Σύμφωνα με το αναπτυγμένο διάγραμμα κυκλώματος, η προσομοίωση μπορεί να πραγματοποιηθεί και το PCB μπορεί να σχεδιαστεί με εξαγωγή του αρχείου Gerber/drill. Όποια κι αν είναι η σχεδίαση, οι μηχανικοί πρέπει να κατανοήσουν ακριβώς πώς πρέπει να είναι τοποθετημένα τα κυκλώματα (και τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα) και πώς λειτουργούν. Για τους μηχανικούς ηλεκτρονικών, η εύρεση των κατάλληλων εργαλείων λογισμικού για το σχεδιασμό PCB μπορεί να είναι μια αποθαρρυντική εργασία. Τα εργαλεία λογισμικού που λειτουργούν καλά για ένα έργο PCB ενδέχεται να μην λειτουργούν καλά για άλλα. Οι μηχανικοί θέλουν εργαλεία σχεδίασης πλακέτας που να είναι διαισθητικά, να περιέχουν χρήσιμα χαρακτηριστικά, να είναι αρκετά σταθερά ώστε να περιορίζουν τον κίνδυνο και να έχουν μια ισχυρή βιβλιοθήκη που τα καθιστά κατάλληλα για πολλαπλά έργα.

Πρόβλημα υλικού

Για τα έργα iot, η ενσωμάτωση είναι κρίσιμη για την απόδοση και την αξιοπιστία και η ενσωμάτωση αγώγιμων και μη αγώγιμων υλικών στο PCBS απαιτεί από τους σχεδιαστές iot να μελετήσουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διαφόρων ηλεκτρικών και μηχανικών πτυχών του σχεδιασμού. Ειδικότερα, καθώς τα μεγέθη των εξαρτημάτων συνεχίζουν να συρρικνώνονται, η ηλεκτρική θέρμανση σε PCBS γίνεται όλο και πιο κρίσιμη. Ταυτόχρονα, οι λειτουργικές απαιτήσεις αυξάνονται. Για την επίτευξη της απόδοσης βάσει της απόδοσης του σχεδιασμού, η απόκριση θερμοκρασίας, η συμπεριφορά των ηλεκτρικών εξαρτημάτων στην πλακέτα και η συνολική διαχείριση θερμότητας είναι κρίσιμες για τη λειτουργικότητα και την αξιοπιστία του συστήματος.

Το PCB πρέπει να είναι απομονωμένο για να διασφαλιστεί η προστασία. Τα βραχυκυκλώματα αποτρέπονται προστατεύοντας τα χάλκινα ίχνη που τοποθετούνται στην πλακέτα για τη δημιουργία του ηλεκτρονικού συστήματος. Σε σύγκριση με εναλλακτικές λύσεις χαμηλού κόστους όπως το συγκολλητικό χαρτί συνθετικής ρητίνης (SRBP, FR-1, FR-2), το FR-4 είναι πιο κατάλληλο ως υλικό υποστρώματος λόγω των φυσικών/μηχανικών ιδιοτήτων του, ιδιαίτερα της ικανότητας διατήρησης δεδομένων σε υψηλή συχνότητες, την υψηλή αντοχή στη θερμότητα και το γεγονός ότι απορροφά λιγότερο νερό από άλλα υλικά. Το FR-4 χρησιμοποιείται ευρέως σε κτίρια υψηλής ποιότητας καθώς και σε βιομηχανικό και στρατιωτικό εξοπλισμό. Είναι συμβατό με εξαιρετικά υψηλή μόνωση (υπερ-υψηλό κενό ή UHV).

Ωστόσο, το FR-4 ως υπόστρωμα PCB αντιμετωπίζει έναν αριθμό περιορισμών, οι οποίοι πηγάζουν από τη χημική επεξεργασία που χρησιμοποιείται στην παραγωγή. Συγκεκριμένα, το υλικό είναι επιρρεπές στο σχηματισμό εγκλεισμάτων (φυσαλίδες) και ραβδώσεων (διαμήκεις φυσαλίδες), καθώς και στην παραμόρφωση της ίνας γυαλιού. Αυτά τα ελαττώματα μπορεί να προκαλέσουν ασυνεπή διηλεκτρική αντοχή και να βλάψουν την απόδοση της καλωδίωσης PCB. Το νέο εποξειδικό γυαλί λύνει αυτά τα προβλήματα.

Άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν ίνες πολυιμιδίου/γυαλιού (που υποστηρίζουν υψηλότερες θερμοκρασίες και είναι πιο σκληρές) και KAPTON (ευέλικτο, ελαφρύ, κατάλληλο για εφαρμογές όπως οθόνες και πληκτρολόγια). Παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή διηλεκτρικών υλικών (υποστρωμάτων) περιλαμβάνουν τον συντελεστή θερμικής διαστολής (CTE), τη θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου (Tg), τη θερμική αγωγιμότητα και τη μηχανική ακαμψία.

Τα στρατιωτικά/αεροδιαστημικά PCBS απαιτούν ειδικές σχεδιαστικές εκτιμήσεις με βάση τις προδιαγραφές διάταξης και την κάλυψη 100% Design for Test (DFT). Το πρότυπο MIL-STD-883 καθιερώνει μεθόδους και διαδικασίες για τη δοκιμή μικροηλεκτρονικών συσκευών κατάλληλων για στρατιωτικά και αεροδιαστημικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένων μηχανικών και ηλεκτρικών δοκιμών, διαδικασιών κατασκευής και εκπαίδευσης και άλλων ελέγχων για τη διασφάλιση συνεπών επιπέδων ποιότητας και αξιοπιστίας σε όλο το σύστημα. Διάφορες εφαρμογές τέτοιων συσκευών.

Εκτός από την τήρηση διαφόρων προτύπων, ο σχεδιασμός των ηλεκτρονικών συστημάτων του αυτοκινήτου πρέπει να ακολουθεί μια σειρά κανόνων, όπως η μηχανική και ηλεκτρονική δοκιμή AEC-Q100 για τη συσκευασία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Τα φαινόμενα αλληλεπίδρασης μπορεί να επηρεάσουν την ασφάλεια του οχήματος. Για να ελαχιστοποιηθούν αυτά τα αποτελέσματα, οι σχεδιαστές PCB πρέπει να καθορίσουν μια απόσταση μεταξύ της γραμμής σήματος και της γραμμής ισχύος. Ο σχεδιασμός και η τυποποίηση διευκολύνονται από εργαλεία λογισμικού που επισημαίνουν αυτόματα πτυχές της σχεδίασης που χρειάζονται περαιτέρω τροποποίηση για να πληρούνται οι περιορισμοί παρεμβολών και οι συνθήκες απαγωγής θερμότητας για να αποφευχθεί η επίδραση της λειτουργίας του συστήματος.

Σημειώσεις:

Οι παρεμβολές από το ίδιο το κύκλωμα δεν αποτελούν απειλή για την ποιότητα του σήματος. Το PCB στο αυτοκίνητο βομβαρδίζεται με θόρυβο, ο οποίος αλληλεπιδρά με το σώμα με πολύπλοκους τρόπους για να προκαλέσει ανεπιθύμητο ρεύμα στο κύκλωμα. Οι αιχμές τάσης και οι διακυμάνσεις που προκαλούνται από τα συστήματα ανάφλεξης αυτοκινήτων μπορούν να ωθήσουν τα εξαρτήματα πολύ πέρα ​​από τις ανοχές μηχανικής κατεργασίας τους.

Πρόβλημα λογισμικού

Τα σημερινά εργαλεία διάταξης PCB πρέπει να έχουν πολλαπλούς λειτουργικούς συνδυασμούς για να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις των σχεδιαστών. Η επιλογή του σωστού εργαλείου διάταξης θα πρέπει να είναι η πρώτη σκέψη στο σχεδιασμό PCB και δεν πρέπει ποτέ να παραβλέπεται. Τα προϊόντα των Mentor Graphics, OrCAD Systems και Altium συγκαταλέγονται στα σημερινά εργαλεία διάταξης PCB.

Altium Designer

Το Altium Designer είναι ένα από τα προηγμένα πακέτα σχεδιασμού PCB στην αγορά σήμερα. Με λειτουργία αυτόματης καλωδίωσης, υποστήριξη για ρύθμιση μήκους γραμμής και τρισδιάστατη μοντελοποίηση. Το Altium Designer περιλαμβάνει εργαλεία για όλες τις εργασίες σχεδίασης κυκλωμάτων, από τη σχηματική σύλληψη έως την HDL καθώς και την προσομοίωση κυκλώματος, την ανάλυση σήματος, τον σχεδιασμό PCB και την ενσωματωμένη ανάπτυξη FPGA

Η πλατφόρμα διάταξης PCB της Mentor Graphics αντιμετωπίζει τις κύριες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι σημερινοί σχεδιαστές συστημάτων: ακριβής, ένθετος σχεδιασμός προσανατολισμένος στην απόδοση και επαναχρησιμοποίηση. Αποτελεσματική δρομολόγηση σε πυκνές και πολύπλοκες τοπολογίες. Και ηλεκτρομηχανική βελτιστοποίηση. Βασικό χαρακτηριστικό της πλατφόρμας και βασική καινοτομία για τη βιομηχανία είναι το Sketch Router, το οποίο παρέχει στους σχεδιαστές πλήρη διαδραστικό έλεγχο της αυτόματης/υποβοηθούμενης διαδικασίας ξετυλίγματος, παράγοντας τα ίδια ποιοτικά αποτελέσματα με το χειροκίνητο ξετύλιγμα, αλλά σε πολύ λιγότερο χρόνο.

Επεξεργαστής PCB OrCAD

Το OrCAD PCB Editor είναι ένα διαδραστικό περιβάλλον που αναπτύχθηκε για σχεδιασμό πλακέτας σε οποιοδήποτε τεχνικό επίπεδο, από απλό έως πολύπλοκο. Λόγω της πραγματικής του επεκτασιμότητας στις λύσεις PCB του Cadence Allegro PCB Designer, το OrCAD PCB Editor υποστηρίζει την τεχνική ανάπτυξη ομάδων σχεδιασμού και είναι σε θέση να διαχειρίζεται περιορισμούς (υψηλή ταχύτητα, ακεραιότητα σήματος κ.λπ.) διατηρώντας παράλληλα την ίδια γραφική διεπαφή και τη μορφή αρχείου

Αρχείο Gerber

Η βιομηχανική τυπική μορφή αρχείου Gerber χρησιμοποιείται για τη μεταφορά πληροφοριών σχεδιασμού για την παραγωγή PCB. Από πολλές απόψεις, το Gerber είναι παρόμοιο με το PDFS στα ηλεκτρονικά. Είναι απλώς μια μικρή μορφή αρχείου γραμμένη σε γλώσσα ελέγχου μεικτής μηχανής. Αυτά τα αρχεία δημιουργούνται από το λογισμικό του διακόπτη κυκλώματος και αποστέλλονται στον κατασκευαστή PCB στο λογισμικό CAM.

Η ασφαλής ενσωμάτωση ηλεκτρονικών συστημάτων σε οχήματα και άλλα πολύπλοκα συστήματα παρουσιάζει σημαντικά ζητήματα τόσο για το υλικό όσο και για το λογισμικό. Οι μηχανικοί στοχεύουν στην ελαχιστοποίηση του αριθμού των επαναλήψεων σχεδιασμού και του χρόνου ανάπτυξης, κάτι που έχει σημαντικά πλεονεκτήματα για τους σχεδιαστές που εφαρμόζουν ροές εργασίας.