Zgodnie z opracowanym schematem obwodu można przeprowadzić symulację i zaprojektować płytkę PCB, eksportując plik Gerber/drill. Niezależnie od projektu inżynierowie muszą dokładnie zrozumieć, w jaki sposób należy rozmieścić obwody (i komponenty elektroniczne) oraz jak one działają. Dla inżynierów elektroników znalezienie odpowiednich narzędzi programowych do projektowania płytek PCB może być trudnym zadaniem. Narzędzia programowe, które sprawdzają się dobrze w jednym projekcie PCB, mogą nie działać dobrze w innych. Inżynierowie chcą, aby narzędzia do projektowania płytek były intuicyjne, zawierały przydatne funkcje, były wystarczająco stabilne, aby ograniczyć ryzyko i posiadały solidną bibliotekę, która czyni je odpowiednimi do wielu projektów.

Problem sprzętowy

W przypadku projektów iot integracja ma kluczowe znaczenie dla wydajności i niezawodności, a integracja materiałów przewodzących i nieprzewodzących w PCBS wymaga od projektantów iot zbadania interakcji między różnymi elektrycznymi i mechanicznymi aspektami projektu. W szczególności w miarę zmniejszania się rozmiarów komponentów coraz ważniejsze staje się ogrzewanie elektryczne płytek PCB. Jednocześnie rosną wymagania funkcjonalne. Aby osiągnąć wydajność projektu opartą na wydajności, reakcja na temperaturę, zachowanie komponentów elektrycznych na płycie i ogólne zarządzanie ciepłem mają kluczowe znaczenie dla funkcjonalności i niezawodności systemu.

Aby zapewnić ochronę, płytka drukowana musi być izolowana. Zwarciom zapobiega się poprzez ochronę miedzianych ścieżek umieszczonych na płytce tworzącej układ elektroniczny. W porównaniu do tanich alternatyw, takich jak papier samoprzylepny na bazie żywicy syntetycznej (SRBP, FR-1, FR-2), FR-4 jest bardziej odpowiedni jako materiał podłoża ze względu na jego właściwości fizyczne/mechaniczne, zwłaszcza zdolność do zatrzymywania danych przy wysokich częstotliwości, wysoką odpornością na ciepło oraz faktem, że pochłania mniej wody niż inne materiały. FR-4 jest szeroko stosowany w wysokiej klasy budynkach, a także sprzęcie przemysłowym i wojskowym. Jest kompatybilny z bardzo wysoką izolacją (ultrawysoka próżnia lub UHV).

Jednakże FR-4 jako podłoże PCB napotyka szereg ograniczeń, które wynikają z obróbki chemicznej stosowanej w produkcji. W szczególności materiał jest podatny na powstawanie wtrąceń (pęcherzyków) i smug (pęcherzyków podłużnych), a także deformację włókna szklanego. Wady te mogą powodować nierówną wytrzymałość dielektryczną i pogarszać wydajność okablowania PCB. Nowy materiał ze szkła epoksydowego rozwiązuje te problemy.

Inne powszechnie stosowane materiały obejmują poliimid/włókno szklane (które wytrzymuje wyższe temperatury i jest twardsze) oraz KAPTON (elastyczny, lekki, odpowiedni do zastosowań takich jak wyświetlacze i klawiatury). Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiałów dielektrycznych (podłoży), obejmują współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE), temperaturę zeszklenia (Tg), przewodność cieplną i sztywność mechaniczną.

PCB dla wojska/lotnictwa wymagają specjalnych rozważań projektowych w oparciu o specyfikacje układu i 100% pokrycie projektu do testów (DFT). Norma MIL-STD-883 ustanawia metody i procedury testowania urządzeń mikroelektronicznych odpowiednich dla systemów wojskowych i lotniczych, w tym testy mechaniczne i elektryczne, procedury produkcyjne i szkoleniowe oraz inne kontrole w celu zapewnienia spójnego poziomu jakości i niezawodności w całym systemie. Różne zastosowania tego typu urządzeń.

Oprócz spełnienia różnych norm, projektowanie elektroniki systemów samochodowych musi spełniać szereg zasad, takich jak test mechaniczny i elektroniczny AEC-Q100 dla opakowań układów scalonych. Efekty przesłuchu mogą zakłócać bezpieczeństwo pojazdu. Aby zminimalizować te efekty, projektanci PCB muszą określić odległość między linią sygnałową a linią zasilania. Projektowanie i standaryzację ułatwiają narzędzia programowe, które automatycznie podkreślają aspekty projektu wymagające dalszych modyfikacji, aby spełnić ograniczenia zakłóceń i warunki rozpraszania ciepła, aby uniknąć wpływu na działanie systemu.

Uwagi:

Zakłócenia pochodzące z samego obwodu nie stanowią zagrożenia dla jakości sygnału. Płytka drukowana w samochodzie jest bombardowana hałasem, który w złożony sposób oddziałuje z nadwoziem, indukując niepożądany prąd w obwodzie. Skoki napięcia i wahania spowodowane przez samochodowe układy zapłonowe mogą wypchnąć komponenty znacznie poza tolerancje obróbki.

Problem z oprogramowaniem

Dzisiejsze narzędzia do projektowania PCB muszą mieć wiele kombinacji funkcjonalnych, aby spełnić wymagania projektantów. Wybór odpowiedniego narzędzia do projektowania powinien być pierwszą kwestią przy projektowaniu PCB i nigdy nie można go przeoczyć. Produkty firm Mentor Graphics, OrCAD Systems i Altium należą do współczesnych narzędzi do projektowania płytek PCB.

Projektant Altium

Altium Designer to jeden z wysokiej klasy pakietów do projektowania płytek PCB dostępnych obecnie na rynku. Z funkcją automatycznego okablowania, obsługą regulacji długości linii i modelowania 3D. Altium Designer zawiera narzędzia do wszystkich zadań związanych z projektowaniem obwodów, od przechwytywania schematów po HDL, a także symulację obwodów, analizę sygnałów, projektowanie PCB i rozwój wbudowanych układów FPGA

Platforma do projektowania PCB firmy Mentor Graphics odpowiada na główne wyzwania stojące przed współczesnymi projektantami systemów: dokładne, wydajne i zorientowane na ponowne wykorzystanie planowanie zagnieżdżone; Wydajne routing w gęstych i złożonych topologiach; I optymalizacja elektromechaniczna. Kluczową cechą platformy i kluczową innowacją dla branży jest Sketch Router, który zapewnia projektantom pełną interaktywną kontrolę nad procesem automatycznego/wspomaganego rozwijania, dając wyniki o tej samej jakości co odwijanie ręczne, ale w znacznie krótszym czasie.

Edytor PCB OrCAD

OrCAD PCB Editor to interaktywne środowisko opracowane do projektowania płytek na każdym poziomie technicznym, od prostych do złożonych. Dzięki swojej prawdziwej skalowalności do rozwiązań PCB Cadence Allegro PCB Designer, OrCAD PCB Editor wspiera rozwój techniczny zespołów projektowych i jest w stanie zarządzać ograniczeniami (wysoka prędkość, integralność sygnału itp.) przy zachowaniu tego samego interfejsu graficznego i formatu pliku

plik Gerbera

Do przekazywania informacji projektowych na potrzeby produkcji płytek PCB używany jest standardowy format pliku Gerber. Pod wieloma względami Gerber jest podobny do PDFS w elektronice; Jest to po prostu mały format pliku napisany w mieszanym języku sterowania maszyną. Pliki te są generowane przez oprogramowanie wyłącznika i wysyłane do producenta PCB do oprogramowania CAM.

Bezpieczna integracja systemów elektronicznych z pojazdami i innymi złożonymi systemami wiąże się z istotnymi kwestiami zarówno w odniesieniu do sprzętu, jak i oprogramowania. Inżynierowie dążą do zminimalizowania liczby iteracji projektu i czasu opracowywania, co ma znaczące zalety dla projektantów wdrażających przepływy pracy.