Beim PCB-Prototyping handelt es sich um den Prozess der Herstellung einer Schaltung in Form einer Leiterplatte. Diese Leiterplatte macht die Verbindung Ihrer Komponenten sicherer und robuster. Ein PCB-Prototyp ist besser als ein Steckbrett mit bedrahteten Bauteilen. Diese Methode eignet sich insbesondere für die Präsentation Ihrer Projekte. Sie können einen PCB-Prototyp manuell erstellen oder einen zuverlässigen PCB-Hersteller suchen. Normalerweise produziert ein Hersteller bessere und langlebigere Leiterplatten.
Beim Prototyping einer Leiterplatte sind mehrere Prozesse beteiligt. In diesem Artikel werden diese Prozesse beschrieben, um Ihr PCB-Prototyping schneller und einfacher zu gestalten.
Entscheiden Sie sich für eine PCB-Layout-Software
Heutzutage können Ihnen verschiedene PCB-Layout-Software beim Entwerfen Ihres PCB-Prototyps helfen. Es gibt sowohl kostenpflichtige als auch kostenlose Software. Es gibt auch webbasierte PCB-Designtools. Für welches Werkzeug Sie sich auch entscheiden, wichtig ist, dass Sie damit vertraut sind und dass es Ihren Designanforderungen entspricht. Sie können sich über die Funktionen mehrerer unten aufgeführter PCB-Design-Tools informieren.
Hier finden Sie Beispiele für kostenlose PCB-Layout-Software, die Sie herunterladen und auf Ihrem PC installieren können.
- Kostenlose Leiterplatte
- KiCAD
- Express-Leiterplatte
- Entwerfen Sie eine Spark-Leiterplatte
Hier finden Sie Beispiele für kostenpflichtige PCB-Layout-Software. Üblicherweise nutzen mittlere bis große Unternehmen diese Art von Software. Sie können eine kostenlose Testversion der Software herunterladen, bevor Sie dafür bezahlen.
- Altium Designer
- Allegro PCB-Designer
- OderCAD
- Autodesk Fusion 360
- Circuit Studio
- PADS PCB-Design
Hier finden Sie Beispiele für cloudbasierte PCB-Layout-Software. Dadurch müssen Sie keine große Software auf Ihrem PC installieren. Manchmal ist das Herunterladen von Softwarekomponenten optional.
- EasyEDA
- ai
- CADLab
- Altium 365
- Solidworks-Leiterplatte
Beachten Sie, dass Ihre PCB-Layout-Software Fertigungs- oder Fertigungsausgaben generieren sollte, damit Sie diese Ausgaben an Ihren PCB-Hersteller senden können. Danach sollte Ihnen Ihr Leiterplattenhersteller eine fertige Leiterplatte schicken, die für den Prototypenbau bereit ist. Sie können auch einen Prototyp einer Leiterplattenbestückung mit auf Ihren Platinen untergebrachten Bauteilen erstellen. Mit dieser Methode müssen Sie Bauteile nicht manuell auf Ihrer Leiterplatte löten. Dieser Prozess kann Ihnen bei Ihren Projekten Zeit sparen. Beachten Sie jedoch, dass bei der Leiterplattenbestückung einige Einrichtungsgemeinkosten anfallen.
Erstellen Sie ein klares schematisches Diagramm
Was ist der Zweck eines Schaltplans?
Sie müssen einen PCB-Prototyp mit einem klaren Schaltplan erstellen. Ein schematisches Diagramm stellt die Verkabelung aller Komponenten auf Ihrer Leiterplatte dar. Normalerweise geht das Diagramm von der Idee eines Schaltungsdesigners aus. Anschließend legt er es in einem Editorprogramm aus. Der Designer kann das schematische Diagramm wiederholt überarbeiten. Dieser Vorgang kann fortgesetzt werden, bis er die endgültige Schaltung gründlich debuggt hat.
Wie erstelle ich einen Schaltplan?
Glücklicherweise ist die Erstellung eines Schaltplans einfach, insbesondere mit den heute verfügbaren EDA-Tools. Normalerweise ist ein Schaltplaneditor bereits Teil der IDE (Integrated Development Environment) einer EDA. Der Editor arbeitet normalerweise mit dem PCB-Layout, der Teile-Footprint-Bibliothek und dem Teilesymbolbibliothek-Editor. Mehrere Schaltplaneditoren ziehen Teilesymbole einfach per Drag-and-Drop in ihr Bearbeitungsfenster, sodass sie vom Benutzer verdrahtet werden können.
Überprüfen Sie Ihre Komponenten, ob sie in Ihrer Teilebibliothek verfügbar sind.
Möglicherweise stellen Sie beim Erstellen Ihres Schaltplans fest, dass Sie über Komponenten verfügen, die Ihrer Teilebibliothek hinzugefügt werden müssen. Dieser Prozess ist kein Grund zur Beunruhigung; Sie können dies als eine zeitgemäße Lernerfahrung betrachten. Sie können auf den Websites verschiedener Komponentenhersteller nachsehen, ob Sie die CAD-Bibliothek des fehlenden Teils herunterladen können. Sie können auch die Websites vertrauenswürdiger CAD-Bibliotheken von Drittanbietern besuchen und Ihre fehlende Komponente finden.
Beispiele für Websites von CAD-Bibliotheken Dritter
- Ultra-Bibliothekar
- SnapEDA
- SamacSys
Sie können Ihr Teil erstellen, wenn Sie Ihr fehlendes Bauteil in keinem der oben genannten Prozesse finden können. Dieser Prozess erfordert das Durchgehen des Symbol- und Footprint-Editors Ihrer PCB-Designsoftware. Durchsuchen Sie das Handbuch oder das Hilfemenü Ihrer Software, um zu erfahren, wie Sie diese Editoren verwenden.
Erstellen oder routen Sie Ihre Leiterplatte mit einem PCB-Layout-Editor.
Ein PCB-Layout-Editor hilft Ihnen beim Layout Ihrer Leiterplatte entsprechend Ihrem beabsichtigten Design. Der PCB-Layout-Editor und der Schaltplan-Editor arbeiten normalerweise Hand in Hand, um die Designaufgabe abzuschließen. Heutzutage verfügen mehrere EDA-Tools über einen guten PCB-Layout-Editor, mit dem sich die meisten PCB-Designs vervollständigen lassen.
Was sind einige Merkmale eines PCB-Layout-Editors?
- Möglicherweise verfügt es über automatische Routing-Funktionen. Automatisches Routing bedeutet, dass Sie den Computer das Routing der Gleise für Sie übernehmen lassen. Einige können auch eine automatische Platzierung von Komponenten durchführen.
- Verfügt über DRC (Design Rule Checking). Die Überprüfung von Designregeln ist eine wichtige Funktion jedes PCB-Layout-Editors. DRC prüft Ihr Design auf Platzierungs-, Spur- oder andere Designprobleme, bevor es in die Fertigung gelangt.
- Kann beliebige Komponenten- oder Verkabelungsänderungen mit dem Schaltplaneditor synchronisieren oder aktualisieren. Diese Funktion ist bei vielen PCB-Designern gefragt.
- Es kann Ihnen helfen, Leiterbahnen gleicher Länge zu verdrahten. Diese Methode ist eine wichtige Funktion, insbesondere wenn Sie Hochgeschwindigkeitsstrecken verkabeln, die eine Impedanzanpassung erfordern.
Sie sollten in der Lage sein, Fertigungsausgaben zu erstellen, nachdem Sie Ihren Entwurf fertiggestellt und DRC-Prüfungen durchgeführt haben.
Erstellen Sie Fertigungsausgaben
Normalerweise erstellen Sie Fertigungs- oder Fertigungsausgaben nach der Erstellung Ihres PCB-Designs. Dieser Vorgang trifft zu, wenn Sie Ihre Leiterplatten von einem Leiterplattenhersteller herstellen lassen möchten. Dabei müssen Sie prüfen, wie Sie mit Ihrer PCB-Designsoftware Fertigungsausgaben generieren. Dafür gibt es meist eine Speisekarte.
Fertigungsausgaben oder -daten liegen normalerweise im Gerber-Format vor. Diese Gerber-Dateien sind so formatiert, dass sie gut mit PCB-Fertigungsmaschinen funktionieren. Überprüfen Sie Ihre Gerber-Ausgabeparameter bei Ihrem Leiterplattenhersteller, bevor Sie sie generieren.
Normalerweise müssen Sie sich mit den Layer-Informationen zu Ihren Gerbers vertraut machen. Solche Schichten wie:
- Obere und untere Gleisebenen.
- Obere und untere Siebdruckebene.
- Spuren der inneren Schicht (falls vorhanden).
- Lötmasken- und Lötpastenschichten.
- PCB Outline-Ebene.
- Fertigungs- oder Montageebene.
Denken Sie auch daran, Ihre Bohrdatendatei (DRL) auszugeben. Diese Datei ist unbedingt erforderlich, insbesondere wenn Ihr Design Bohrlöcher aufweist.
Erstellen Sie Assembly-Ausgaben
Dieser Vorgang ist erforderlich, wenn Ihre Leiterplatte bereits mit Komponenten bestückt sein soll. Möglicherweise möchten Sie eine Leiterplattenmontage durchführen, insbesondere wenn Sie mehrere Leiterplatten haben, deren Herstellung zeitaufwändig ist. Möglicherweise möchten Sie diesen Vorgang auch anwenden, wenn Sie Schwierigkeiten beim Löten bestimmter Komponenten haben.
In Ihrer PCB-Designsoftware sollte es eine Option zur Ausgabe von Bestückungsdateien geben. Die Assembly-Dateien bestehen normalerweise aus Folgendem:
- Positionsdatei.
- Stücklistendatei.
Die Positionsdateien, auch Pick & Place-Dateien oder Schwerpunktdateien genannt, definieren die X- und Y-Position aller Komponenten auf Ihrer Leiterplatte. Diese Informationen sind für eine Bestückungsmaschine erforderlich, um Ihre Komponenten korrekt auf Ihrer Platine zu platzieren. Die Stücklistendateien enthalten wichtige Informationen zu jeder Komponente, wie z. B. Referenzbezeichnung, Teilenummer des Herstellers, PCB-Footprint und Beschreibung.
Überprüfen Sie Ihre Fertigungsausgaben mit einem Gerber Viewer
Sie können einen Gerber-Viewer verwenden, um zu überprüfen, ob Ihr endgültiger Entwurf keine weiteren Probleme aufweist. Es kann sein, dass Sie bestimmte schwer erkennbare Elemente erfassen müssen. Zu diesen Dingen gehören fehlende Lötpastenpads, Masken, Siebdruckreferenzen, Enden auf Ihren Kupferleiterbahnen und dergleichen. Ein guter Gerber Viewer kann hinein- und herauszoomen, um eine Gesamtansicht Ihres Designs zu erhalten.
In einigen PCB-Designsoftware ist bereits ein Gerber-Viewer in ihr System integriert – beispielsweise KiCAD (mit Gerber Viewer) oder Altium Designer. Wenn Ihre Software keine hat, machen Sie sich keine Sorgen. Es stehen zahlreiche Gerber-Viewer von Drittanbietern zur Verfügung. Nachfolgend finden Sie Beispiele dafür.
- Gerbv
- ViewMate
- Zofz PCB Viewer
- Gerber-Viewer
Bereiten Sie sich darauf vor, Ihre Fertigungsdaten an Ihren Leiterplattenhersteller zu senden
Ihre PCB-Herstellungsdaten sollten sicher sein, wenn Sie sie an Ihren PCB-Hersteller senden. Normalerweise müssen sie in einer ZIP-Datei abgelegt werden, damit sie nicht verstreut sind. Stellen Sie anschließend eine ordnungsgemäße Kommunikation mit Ihrem Hersteller bezüglich der Herstellung Ihrer Platinen sicher.
Sie können die richtigen Materialien und Prozesse für Ihre Platinen mit Ihrem Hersteller besprechen. Einige Dinge, die Sie berücksichtigen sollten, sind:
- Wie dick ist Ihr Board und wie viele Schichten?
- Welches PCB-Material benötigen Sie?
- Welches Pad-Finish wünschen Sie?
- Welche Farbe hat Ihr Siebdruck?
- Benötigen Sie bleifreie Platinen?
- Benötigen Sie beim Zusammenbau eine Schablone?
- Welche Art von Tests soll Ihr Hersteller an Ihren Platinen durchführen lassen, wenn er mit der Herstellung fertig ist?
Vereinbaren Sie abschließend die Zahlungs- und Lieferbedingungen.
Es wäre hilfreich, wenn Sie weiterhin mit Ihrem Hersteller kommunizieren, bis dieser Ihr Board fertiggestellt hat. Bitte schließen Sie Ihre Kommunikationswege mit ihnen nicht ab. Es kann sein, dass Ihr Design Fehler im Zusammenhang mit den Herstellungsprozessen aufweist. Je länger diese Mängel nicht behoben werden, desto länger wird die Vorlaufzeit für Ihr Design sein.
Erhalten Sie Ihren PCB-Prototyp und prüfen Sie ihn.
Hoffentlich erhalten Sie Ihre PCB-Prototypen rechtzeitig. Überprüfen und überprüfen Sie sie nach Erhalt, um festzustellen, ob Probleme vorliegen. Ihr Hersteller sollte offen für Diskussionen über solche Dinge sein und dies sollte Teil seines Kundensupportsystems sein. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, zuverlässige Leiterplattenhersteller zu finden, die After-Sales-Support bieten.
Finalisieren Sie Ihren PCB-Prototyp
Debuggen Sie Ihren PCB-Prototyp und finalisieren Sie ihn, um Ihre Projektpräsentation zu erstellen. Bei Bedarf können Sie Ihr Board noch einmal überarbeiten. Dieser Vorgang wird Re-Spin genannt. Ein gutes und durchdachtes Design hat normalerweise nur wenige (oder gar keine) Re-Spins. In diesem Fall können Sie Budget für Ihre nächste Projektidee sparen.