ตามแผนภาพวงจรที่พัฒนาขึ้นการจำลองสามารถทำได้และ PCB สามารถออกแบบได้โดยการส่งออกไฟล์ Gerber/Drill ไม่ว่าการออกแบบใด ๆ วิศวกรจะต้องเข้าใจอย่างชัดเจนว่าควรวางวงจร (และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์) อย่างไรและทำงานอย่างไร สำหรับวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์การค้นหาเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบ PCB อาจเป็นงานที่น่ากลัว เครื่องมือซอฟต์แวร์ที่ทำงานได้ดีสำหรับโครงการ PCB หนึ่งโครงการอาจไม่ได้ผลดีสำหรับผู้อื่น วิศวกรต้องการเครื่องมือออกแบบบอร์ดที่ใช้งานง่ายมีคุณสมบัติที่มีประโยชน์มีความเสถียรเพียงพอที่จะจำกัดความเสี่ยงและมีห้องสมุดที่แข็งแกร่งซึ่งทำให้เหมาะสำหรับหลายโครงการ

ปัญหาฮาร์ดแวร์

สำหรับโครงการ IoT การบูรณาการมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือและการบูรณาการของวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและแบบไม่นำไฟฟ้าใน PCB นั้นต้องการนักออกแบบ IoT เพื่อศึกษาการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างด้านไฟฟ้าและเครื่องกลที่หลากหลายของการออกแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขนาดส่วนประกอบยังคงลดลงการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าบน PCBs กำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะเดียวกันข้อกำหนดการทำงานก็เพิ่มขึ้น เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพตามประสิทธิภาพของการออกแบบการตอบสนองอุณหภูมิพฤติกรรมของส่วนประกอบไฟฟ้าบนกระดานและการจัดการความร้อนโดยรวมมีความสำคัญต่อการทำงานและความน่าเชื่อถือของระบบ

ต้องแยก PCB เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการป้องกัน มีการป้องกันการลัดวงจรโดยการปกป้องร่องรอยทองแดงที่วางไว้บนกระดานเพื่อสร้างระบบอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเปรียบเทียบกับทางเลือกที่มีต้นทุนต่ำเช่นกระดาษกาวเรซินสังเคราะห์ (SRBP, FR-1, FR-2), FR-4 นั้นเหมาะสมกว่าวัสดุพื้นผิวเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพ/เครื่องกลโดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถในการเก็บข้อมูลที่ความถี่สูงความต้านทานความร้อนสูง FR-4 ใช้กันอย่างแพร่หลายในอาคารระดับสูงเช่นเดียวกับอุปกรณ์อุตสาหกรรมและการทหาร มันเข้ากันได้กับฉนวนที่สูงเป็นพิเศษ (สูญญากาศสูงเป็นพิเศษหรือ UHV)

อย่างไรก็ตาม FR-4 เป็นสารตั้งต้น PCB เผชิญกับข้อ จำกัด จำนวนหนึ่งซึ่งเกิดจากการรักษาด้วยเคมีที่ใช้ในการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุมีแนวโน้มที่จะก่อตัวของการรวม (ฟอง) และริ้ว (ฟองตามยาว) เช่นเดียวกับการเสียรูปของเส้นใยแก้ว ข้อบกพร่องเหล่านี้อาจทำให้เกิดความแข็งแรงของอิเล็กทริกที่ไม่สอดคล้องกันและประสิทธิภาพการเดินสาย PCB วัสดุแก้วอีพ็อกซี่ใหม่ช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้ได้

วัสดุที่ใช้กันทั่วไปอื่น ๆ ได้แก่ เส้นใยโพลีไมด์/แก้ว (ซึ่งรองรับอุณหภูมิที่สูงขึ้นและยากขึ้น) และ Kapton (ยืดหยุ่นน้ำหนักเบาเหมาะสำหรับการใช้งานเช่นจอแสดงผลและคีย์บอร์ด) ปัจจัยที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุอิเล็กทริก (สารตั้งต้น) รวมถึงค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE), อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (TG), การนำความร้อนและความแข็งแกร่งเชิงกล

PCBs ทหาร/การบินและอวกาศต้องการการพิจารณาการออกแบบพิเศษตามข้อกำหนดของเลย์เอาต์และการออกแบบ 100% สำหรับการทดสอบ (DFT) มาตรฐาน MIL-STD-883 กำหนดวิธีการและขั้นตอนสำหรับการทดสอบอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะสมสำหรับระบบการทหารและอวกาศรวมถึงการทดสอบเชิงกลและไฟฟ้าการผลิตและขั้นตอนการฝึกอบรมและการควบคุมอื่น ๆ เพื่อให้แน่ใจว่ามีคุณภาพและความน่าเชื่อถือในระดับที่สอดคล้องกันทั่วทั้งระบบ แอปพลิเคชั่นต่าง ๆ ของอุปกรณ์ดังกล่าว

นอกเหนือจากการปฏิบัติตามมาตรฐานต่าง ๆ แล้วการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของระบบยานยนต์จะต้องปฏิบัติตามกฎหลายชุดเช่นการทดสอบเชิงกล AEC-Q100 และอิเล็กทรอนิกส์สำหรับวงจรรวมบรรจุภัณฑ์ เอฟเฟกต์ Crosstalk สามารถรบกวนความปลอดภัยของยานพาหนะ เพื่อลดผลกระทบเหล่านี้นักออกแบบ PCB จะต้องระบุระยะห่างระหว่างสายสัญญาณและสายไฟ การออกแบบและมาตรฐานได้รับการอำนวยความสะดวกโดยเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่เน้นด้านการออกแบบโดยอัตโนมัติซึ่งต้องการการปรับเปลี่ยนเพิ่มเติมเพื่อให้ตรงกับข้อ จำกัด การรบกวนและเงื่อนไขการกระจายความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการทำงานของระบบ

หมายเหตุ:

การรบกวนจากวงจรนั้นไม่ใช่ภัยคุกคามต่อคุณภาพสัญญาณ PCB ในรถถูกทิ้งระเบิดด้วยเสียงรบกวนซึ่งโต้ตอบกับร่างกายในรูปแบบที่ซับซ้อนในการชักนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ในวงจร แรงดันไฟฟ้าแหลมและความผันผวนที่เกิดจากระบบจุดระเบิดยานยนต์สามารถผลักดันส่วนประกอบที่ไกลเกินกว่าความคลาดเคลื่อนของการตัดเฉือน

ปัญหาซอฟต์แวร์

เครื่องมือเลย์เอาต์ PCB ของวันนี้ต้องมีชุดค่าผสมหลายอย่างเพื่อตอบสนองความต้องการของนักออกแบบ การเลือกเครื่องมือเลย์เอาต์ที่เหมาะสมควรเป็นข้อพิจารณาครั้งแรกในการออกแบบ PCB และไม่ควรมองข้าม ผลิตภัณฑ์จาก Mentor Graphics ระบบ ORCAD และ Altium เป็นหนึ่งในเครื่องมือเลย์เอาต์ PCB ในปัจจุบัน

นักออกแบบ Altium

Altium Designer เป็นหนึ่งในแพ็คเกจการออกแบบ PCB ระดับสูงในตลาดวันนี้ ด้วยฟังก์ชั่นการเดินสายอัตโนมัติรองรับการปรับความยาวของสายและการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ Altium Designer มีเครื่องมือสำหรับงานออกแบบวงจรทั้งหมดตั้งแต่การจับภาพแผนผังไปจนถึง HDL เช่นเดียวกับการจำลองวงจรการวิเคราะห์สัญญาณการออกแบบ PCB และการพัฒนาแบบฝังตัว FPGA

แพลตฟอร์มเค้าโครง PCB ของ Mentor Graphics กล่าวถึงความท้าทายหลักที่ผู้ออกแบบระบบในปัจจุบันต้องเผชิญกับการวางแผนที่ถูกต้องประสิทธิภาพ-และการวางแผนซ้อนกันที่มุ่งเน้นการใช้ซ้ำ การกำหนดเส้นทางที่มีประสิทธิภาพในทอพอโลยีที่มีความหนาแน่นและซับซ้อน และการเพิ่มประสิทธิภาพทางกล คุณสมบัติที่สำคัญของแพลตฟอร์มและนวัตกรรมที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมคือเราเตอร์สเก็ตช์ซึ่งให้นักออกแบบควบคุมการโต้ตอบอย่างเต็มที่ในกระบวนการคลายอัตโนมัติ/ช่วยให้ผลลัพธ์คุณภาพเช่นเดียวกับการคลายด้วยตนเอง แต่ในเวลาที่น้อยลง

Orcad PCB Editor

Orcad PCB Editor เป็นสภาพแวดล้อมแบบอินเทอร์แอคทีฟที่พัฒนาขึ้นสำหรับการออกแบบบอร์ดในทุกระดับเทคนิคตั้งแต่แบบง่ายไปจนถึงซับซ้อน เนื่องจากความสามารถในการปรับขนาดอย่างแท้จริงในการแก้ปัญหา PCB ของ Cadence Allegro PCB Designer, Orcad PCB Editor รองรับการพัฒนาทางเทคนิคของทีมออกแบบและสามารถจัดการข้อ จำกัด ได้ (ความเร็วสูงความสมบูรณ์ของสัญญาณ ฯลฯ )

ไฟล์ Gerber

รูปแบบไฟล์มาตรฐานอุตสาหกรรม Gerber ใช้เพื่อถ่ายทอดข้อมูลการออกแบบสำหรับการผลิต PCB ในหลาย ๆ ด้าน Gerber นั้นคล้ายกับ PDFs ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นเพียงรูปแบบไฟล์ขนาดเล็กที่เขียนด้วยภาษาควบคุมเครื่องผสม ไฟล์เหล่านี้สร้างขึ้นโดยซอฟต์แวร์เบรกเกอร์และส่งไปยังผู้ผลิต PCB ไปยังซอฟต์แวร์ CAM

การรวมระบบอิเล็กทรอนิกส์เข้ากับยานพาหนะและระบบที่ซับซ้อนอื่น ๆ อย่างปลอดภัยนำเสนอข้อควรพิจารณาที่สำคัญสำหรับทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ วิศวกรมุ่งมั่นที่จะลดจำนวนการออกแบบการทำซ้ำและเวลาในการพัฒนาซึ่งมีข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับนักออกแบบที่ใช้เวิร์กโฟลว์