Am folosit personal aceste trei pachete de software CAD, dar vă recomand să vă uitați la aceste videoclipuri de introducere pentru a vă face o idee despre modul în care fiecare dintre ele este configurat.

• O introducere în KICAD
• Introducere în webinarul Eagle CAD
• Introducere în Altium

Doctorul Peter Dalmaris are un curs excelent bazat pe KICAD pe care l-am finalizat și îl recomand cu tărie dacă acesta este software-ul pe care îl alegeți. Explicațiile sale despre modul în care funcționează toate caracteristicile sunt ușor de urmărit și foarte complete. Iată un link către clasa sa de la Tech Explorations.

O altă opțiune de luat în considerare (deși nu am folosit-o eu) este EasyEDA. Am văzut alți producători care folosesc acest software online pentru a realiza câteva modele foarte solide.

Haideți să proiectăm!

Provizii

• PC cu software CAD
• Ciocan de lipit
• Flux
• 1 modul ESP-32 (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (pachet SOIC)
• Regulator de 5 volți (L7805)
• Regulator de 3,3 volți (AP2114H)
• mufă cilindrică DC generică pentru o priză de 2,1 mm
• Anteturi masculine sau feminine (opțional)
• Cuptor prăjitor și pastă de lipit (opțional)
• Burghiu (opțional)

Pasul 1: Planificare și proiectare

Este foarte important să ai o bază solidă pentru orice proiect. Un pic de timp petrecut în planificare poate economisi ore de frustrare pe drum.

Un loc bun pentru a începe este crearea unei liste de funcții și caracteristici pe care doriți să le aibă designul dvs. Următoarea este lista pe care am folosit-o când am creat acest exemplu de proiect.

• O placă bazată pe ESP-32 compatibilă cu modelele ESP-32 existente
• Mai mulți pini digitali decât kitul standard ESP-32 Dev
• Disponibil 5v și 3v3 pentru alimentarea accesoriilor atașate la PCB
• Un port de programare, astfel încât să pot actualiza unitatea în viitor
• Capacitatea de a rula pe o intrare de 6 până la 12 volți

Al doilea este colectarea unei liste de piese pe care doriți să le utilizați și găsiți o sursă ușor disponibilă. Ultimul lucru pe care doriți să-l faceți este să creați un PCB pentru care nu puteți cumpăra piesele. De asemenea, ar trebui să colectați fișele tehnice ale producătorilor pentru fiecare parte pe care intenționați să o utilizați (credeți-mă, acest lucru este FOARTE important și vă voi explica de ce mai târziu).

În cele din urmă, colectați toate notele și desenele pe care le-ați creat deja pentru acest design. Aceasta ar include orice constrângeri fizice pe care le-ați putea avea. Așa cum ați dori ca placa dvs. să fie compatibilă cu un scut Arduino sau să se încadreze într-o incintă specifică. Toate aceste informații vor fi necesare la diferiți pași ai procesului.

Pasul 2: Schema PCB utilizând CAD

Să începem să realizăm schema noastră!

În general, îmi place să adaug toate părțile mele la schemă și să le așez într-un mod care are sens pentru mine. În acest moment în care le așezați nu are niciun impact asupra locației fizice pe PCB, astfel încât să puteți utiliza această flexibilitate în avantajul dvs. Dacă nu aveți amprente pentru toate componentele dvs., vă recomand cu încredere SnapEDA și Ultralibrarian. Aceste resurse au o selecție uimitoare de piese disponibile pentru aproape fiecare software CAD pe care l-ați folosi. Doar căutați numărul piesei componentei și descărcați fișierele corespunzătoare. Ei au tutoriale care vă învață cum să importați aceste fișiere dacă nu știți deja cum să faceți asta.

Înainte de a conecta componentele împreună, este mai bine să verificați acuratețea pin-out-urilor fiecărei componente. Acesta este motivul pentru care este important să aveți fișele de date ale pieselor, am distrus loturi întregi de PCB-uri (vă amintiți acele ore de frustrare?), Deoarece am omis acest pas. Dacă nu ați făcut singură piesa (și uneori chiar dacă ați făcut-o) MEREU verificați dublu.

Când vă conectați la schemă, am găsit că este util să folosiți etichete de rețea pentru a face conexiunile. Dacă aveți o cantitate mare de fire care rulează în toate direcțiile, atunci devine dificil de urmat și, de asemenea, crește șansele de a face o conexiune într-un loc pe care nu ar trebui (mai multe ore de frustrare). Un echilibru de fire și etichete de plasă este de obicei cel mai bun, trebuie doar să fiți sigur că folosiți o listă de etichete de plasă care va avea sens pentru oricine altcineva care se uită la design. Acest lucru vă va ușura viața dacă reveniți la acest design în viitor, dorind să faceți modificări sau să depanați designul original.

Schema este, de asemenea, un loc bun pentru a lăsa note despre cum ar trebui să funcționeze diferite părți ale circuitului. Acesta este un mod bun de a urmări toate detaliile necesare pentru ca lucrul să funcționeze așa cum ar trebui. Un exemplu în acest proiect este că este necesar un jumper între pinul de activare al modulului ESP și sursa de 3.3v pentru programare. Deși probabil acesta nu este singurul loc în care ar trebui să documentați acest tip de informații, este cu siguranță bine să vă obișnuiți să scrieți TOTUL.

Faceți o schemă bună inspecție înainte de a trece la pasul următor. Acest lucru trebuie să fie corect pentru ca procesul de layout PCB să funcționeze fără probleme. O abordare lentă și metodică vă va oferi întotdeauna cel mai bun rezultat final. Treceți în revistă orice notă pe care o aveți și verificați fiecare dintre ele împotriva schemei.

Pasul 3: Aspect PCB

Înainte de a începe să ne aranjăm componentele, este bine să ne uităm la urme și să ne asigurăm că acestea sunt corecte pentru piesele pe care intenționați să le utilizați. De exemplu, unele piese vor avea variante orificiale și SMD disponibile, asigurați-vă că utilizați numai piese pe care le veți putea instala. Modulul EPS-32 are un tampon dedesubt, va necesita o manipulare specială (mai multe despre acest lucru mai târziu) Doar asigurați-vă că aveți un plan pentru aceste situații. După ce ați selectat pachetele adecvate pentru componentele noastre, ar trebui să verificați din nou pin-out-urile fiecărei părți în comparație cu fișa tehnică (ați observat o tendință aici?) Credeți-mă când spun că acestea pot fi greșite și va dura o zi lungă dacă trebuie să urmăriți aceste probleme mai târziu

Când vă aranjați componentele, asigurați-vă că țineți cont de oricare dintre aceste constrângeri fizice menționate anterior. În unele cazuri, poate fi necesar să plasați anumite piese mai întâi, deoarece locația lor este critică și se potrivește cu orice altceva din jurul lor. Nu uitați să plasați piese care sunt conectate strâns între ele, dar permiteți, de asemenea, suficient spațiu pentru a lucra în timpul asamblării. Dacă aveți o carcasă specifică pe care intenționați să o utilizați, ar putea avea sens să creați mai întâi profilul plăcii și orice găuri.

După ce toate componentele dvs. sunt localizate acolo unde doriți, este timpul să înceapă să vă direcționați pistele. Există câteva puncte cheie de reținut în timp ce faceți acest lucru.

• Cea mai scurtă urmă posibilă este în general cea mai bună
• Mai mare este de obicei mai bun (mai ales pentru liniile de alimentare cu energie electrică)
• Trebuie să știți cât de mult curent ar trebui să se ocupe o anumită pistă și să vă asigurați că dimensiunea pe care ați selectat-o poate gestiona în siguranță acea cantitate (Aceasta este o problemă de siguranță foarte importantă, supracurentul poate provoca încălzire și poate reprezenta un pericol de incendiu)
• Aflați ce toleranțe producătorul dvs. este capabil să mențină și să respecte aceste linii directoare. Iată un link către pagina de capabilități pentru un producător (software-ul dvs. CAD poate avea un verificator de reguli de proiectare care vă va avertiza cu privire la orice loc care nu îndeplinește un standard pe care fabrica îl poate urma)

În timp ce traseele de rutare pot fi un puzzle distractiv, uneori proiectele noastre se pot complica, făcând din aceasta o provocare extremă. În aceste cazuri, utilizarea unui software de rutare automată vă poate economisi timp substanțial. Iată un link către un Auto-router pe care l-am folosit în mai multe proiecte. Ruterul automat importă proiectul dvs. și utilizează regulile dvs. de proiectare pentru a face urmări adecvate pentru toate rețelele dvs. De obicei, voi lăsa Auto-routerul să-și facă treaba, apoi voi schimba manual câteva lucruri pe care aș putea să le doresc să fie diferite. De asemenea, puteți direcționa urmele pe care doriți să le găsiți în locații specifice, iar auto-routerul va funcționa în jurul acelor piste existente pe măsură ce funcționează pe rețelele rămase.

Pasul 4: Atingeri finale și pregătirea pentru fabricare

Cu piesele plasate și piesele rulate, PCB-ul dvs. este aproape gata de utilizare. Acum este un moment bun pentru a oferi întreg aspectul o dată. Urmați urmele folosind schema ca ghid și asigurați-vă că s-au făcut toate conexiunile de care aveți nevoie.

De asemenea, ar trebui să luați în considerare adăugarea de elemente grafice pe placa dvs. în stratul de serigrafie. Numele tău sau alte mărci ale factorilor de decizie sunt o modalitate bună de a informa ceilalți că ești mândru de munca ta. De asemenea, cred în marcarea majorității, dacă nu a tuturor punctelor mele de conexiune, cu ce sunt destinate. Acest lucru vă ajută atunci când mergeți la conectarea lucrului după asamblare și face mai ușor pentru ceilalți să înțeleagă funcțiile acestor puncte de conectare.

Un alt lucru de luat în considerare este marcarea unui identificator de revizuire, mai ales dacă acesta este un forum pe care intenționați să îl faceți de mai multe ori. În acest fel, puteți face schimbări în circuit în viitor și puteți spune dintr-o privire cu ce versiune a plăcii lucrați.

Cu toate acestea, a venit timpul să trageți / exportați proiectul și să îl trimiteți producătorului. În general, acestea vor fi fișiere Gerber și, de obicei, toate ar trebui să fie stocate într-un singur folder.zip. Aceasta este ceea ce veți încărca atunci când plasați comanda PCB.

Iată un link către fișierele Gerber pentru exemplul meu de proiect pe GitHub

Pasul 5: Comandați PCB-urile

Sunt disponibile din ce în ce mai multe opțiuni decât în trecut. A devenit atât de ușor încât oricine își poate face desenele realizate profesional de fabricile mari și la un preț incredibil de rezonabil.

Am proiectat peste 35 de PCB-uri și toate au fost produse de JLCpcb (https://jlcpcb.com)

O companie foarte bună cu care nu am avut niciodată probleme de calitate. Iată un link către un videoclip care oferă un tur al facilității lor și explică în detaliu procesul de fabricare a PCB-urilor. Turul fabricii

Accesați site-ul lor web și începeți o ofertă. Apoi încărcați.zip-ul fișierelor dvs. Gerber. Ar trebui să vedeți o redare a designului dvs. după finalizarea încărcării. Alegeți cantitatea, culoarea și orice alte criterii pe care doriți să le specificați în acest moment. Apoi, este o chestiune simplă de a continua cu plata. Puteți încărca cu ușurință propriile fișiere Gerber într-un vizualizator Gerber online gratuit și puteți vedea cum arată aceste fișiere atunci când sunt redate.

În mod obișnuit, încerc să trimit mai multe modele simultan pentru a le combina la transport. În mod normal, m-aș aștepta să le primesc în 1-2 săptămâni după plasarea comenzii. Desigur, acest lucru poate varia în funcție de o varietate de factori, dar vă vor oferi actualizări privind progresul comenzilor dvs. prin intermediul site-ului web și un număr de urmărire după livrarea comenzii.

Pasul 6: Să construim

E timpul să vă asamblați!

Vă amintiți mai devreme că am menționat că există un truc pentru lipirea modulului ESP-32? Dacă vă uitați la amprenta de pe PCB, veți observa un tampon mare sub componentă. Ei bine, asta ar putea fi un pic o provocare, dar trebuie să găsesc modalități prin care puteți face treaba.

Opțiunea 1: Utilizați pastă de lipit și un cuptor mic pentru prăjitor de pâine.

Acest lucru este foarte simplu și vă va oferi cu siguranță cele mai bune rezultate în general. Acest videoclip explică procesul. Asigurați-vă că înțelegeți cerințele de temperatură ale pastei de lipit pe care o utilizați și veți obține rezultate destul de incredibile fără prea mult efort. Acest lucru se va ocupa de lipirea majorității, dacă nu a tuturor componentelor SMD. Puncte bonus dacă cuptorul tău de prăjitor provine dintr-o grămadă de gunoi și trebuie reparat înainte de utilizare.

Opțiunea 2: Ieșiți burghiul!

Această opțiune va funcționa cu siguranță, dar nu este cea mai ideală. Găurirea cu grijă a unei mici găuri prin PCB în centrul acestui tampon vă va permite să o lipiți din partea din spate a plăcii, ca o componentă a găurii traversante. Lucrurile pot merge prost destul de ușor cu această abordare, așa că luați-vă timp și utilizați un burghiu de înaltă calitate. Dacă nu intenționați să utilizați un proces de reflow cuptor, puteți rezolva probleme de genul acesta în proiectarea dvs. adăugând o gaură de trecere placată în centrul acestui tampon. Acest lucru vă va permite să lipiți cu un fier de călcat fără riscul de a vă deteriora placa.

Lipiți orice parte rămasă prin găuri (și SMD dacă nu ați folosit metoda de reflow). Pentru anteturile de pin, voi lipi un singur pin pentru a-l menține în loc, în timp ce întorc placa pentru a mă asigura că este dreaptă. De asemenea, este bine să verificați lipirea foarte atent pe toate piesele SMD folosind un fel de lupă. Dacă găsiți ceva care trebuie atins, utilizați un flux (credeți-mă, asta face o mare diferență) și reîncălziți îmbinarea de lipit. Am descoperit în proiectul meu de exemplu că modulul ESP-32 avea mai multe locuri care trebuiau refăcute. De asemenea, rețineți că în mod intenționat nu am adăugat niciun pin-header la această placă, asta pentru că intenționez să lipesc direct firele de pe dispozitivele mele periferice. Aceasta nu este întotdeauna cea mai bună abordare, dar pentru aplicația mea nu este o problemă.

Asta e! de la început până la sfârșit am luat un concept de circuit și am creat propriul nostru PCB personalizat pentru acest proiect. Odată ce ai ajuns la el, posibilitățile sunt aproape nelimitate. Sper că acest Instructable v-a oferit câteva idei bune și v-a indicat câteva resurse utile pentru a vă ajuta în călătoria dvs. de fabricare a PCB-urilor. Mulțumesc pentru lectură!

Fericire fericită și nu lăsa fumul să iasă! (Serios are nevoie de fumul magic)