Theo sơ đồ mạch được phát triển, việc mô phỏng có thể được thực hiện và PCB có thể được thiết kế bằng cách xuất tệp Gerber/khoan. Dù thiết kế là gì, các kỹ sư cần phải hiểu chính xác làm thế nào các mạch (và các thành phần điện tử) nên được đặt ra và cách chúng hoạt động. Đối với các kỹ sư điện tử, việc tìm kiếm các công cụ phần mềm phù hợp cho thiết kế PCB có thể là một nhiệm vụ khó khăn. Các công cụ phần mềm hoạt động tốt cho một dự án PCB có thể không hoạt động tốt cho người khác. Các kỹ sư muốn các công cụ thiết kế hội đồng quản trị trực quan, chứa các tính năng hữu ích, đủ ổn định để hạn chế rủi ro và có một thư viện mạnh mẽ giúp chúng phù hợp cho nhiều dự án.

Vấn đề phần cứng

Đối với các dự án IoT, tích hợp là rất quan trọng đối với hiệu suất và độ tin cậy, và việc tích hợp các vật liệu dẫn điện và không dẫn điện trong PCB đòi hỏi các nhà thiết kế IoT phải nghiên cứu các tương tác giữa các khía cạnh điện và cơ học khác nhau của thiết kế. Đặc biệt, khi kích thước thành phần tiếp tục co lại, việc sưởi ấm điện trên PCB đang ngày càng trở nên quan trọng. Đồng thời, các yêu cầu chức năng đang tăng lên. Để đạt được hiệu suất dựa trên hiệu suất của thiết kế, đáp ứng nhiệt độ, hành vi của các thành phần điện trên bảng và quản lý nhiệt tổng thể là rất quan trọng đối với chức năng và độ tin cậy của hệ thống.

PCB phải được cô lập để đảm bảo bảo vệ. Các mạch ngắn được ngăn chặn bằng cách bảo vệ các dấu vết đồng được đặt trên bảng để tạo ra hệ thống điện tử. So với các lựa chọn thay thế chi phí thấp như giấy dính nhựa tổng hợp (SRBP, FR-1, FR-2), FR-4 phù hợp hơn như một vật liệu cơ chất do tính chất vật lý/cơ học của nó, đặc biệt là khả năng giữ lại dữ liệu ở tần số cao, khả năng chống nhiệt cao của nó và thực tế là nó hấp thụ ít nước hơn. FR-4 được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà cao cấp cũng như các thiết bị công nghiệp và quân sự. Nó tương thích với cách nhiệt cực cao (chân không cao hoặc UHV).

Tuy nhiên, FR-4 dưới dạng chất nền PCB phải đối mặt với một số hạn chế, xuất phát từ việc xử lý hóa học được sử dụng trong sản xuất. Cụ thể, vật liệu dễ bị hình thành các vùi (bong bóng) và vệt (bong bóng dọc), cũng như biến dạng của sợi thủy tinh. Những khiếm khuyết này có thể gây ra cường độ điện môi không nhất quán và làm giảm hiệu suất nối dây PCB. Vật liệu thủy tinh epoxy mới giải quyết những vấn đề này.

Các vật liệu thường được sử dụng khác bao gồm sợi polyimide/thủy tinh (hỗ trợ nhiệt độ cao hơn và khó hơn) và Kapton (linh hoạt, nhẹ, phù hợp cho các ứng dụng như màn hình và bàn phím). Các yếu tố cần xem xét khi chọn vật liệu điện môi (chất nền) bao gồm hệ số giãn nở nhiệt (CTE), nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh (TG), độ dẫn nhiệt và độ cứng cơ học.

PCB quân sự/hàng không vũ trụ yêu cầu xem xét thiết kế đặc biệt dựa trên thông số kỹ thuật bố cục và thiết kế 100% cho vùng phủ sóng thử nghiệm (DFT). Tiêu chuẩn MIL-STD-883 thiết lập các phương pháp và quy trình thử nghiệm các thiết bị vi điện tử phù hợp cho các hệ thống quân sự và hàng không vũ trụ, bao gồm thử nghiệm cơ khí và điện, các quy trình sản xuất và đào tạo, và các biện pháp kiểm soát khác để đảm bảo mức độ chất lượng và độ tin cậy nhất quán trong toàn bộ hệ thống. Các ứng dụng khác nhau của các thiết bị như vậy.

Ngoài việc đáp ứng các tiêu chuẩn khác nhau, việc thiết kế các thiết bị điện tử hệ thống ô tô phải tuân theo một loạt các quy tắc, chẳng hạn như thử nghiệm cơ học và điện tử AEC-Q100 cho các mạch tích hợp bao bì. Hiệu ứng xuyên âm có thể can thiệp vào an toàn xe. Để giảm thiểu các hiệu ứng này, các nhà thiết kế PCB phải chỉ định khoảng cách giữa đường tín hiệu và đường nguồn. Thiết kế và tiêu chuẩn hóa được tạo điều kiện bởi các công cụ phần mềm nhằm tự động làm nổi bật các khía cạnh của thiết kế cần sửa đổi thêm để đáp ứng các hạn chế can thiệp và điều kiện phân tán nhiệt để tránh ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.

Ghi chú:

Sự can thiệp từ chính mạch không phải là mối đe dọa đối với chất lượng tín hiệu. PCB trong xe bị bắn phá bằng tiếng ồn, tương tác với cơ thể theo những cách phức tạp để tạo ra dòng điện không mong muốn trong mạch. Các gai và dao động điện áp gây ra bởi các hệ thống đánh lửa ô tô có thể đẩy các thành phần vượt xa dung sai gia công của chúng.

Vấn đề phần mềm

Các công cụ bố trí PCB ngày nay phải có nhiều kết hợp chức năng để đáp ứng các yêu cầu của các nhà thiết kế. Chọn công cụ bố cục phù hợp nên là sự xem xét đầu tiên trong thiết kế PCB và không bao giờ nên bỏ qua. Các sản phẩm từ đồ họa Mentor, hệ thống Orcad và Altium là một trong những công cụ bố trí PCB ngày nay.

Nhà thiết kế Altium

Altium Designer là một trong những gói thiết kế PCB cao cấp trên thị trường hiện nay. Với chức năng dây tự động, hỗ trợ điều chỉnh độ dài dòng và mô hình 3D. Altium Designer bao gồm các công cụ cho tất cả các tác vụ thiết kế mạch, từ chụp sơ đồ đến HDL cũng như mô phỏng mạch, phân tích tín hiệu, thiết kế PCB và phát triển nhúng FPGA

Nền tảng bố trí PCB của Mentor Graphics giải quyết những thách thức chính mà các nhà thiết kế hệ thống ngày nay: chính xác, hiệu suất-và kế hoạch lồng nhau theo định hướng tái sử dụng; Định tuyến hiệu quả trong các cấu trúc liên kết dày đặc và phức tạp; Và tối ưu hóa cơ điện. Một tính năng chính của nền tảng và sự đổi mới quan trọng cho ngành công nghiệp là bộ định tuyến phác thảo, mang lại cho các nhà thiết kế kiểm soát tương tác đầy đủ đối với quá trình tháo gỡ tự động/hỗ trợ, tạo ra kết quả chất lượng tương tự như không được làm thấy bằng tay, nhưng trong ít thời gian hơn.

ORCAD PCB Editor

Orcad PCB Editor là một môi trường tương tác được phát triển cho thiết kế bảng ở bất kỳ cấp độ kỹ thuật nào, từ đơn giản đến phức tạp. Do khả năng mở rộng thực sự của nó đối với Cadence Allegro PCB Designer Solutions, ORCAD PCB Editor hỗ trợ phát triển kỹ thuật của các nhóm thiết kế và có thể quản lý các ràng buộc (tốc độ cao, tính toàn vẹn tín hiệu, v.v.) trong khi duy trì cùng một giao diện đồ họa và định dạng tệp

Tệp Gerber

Định dạng tệp Gerber tiêu chuẩn công nghiệp được sử dụng để truyền tải thông tin thiết kế cho sản xuất PCB. Theo nhiều cách, Gerber tương tự như các tệp PDF trong thiết bị điện tử; Nó chỉ là một định dạng tệp nhỏ được viết bằng ngôn ngữ điều khiển máy hỗn hợp. Các tệp này được tạo bởi phần mềm bộ ngắt mạch và được gửi cho nhà sản xuất PCB đến phần mềm CAM.

Việc tích hợp an toàn các hệ thống điện tử vào các phương tiện và các hệ thống phức tạp khác trình bày những cân nhắc quan trọng cho cả phần cứng và phần mềm. Các kỹ sư nhằm mục đích giảm thiểu số lần lặp lại thiết kế và thời gian phát triển, có những lợi thế đáng kể cho các nhà thiết kế thực hiện quy trình công việc.