Σύμφωνα με το αναπτυγμένο διάγραμμα κυκλώματος, η προσομοίωση μπορεί να πραγματοποιηθεί και το PCB μπορεί να σχεδιαστεί με την εξαγωγή του αρχείου Gerber/Drill. Όποια και αν είναι η σχεδίαση, οι μηχανικοί πρέπει να κατανοήσουν ακριβώς πώς πρέπει να διατίθενται τα κυκλώματα (και τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα) και πώς λειτουργούν. Για τους μηχανικούς ηλεκτρονικών ειδών, η εύρεση των σωστών εργαλείων λογισμικού για το PCB Design μπορεί να είναι μια αποθαρρυντική εργασία. Τα εργαλεία λογισμικού που λειτουργούν καλά για ένα έργο PCB ενδέχεται να μην λειτουργούν καλά για άλλους. Οι μηχανικοί θέλουν εργαλεία σχεδιασμού του σκάφους που είναι διαισθητικά, περιέχουν χρήσιμα χαρακτηριστικά, είναι αρκετά σταθερά για να περιορίσουν τον κίνδυνο και έχουν μια ισχυρή βιβλιοθήκη που τους καθιστά κατάλληλη 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 παραγωγικών υλικών σε PCBs απαιτεί από τους σχεδιαστές του IoT να μελετήσουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διαφόρων ηλεκτρικών και μηχανικών πτυχών του σχεδιασμού. Συγκεκριμένα, καθώς τα μεγέθη εξαρτημάτων συνεχίζουν να συρρικνώνονται, η ηλεκτρική θέρμανση σε PCB γίνεται όλο και πιο κρίσιμη. Ταυτόχρονα, οι λειτουργικές απαιτήσεις αυξάνονται. Για να επιτευχθεί η απόδοση που βασίζεται στο σχεδιασμό, η απόκριση θερμοκρασίας, η συμπεριφορά των ηλεκτρικών εξαρτημάτων του πίνακα και η συνολική θερμική διαχείριση είναι κρίσιμες για τη λειτουργικότητα και την αξιοπιστία του συστήματος.

Το PCB πρέπει να απομονωθεί για να εξασφαλίσει προστασία. Τα βραχυκύκλωμα κυκλώματα εμποδίζονται προστατεύοντας τα ίχνη χαλκού που τοποθετούνται στον πίνακα για να δημιουργήσουν το ηλεκτρονικό σύστημα. Σε σύγκριση με τις εναλλακτικές λύσεις χαμηλού κόστους, όπως το συνθετικό χαρτί συγκολλητικής 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 υψηλές συχνότητες, της υψηλής αντοχής της θερμότητας και του γεγονότος ότι απορροφά λιγότερο από το νερό από άλλα υλικά. Το FR-4 χρησιμοποιείται ευρέως σε κτίρια υψηλής ποιότητας καθώς και στον βιομηχανικό και στρατιωτικό εξοπλισμό. Είναι συμβατό με την εξαιρετικά υψηλή μόνωση (εξαιρετικά υψηλό κενό ή UHV).

Ωστόσο, το FR-4 ως υπόστρωμα PCB αντιμετωπίζει έναν αριθμό περιορισμών, οι οποίοι προέρχονται από τη χημική θεραπεία που χρησιμοποιείται στην παραγωγή. Συγκεκριμένα, το υλικό είναι επιρρεπές στον σχηματισμό εγκλεισμάτων (φυσαλίδες) και ραβδώσεις (διαμήκους φυσαλίδες), καθώς και στην παραμόρφωση των γυάλινων ινών. Αυτά τα ελαττώματα μπορούν να προκαλέσουν ασυνεπή διηλεκτρική αντοχή και να μειώσουν την απόδοση καλωδίωσης PCB. Το νέο υλικό εποξειδικού γυαλιού επιλύει αυτά τα προβλήματα.

Άλλα χρησιμοποιούμενα υλικά περιλαμβάνουν πολυϊμιδικές/γυάλινες ίνες (η οποία υποστηρίζει υψηλότερες θερμοκρασίες και είναι πιο δύσκολο) και το Kapton (εύκαμπτο, ελαφρύ, κατάλληλο για εφαρμογές όπως οθόνες και πληκτρολόγια). Οι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή διηλεκτρικών υλικών (υποστρώματα) περιλαμβάνουν συντελεστή θερμικής διαστολής (CTE), θερμοκρασία μεταβατικής γυάλας (TG), θερμική αγωγιμότητα και μηχανική ακαμψία.

Τα στρατιωτικά/αεροδιαστημικά PCB απαιτούν ειδικές εκτιμήσεις σχεδιασμού που βασίζονται σε προδιαγραφές διάταξης και 100% σχεδιασμό για κάλυψη δοκιμής (DFT). Το πρότυπο MIL-STD-883 καθορίζει μεθόδους και διαδικασίες για τη δοκιμή μικροηλεκτρονικών συσκευών κατάλληλων για στρατιωτικά και αεροδιαστημικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των μηχανικών και ηλεκτρικών δοκιμών, της παραγωγής και των διαδικασιών κατάρτισης και άλλων ελέγχων για την εξασφάλιση συνεπών επιπέδων ποιότητας και αξιοπιστίας σε όλο το σύστημα. Διάφορες εφαρμογές τέτοιων συσκευών.

Εκτός από την εκπλήρωση διαφόρων προτύπων, ο σχεδιασμός των ηλεκτρονικών συστημάτων αυτοκινήτων πρέπει να ακολουθεί μια σειρά κανόνων, όπως η μηχανική και ηλεκτρονική δοκιμή AEC-Q100 για τη συσκευασία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Τα εφέ που μπορεί να παρεμβαίνει στην ασφάλεια των οχημάτων. Για να ελαχιστοποιηθούν αυτά τα αποτελέσματα, οι σχεδιαστές PCB πρέπει να καθορίζουν μια απόσταση μεταξύ της γραμμής σήματος και της γραμμής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο σχεδιασμός και η τυποποίηση διευκολύνονται από εργαλεία λογισμικού που επισημαίνουν αυτόματα τις πτυχές του σχεδιασμού που χρειάζονται περαιτέρω τροποποίηση για να ικανοποιήσουν τους περιορισμούς παρεμβολών και τις συνθήκες απορρόφησης θερμότητας για να αποφευχθεί η λειτουργία της λειτουργίας του συστήματος.

Σημειώσεις:

Η παρεμβολή από το ίδιο το κύκλωμα δεν αποτελεί απειλή για την ποιότητα του σηματοδότησης. Το PCB στο αυτοκίνητο βομβαρδίζεται με θόρυβο, το οποίο αλληλεπιδρά με το σώμα με πολύπλοκες 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 κατεργασίας τους.

Πρόβλημα λογισμικού

Τα σημερινά εργαλεία διάταξης PCB πρέπει να έχουν πολλαπλούς λειτουργικούς συνδυασμούς για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις των σχεδιαστών. Η επιλογή του σωστού εργαλείου διάταξης θα πρέπει να είναι το πρώτο αντισταθμισμένο στο σχεδιασμό PCB και δεν πρέπει ποτέ να παραβλεφθεί. Τα προϊόντα από το Mentor Graphics, το Orcad Systems και το Altium είναι μεταξύ των σημερινών εργαλείων διάταξης PCB.

Σχεδιαστής Altium

Το Altium Designer είναι ένα από τα πακέτα σχεδιασμού PCB υψηλής ποιότητας στην αγορά σήμερα. Με τη λειτουργία αυτόματης καλωδίωσης, υποστήριξη για ρύθμιση μήκους γραμμής και μοντελοποίηση 3D. Το Altium Designer περιλαμβάνει εργαλεία για όλες τις εργασίες σχεδιασμού κυκλώματος, από τη σχηματική σύλληψη έως την HDL καθώς και την προσομοίωση κυκλωμάτων, 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 συστήματος: ακριβείς, επιδόσεις-και επαναχρησιμοποιημένες προσανατολισμένες προγραμματισμένες. Αποτελεσματική δρομολόγηση σε πυκνές και πολύπλοκες τοπολογίες. Και η ηλεκτρομηχανική βελτιστοποίηση. Ένα βασικό χαρακτηριστικό της πλατφόρμας και μια βασική καινοτομία για τη βιομηχανία είναι ο δρομολογητής σκίτσων, ο οποίος δίνει στους σχεδιαστές πλήρη διαδραστικό έλεγχο της αυτόματης/υποβοηθούμενης διαδικασίας αποσύνδεσης, παράγοντας τα ίδια αποτελέσματα ποιότητας με το χειροκίνητο που ξεδιπλώνεται, αλλά σε πολύ λιγότερο χρόνο.

Orcad PCB Editor

Το Orcad PCB Editor είναι ένα διαδραστικό περιβάλλον που αναπτύχθηκε για το σχεδιασμό του σκάφους σε οποιοδήποτε τεχνικό επίπεδο, από απλό σε πολύπλοκο. Λόγω της πραγματικής του επεκτασιμότητας στο Cadence Allegro PCB Designer Solutions, ο Orcad PCB Editor υποστηρίζει την τεχνική ανάπτυξη των ομάδων σχεδιασμού και είναι σε θέση να διαχειριστεί περιορισμούς (υψηλή ταχύτητα, ακεραιότητα σήματος κλπ.)

Αρχείο gerber

Η μορφή αρχείου Gerber του κλάδου χρησιμοποιείται για τη μεταφορά πληροφοριών σχεδιασμού για την παραγωγή PCB. Με πολλούς τρόπους, ο Gerber είναι παρόμοιος με τα PDF σε ηλεκτρονικά. Είναι μόνο μια μικρή μορφή αρχείου γραμμένη σε μια μεικτή γλώσσα ελέγχου μηχανής. Αυτά τα αρχεία δημιουργούνται από το λογισμικό διακόπτη κυκλώματος και αποστέλλονται στον κατασκευαστή PCB στο λογισμικό CAM.

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