על פי דיאגרמת המעגלים שפותחה, ניתן לבצע את הסימולציה ולתכנן את ה-PCB על ידי ייצוא קובץ הגרבר/תרגיל. לא משנה מה התכנון, המהנדסים צריכים להבין בדיוק כיצד יש לפרוס את המעגלים (והרכיבים האלקטרוניים) וכיצד הם פועלים. עבור מהנדסי אלקטרוניקה, מציאת כלי התוכנה הנכונים לעיצוב PCB יכולה להיות משימה לא פשוטה. כלי תוכנה שעובדים היטב עבור פרויקט PCB אחד עשויים שלא לעבוד טוב עבור אחרים. מהנדסים רוצים כלים לעיצוב לוח שהם אינטואיטיביים, מכילים תכונות שימושיות, יציבים מספיק כדי להגביל סיכונים, ובעלי ספרייה חזקה שהופכת אותם למתאימים לפרויקטים מרובים.

בעיית חומרה

עבור פרויקטים של iot, אינטגרציה היא קריטית לביצועים ואמינות, והשילוב של חומרים מוליכים ולא מוליכים ב-PCBS מחייב מתכנני iot ללמוד את האינטראקציות בין ההיבטים החשמליים והמכאניים השונים של התכנון. במיוחד, כאשר גדלי הרכיבים ממשיכים להתכווץ, חימום חשמלי על PCBS הופך להיות קריטי יותר ויותר. במקביל, הדרישות התפקודיות עולות. כדי להשיג את הביצועים מבוססי הביצועים של התכנון, תגובת הטמפרטורה, התנהגות הרכיבים החשמליים על הלוח וניהול תרמי כולל הם קריטיים לפונקציונליות ולאמינות של המערכת.

PCB חייב להיות מבודד כדי להבטיח הגנה. קצרים חשמליים נמנעים על ידי הגנה על עקבות הנחושת המוצבים על הלוח כדי ליצור את המערכת האלקטרונית. בהשוואה לחלופות בעלות נמוכה כגון נייר דבק שרף סינטטי (SRBP, FR-1, FR-2), FR-4 מתאים יותר כחומר מצע בשל תכונותיו הפיזיקליות/מכניות, במיוחד היכולת לשמור נתונים ברמות גבוהות התדרים, עמידות החום הגבוהה שלו, והעובדה שהוא סופג פחות מים מחומרים אחרים. ה-FR-4 נמצא בשימוש נרחב בבניינים יוקרתיים וכן בציוד תעשייתי וצבאי. זה תואם לבידוד גבוה במיוחד (ואקום אולטרה-גבוה או UHV).

עם זאת, FR-4 כמצע PCB עומד בפני מספר מגבלות, הנובעות מהטיפול הכימי המשמש בייצור. בפרט, החומר נוטה להיווצרות תכלילים (בועות) ופסים (בועות אורכיות), כמו גם לעיוות של סיבי הזכוכית. פגמים אלו עלולים לגרום לחוזק דיאלקטרי לא עקבי ולפגוע בביצועי חיווט PCB. חומר הזכוכית האפוקסי החדש פותר את הבעיות הללו.

חומרים נפוצים נוספים כוללים סיבי פוליאימיד/זכוכית (התומכים בטמפרטורות גבוהות יותר וקשים יותר) ו-KAPTON (גמיש, קל משקל, מתאים ליישומים כמו צגים ומקלדות). גורמים שיש לקחת בחשבון בעת ​​בחירת חומרים דיאלקטריים (מצעים) כוללים מקדם התפשטות תרמית (CTE), טמפרטורת מעבר זכוכית (Tg), מוליכות תרמית וקשיחות מכנית.

PCBS צבאי/תעופה וחלל דורשים שיקולי תכנון מיוחדים המבוססים על מפרטי פריסה וכיסוי של 100% עיצוב למבחן (DFT). תקן MIL-STD-883 קובע שיטות ונהלים לבדיקת מכשירים מיקרו-אלקטרוניים המתאימים למערכות צבאיות וחלל, לרבות בדיקות מכניות וחשמליות, נהלי ייצור והדרכה ובקרות אחרות כדי להבטיח רמות עקביות של איכות ואמינות בכל המערכת. יישומים שונים של מכשירים כאלה.

בנוסף לעמידה בתקנים שונים, התכנון של אלקטרוניקה למערכות רכב חייב לפעול בהתאם לסדרה של כללים, כגון הבדיקה המכנית והאלקטרונית של AEC-Q100 לאריזת מעגלים משולבים. השפעות הצלבה יכולות להפריע לבטיחות הרכב. כדי למזער את ההשפעות הללו, מתכנני PCB חייבים לציין מרחק בין קו האות לקו החשמל. העיצוב והסטנדרטיזציה מופעלים על ידי כלי תוכנה המדגישים באופן אוטומטי היבטים של התכנון הזקוקים לשינוי נוסף כדי לעמוד במגבלות ההפרעות ובתנאי פיזור החום כדי למנוע השפעה על פעולת המערכת.

הערות:

הפרעה מהמעגל עצמו אינה מהווה איום על איכות האות. ה-PCB במכונית מופגז ברעש, אשר יוצר אינטראקציה עם הגוף בדרכים מורכבות כדי להשרות זרם לא רצוי במעגל. עליות מתח ותנודות הנגרמות על ידי מערכות הצתה ברכב עלולות לדחוף רכיבים הרבה מעבר לסובלנות העיבוד שלהם.

בעיה בתוכנה

כלי פריסת PCB של היום חייבים להיות בעלי שילובים פונקציונליים מרובים כדי לעמוד בדרישות של מעצבים. בחירת כלי הפריסה הנכון צריכה להיות השיקול הראשון בתכנון PCB ולעולם אין להתעלם ממנו. מוצרים של Mentor Graphics, OrCAD Systems ו-Altium הם בין כלי פריסת ה-PCB של ימינו.

מעצב אלטיום

Altium Designer היא אחת מחבילות עיצוב PCB היוקרתיות בשוק כיום. עם פונקציית חיווט אוטומטית, תמיכה בהתאמת אורך הקו ומידול תלת מימד. Altium Designer כולל כלים עבור כל משימות תכנון המעגלים, מלכידה סכמטית ועד HDL וכן הדמיית מעגלים, ניתוח אותות, עיצוב PCB ופיתוח משובץ FPGA

פלטפורמת פריסת ה-PCB של Mentor Graphics נותנת מענה לאתגרים העיקריים העומדים בפני מעצבי המערכות של ימינו: תכנון מקונן מדויק, ביצועים ושימוש חוזר; ניתוב יעיל בטופולוגיות צפופות ומורכבות; ואופטימיזציה אלקטרומכנית. תכונה מרכזית של הפלטפורמה וחידוש מרכזי עבור התעשייה הוא ה-Sketch Router, המעניק למעצבים שליטה אינטראקטיבית מלאה על תהליך הפיתול האוטומטי/מסייע, ומפיק את אותן תוצאות איכותיות כמו פתיחה ידנית, אך בהרבה פחות זמן.

עורך PCB של OrCAD

OrCAD PCB Editor היא סביבה אינטראקטיבית שפותחה לעיצוב לוחות בכל רמה טכנית, מפשוטה ועד מורכבת. בשל יכולת ההרחבה האמיתית שלו לפתרונות ה-PCB של Cadence Allegro PCB Designer, OrCAD PCB Editor תומך בפיתוח טכני של צוותי עיצוב ומסוגל לנהל אילוצים (מהירות גבוהה, שלמות האות וכו') תוך שמירה על אותו ממשק גרפי ופורמט קובץ

קובץ גרבר

פורמט הקובץ Gerber הסטנדרטי בתעשייה משמש להעברת מידע עיצובי לייצור PCB. במובנים רבים, גרבר דומה ל-PDS באלקטרוניקה; זה רק פורמט קובץ קטן שנכתב בשפת בקרת מכונה מעורבת. קבצים אלו נוצרים על ידי תוכנת מפסק החשמל ונשלחים ליצרן PCB לתוכנת CAM.

שילוב בטוח של מערכות אלקטרוניות בכלי רכב ומערכות מורכבות אחרות מציג שיקולים חשובים הן לחומרה והן לתוכנה. מהנדסים שואפים למזער את מספר איטרציות התכנון וזמן הפיתוח, שיש לו יתרונות משמעותיים עבור מעצבים המטמיעים זרימות עבודה.