In base allo schema circuitale sviluppato, è possibile eseguire la simulazione e progettare il PCB esportando il file Gerber/drill. Qualunque sia il progetto, gli ingegneri devono capire esattamente come devono essere disposti i circuiti (e i componenti elettronici) e come funzionano. Per gli ingegneri elettronici, trovare gli strumenti software giusti per la progettazione PCB può essere un compito arduo. Gli strumenti software che funzionano bene per un progetto PCB potrebbero non funzionare bene per altri. Gli ingegneri desiderano strumenti di progettazione delle schede che siano intuitivi, contengano funzionalità utili, siano sufficientemente stabili da limitare i rischi e dispongano di una solida libreria che li renda adatti a più progetti.

Problema hardware

Per i progetti IoT, l'integrazione è fondamentale per prestazioni e affidabilità, e l'integrazione di materiali conduttivi e non conduttivi nei PCBS richiede ai progettisti IoT di studiare le interazioni tra i vari aspetti elettrici e meccanici del progetto. In particolare, poiché le dimensioni dei componenti continuano a ridursi, il riscaldamento elettrico sui PCB sta diventando sempre più critico. Allo stesso tempo aumentano i requisiti funzionali. Per ottenere le prestazioni basate sulle prestazioni del progetto, la risposta alla temperatura, il comportamento dei componenti elettrici sulla scheda e la gestione termica complessiva sono fondamentali per la funzionalità e l'affidabilità del sistema.

Il PCB deve essere isolato per garantire la protezione. I cortocircuiti vengono prevenuti proteggendo le tracce di rame poste sulla scheda per creare il sistema elettronico. Rispetto alle alternative a basso costo come la carta adesiva in resina sintetica (SRBP, FR-1, FR-2), FR-4 è più adatto come materiale di substrato grazie alle sue proprietà fisico/meccaniche, in particolare la capacità di conservare i dati ad alta velocità frequenze, la sua elevata resistenza al calore e il fatto che assorbe meno acqua rispetto ad altri materiali. L'FR-4 è ampiamente utilizzato negli edifici di fascia alta e nelle apparecchiature industriali e militari. È compatibile con l'isolamento ultraelevato (vuoto ultraelevato o UHV).

Tuttavia, l’FR-4 come substrato PCB deve affrontare una serie di limitazioni, che derivano dal trattamento chimico utilizzato nella produzione. In particolare il materiale è soggetto alla formazione di inclusioni (bolle) e di striature (bolle longitudinali), nonché alla deformazione della fibra di vetro. Questi difetti possono causare una rigidità dielettrica incoerente e compromettere le prestazioni del cablaggio del PCB. Il nuovo materiale in vetro epossidico risolve questi problemi.

Altri materiali comunemente usati includono poliimmide/fibra di vetro (che supporta temperature più elevate ed è più dura) e KAPTON (flessibile, leggero, adatto per applicazioni come display e tastiere). I fattori da considerare quando si selezionano i materiali dielettrici (substrati) includono il coefficiente di espansione termica (CTE), la temperatura di transizione vetrosa (Tg), la conduttività termica e la rigidità meccanica.

I PCB militari/aerospaziali richiedono considerazioni di progettazione speciali basate sulle specifiche di layout e sulla copertura Design for Test (DFT) al 100%. Lo standard MIL-STD-883 stabilisce metodi e procedure per testare dispositivi microelettronici adatti a sistemi militari e aerospaziali, inclusi test meccanici ed elettrici, procedure di produzione e formazione e altri controlli per garantire livelli coerenti di qualità e affidabilità in tutto il sistema. Varie applicazioni di tali dispositivi.

Oltre a soddisfare vari standard, la progettazione dei sistemi elettronici automobilistici deve seguire una serie di regole, come il test meccanico ed elettronico AEC-Q100 per il confezionamento di circuiti integrati. Gli effetti di diafonia possono interferire con la sicurezza del veicolo. Per ridurre al minimo questi effetti, i progettisti di PCB devono specificare una distanza tra la linea del segnale e la linea di alimentazione. La progettazione e la standardizzazione sono agevolate da strumenti software che evidenziano automaticamente gli aspetti del progetto che necessitano di ulteriori modifiche per soddisfare i limiti di interferenza e le condizioni di dissipazione del calore per evitare di influenzare il funzionamento del sistema.

Note:

L'interferenza del circuito stesso non costituisce una minaccia per la qualità del segnale. Il PCB dell'auto è bombardato da rumore, che interagisce con il corpo in modi complessi per indurre corrente indesiderata nel circuito. I picchi di tensione e le fluttuazioni causate dai sistemi di accensione automobilistica possono spingere i componenti ben oltre le loro tolleranze di lavorazione.

Problema software

Gli odierni strumenti di layout PCB devono avere molteplici combinazioni funzionali per soddisfare i requisiti dei progettisti. La scelta dello strumento di layout giusto dovrebbe essere la prima considerazione nella progettazione PCB e non dovrebbe mai essere trascurata. I prodotti di Mentor Graphics, OrCAD Systems e Altium sono tra gli strumenti di layout PCB odierni.

Progettista Altium

Altium Designer è uno dei pacchetti di progettazione PCB di fascia alta oggi sul mercato. Con funzione di cablaggio automatico, supporto per la regolazione della lunghezza della linea e modellazione 3D. Altium Designer include strumenti per tutte le attività di progettazione di circuiti, dall'acquisizione di schemi a HDL, nonché simulazione di circuiti, analisi di segnali, progettazione PCB e sviluppo integrato FPGA

La piattaforma di layout PCB di Mentor Graphics affronta le principali sfide che devono affrontare i progettisti di sistemi di oggi: pianificazione annidata accurata, orientata alle prestazioni e al riutilizzo; Routing efficiente in topologie dense e complesse; E ottimizzazione elettromeccanica. Una caratteristica fondamentale della piattaforma e un'innovazione chiave per il settore è lo Sketch Router, che offre ai progettisti il ​​pieno controllo interattivo sul processo di srotolamento automatico/assistito, producendo gli stessi risultati di qualità dello svolgimento manuale, ma in molto meno tempo.

Editor PCB OrCAD

OrCAD PCB Editor è un ambiente interattivo sviluppato per la progettazione di schede a qualsiasi livello tecnico, dal semplice al complesso. Grazie alla sua reale scalabilità con le soluzioni PCB di Cadence Allegro PCB Designer, OrCAD PCB Editor supporta lo sviluppo tecnico dei team di progettazione ed è in grado di gestire i vincoli (alta velocità, integrità del segnale, ecc.) mantenendo la stessa interfaccia grafica e formato file

Fascicolo Gerber

Il formato file Gerber standard del settore viene utilizzato per trasmettere informazioni di progettazione per la produzione di PCB. In molti sensi, Gerber è simile a PDFS nell'elettronica; È solo un piccolo formato di file scritto in un linguaggio di controllo macchina misto. Questi file vengono generati dal software dell'interruttore e inviati al produttore del PCB al software CAM.

L'integrazione sicura dei sistemi elettronici nei veicoli e in altri sistemi complessi presenta considerazioni importanti sia per l'hardware che per il software. Gli ingegneri mirano a ridurre al minimo il numero di iterazioni di progettazione e i tempi di sviluppo, con vantaggi significativi per i progettisti che implementano i flussi di lavoro.