Escalando Protótipos PCB: Guia Profissional da Protoboard ao Produto Final

Escalar de protótipos PCB em protoboard é um processo complicado que combina criatividade e procedimentos. O cronograma de desenvolvimento é tão individual quanto a pessoa executando o projeto, e tudo está sempre nas mãos do criador. No entanto, existem vários marcos para procurar ao longo do caminho. Protoboard PCB

https://youtu.be/HAOvEPh8hms

Começando com a Construção dos Seus Protótipos PCB

Então agora você tem esta ideia fantástica ou, melhor ainda, um PoC (Prova de Conceito), mas precisa escalar para algo que valha a pena produzir em massa ou pelo menos possa ser fabricado por alguns fabricantes para fins de demonstração; como você começa a construir seus protótipos PCB?

No design de hardware, protótipos PCB são um modelo "construído à mão" que representa um produto fabricado (facilmente replicável) suficientemente para designers visualizarem e testarem o design. A palavra protótipo vem das palavras latinas proto, significando original, e types, significando forma ou modelo.

Com todos os tutoriais por aí e o número de recursos gratuitos disponíveis, está se tornando possível para quase qualquer um construir protótipos PCB rápidos em poucas horas. Levar seus protótipos PCB a um lugar onde possam ser comercializados requer muito esforço, planejamento e alguma expertise. Você tem que tomar uma série de decisões sobre hardware, que eventualmente impulsionam decisões sobre o software do dispositivo. Protoboard PCB

É fácil construir com um Raspberry Pi ou até o popular Arduino, mas as chances de você produzir em massa com aqueles são limitadas. Claro, isso não significa que você não possa possivelmente construir uma placa na placa Arduino como o Arduino Pro Mini ou aqueles Arduino headless podem conectar e então seguir fabricando algo assim. Ainda, eles podem ficar bastante caros e poderiam ser mais poderosos do que você precisa.

Muitas das startups de hardware de hoje construíram seus primeiros protótipos PCB com Arduino. Arduino é fácil de aprender, mesmo sem formação em engenharia elétrica ou apenas habilidades básicas de programação. Até uma criança poderia fazer, e muitas fazem.

1.1 Protoboard PCB – Seleção de Componentes

O primeiro passo para começar a construir seus protótipos PCB é saber quais componentes você precisará. Você pode obter rapidamente uma ideia daqueles baseados no seu diagrama de blocos ou PoC existente, e até as funções desejadas do dispositivo podem dizer isso prontamente. Por exemplo, construir algo como um monitor de batimentos cardíacos vestível requererá alguns dos seguintes:

1. Unidade de Microcontrolador – Atmega, ARM, PIC e outros
2. Sensor de Pulso – Um sensor de pulso dedicado pode funcionar, ou uma combinação de LED e detector de luz também pode funcionar.
3. Unidade de Alimentação
4. Interface de Display – LCD, LED, OLED, TFT ou outros.

Pode-se facilmente terceirizar a maioria e, se não todos, os componentes necessários de um único fornecedor de eletrônicos e, em alguns casos, de múltiplos fornecedores. Os seguintes são alguns fornecedores onde você pode comprar seus detalhes – AliExpress, Digi Key, Arrow, Mouser, Adafruit e vários outros.

1.2 Design Esquemático

O próximo passo será criar um diagrama do design eletrônico, geralmente chamado de diagrama esquemático ou diagrama de circuito. O desenho esquemático mostra como cada componente se conecta, e isso não é algo que você fará à mão mas uma ferramenta única projetada para este propósito.

Criar um esquemático é um passo central na construção do seu dispositivo final, e você não pode se dar ao luxo de pular. Começar com seu esquema é muito fácil; você precisa saber a ferramenta certa para construir. Vários softwares de design de circuito podem ser usados para design esquemático, alguns são gratuitos, e alguns são versões pagas. A maioria dos softwares de design pode ser usada para desenho esquemático e também para fazer seu layout de PCB.

Os abaixo são alguns softwares a serem usados:

1. KiCAD – Gratuito para uso.
2. Eagle CAD – Premium mas com opção limitada gratuita
3. Altium – Premium
4. DipTrace – Premium
5. OrCAD – Premium mas oferece trial gratuito.

Após decidir no software de design a usar, pode-se familiarizar com o ambiente do software já que cada software pode ter uma aparência e sensação diferentes.

Ao criar seu esquemático no software de sua escolha, deve-se seguir algumas práticas padrão em design esquemático.

Alguns métodos convencionais são destacados abaixo –

1. Usar ponto de junção para indicar mais de uma conexão que se conecta em uma junção.
2. Usar nome de rede para pinos em vez de desenhar centenas de conexões ao redor. Fazer isso melhora a legibilidade de um esquemático sem adicionar bagunça desnecessária.
3. Sempre usar o mesmo símbolo para o mesmo dispositivo
4. Separar seu esquema em blocos lógicos, especialmente ao projetar circuitos complexos.

Quando você terminar seu design esquemático e o tiver verificado completamente, o próximo passo será converter o design de circuito para fabricação de PCBs; há altas chances de falhas de layout, que podem ir longe em afetar negativamente a funcionalidade do produto final. Vários layouts de PCB serão usados para fabricar sua placa.

No próximo capítulo, falaremos sobre como fazer uma placa de circuito impresso para seus protótipos PCB.

Fazendo uma Placa de Circuito Impresso para seus Protótipos PCB

Fazer uma Placa de Circuito Impresso para seus Protótipos PCB, primeiro, ter um diagrama esquemático é um passo do processo de ter uma placa profissional completa.

A próxima etapa do processo, que não pode ser pulada, é projetar o layout da sua placa de circuito impresso. No entanto, o que é uma Placa de Circuito Impresso?

Uma Placa de Circuito Impresso, também conhecida como PCB, é uma placa física que segura e conecta todos os componentes eletrônicos em um lugar. O design esquemático é geralmente transferido para o PCB usando vários métodos. O design do PCB influencia fatores como

1. Custo – Quanto maior a placa, mais caro é fazer.
2. Desempenho – O design da placa e o tipo de componentes usados afetarão o desempenho geral do dispositivo. Uma placa mal projetada pode ser suscetível a ruído que por sua vez degrada o desempenho do dispositivo.
3. Durabilidade,
4. E muito mais.

Uma vez que o esquemático está pronto, passamos a fazer o PCB.

O PCB é projetado no mesmo software usado na criação do diagrama esquemático.

O software será responsável por gerar o layout e footprint do PCB baseados nos componentes dados e diagrama esquemático; sem o diagrama esquemático, o software não criará o layout básico do PCB.

Começar a fazer um layout de PCB pode ser demorado e tedioso para usuários de primeira vez. Ainda, felizmente, existem vários tutoriais úteis e recursos online para a maioria dos softwares de PCB no aprendizado de como construí-los.

Dependendo do software de escolha, geralmente há uma maneira para o usuário alternar da visualização esquemática para a visualização de layout de PCB onde o PCB será projetado.

Projete seu PCB como você imagina seu modelo final de dispositivo; também, o software sendo usado terá várias ferramentas de verificação para garantir que o layout do PCB atenda às regras de design para o processo de PCB usado e que o PCB corresponda ao esquemático. Você pode testar rapidamente se seu design quebrará seu dispositivo ou não.

Quanto menor o produto e mais apertados os componentes devem ser empacotados juntos, mais tempo levará para criar o layout do PCB. Se seu produto roteia grandes quantidades de energia ou oferece conectividade sem fio, layout de PCB é ainda mais crítico e demorado.

As partes essenciais da maioria dos designs de protótipos PCB são roteamento de energia, sinais de alta velocidade (clocks de cristal, etc.) e circuitos sem fio.

Tendo complementado com seu design de protótipos PCB, você deve seguir para fabricar sua placa de circuito impresso, e existem várias maneiras de fazer isso. Ou faça você mesmo em casa ou envie o design para um fabricante especializado em fazer PCBs.

Embora existam técnicas para produzir seus PCBs em casa, elas são limitadas a designs simples. Então, você provavelmente precisará terceirizar a produção de seus protótipos PCB.

No próximo capítulo, falaremos sobre fabricar sua placa de circuito impresso de um fabricante terceirizado.

Fabricando sua Placa de Circuito Impresso usando WellPCB

Tendo desenvolvido com sucesso o layout de circuito impresso para seu dispositivo, você precisa fazer a placa. Antes de começar a fabricação, é sempre uma boa ideia ver como o produto final será. Alguns softwares como Proteus ou Altium têm visualizador de layout 3D que permitirá ver a placa em 3D para sentir como a placa será.

Antes de enviar seu design para ser fabricado, você primeiro precisa gerar um formato de arquivo que o fabricante trabalhará e decidir o que usar. WellPCB é líder em fabricação.

Placa de Circuito Impresso e a melhor aposta para seus trabalhos de fabricação de PCB.

O design do PCB deve ser convertido para um arquivo Gerber que a maioria dos profissionais usa, o padrão para a indústria de PCB. Um arquivo Gerber contém todos os arquivos de design necessários para usar na produção dos PCBs. WellPCB aceita quatro formatos de arquivo (Gerber, pcb, pcbdoc ou formato de arquivo cam).

WellPCB imprime silkscreen em ambos os lados, e vem sem custo extra. É útil incluir números de peça no silkscreen impresso. Também é uma boa ideia saber a especificação da casa de placas. WellPCB tem mínimo de 3mil para largura/espaço de linha/trilha. Garanta que seu design não exceda isso. Use a verificação de regra de design do seu software para garantir que sua placa não exceda as habilidades de produção do fabricante.

Requisitos de silkscreen indicam a cor desejada no PCB, e a maioria são tintas curadas UV e são compatíveis com RoHS.

1. Branco
2. Amarelo
3. Preto

Estas são as cores mais amplamente usadas; outras também estão disponíveis, e cores podem adicionar tempo e custo ao processo.

Para pedir seu PCB na WellPCB, siga estes passos fáceis:

1. Visite a Seção de Cotação Online de PCB da WellPCB – https://www.wellpcb.com/pcb-quote

5. Preencha os detalhes da sua placa e clique em adicionar ao carrinho. Precisa saber sobre pedido de placas de circuito PCB personalizadas online. PARA a placa PCB que você precisa, pode nos contatar na WellPCB quantidade mínima é cinco unidades Protoboard PCB

6. Registre uma nova conta.
7. Faça upload dos seus arquivos PCB Gerber ou .brd.
8. Faça seu pedido e aguarde a entrega.

WellPCB também ajuda a realizar uma verificação DRC completa de todos os arquivos dos clientes, o que é útil, especialmente se o design tem alguns problemas ou erros. O usuário será alertado do problema para evitar desperdício de tempo e dinheiro durante a produção da placa.

Agora você se senta e espera sua placa de circuito impresso chegar. O lead time de fabricação de PCB para seus serviços de PCB é de pelo menos 24 horas e tempo mínimo de cerca de 120 horas para PCB de 8 – 12 camadas.

No próximo capítulo, falaremos sobre alguns dos termos de PCB e capacidades da WELLPCB.

Capacidades de PCB WellPCB e Alguns Termos Comuns de PCB

WellPCB é um fabricante líder de placas de circuito impresso e oferece montagem de placa de circuito impresso para acompanhar seus protótipos PCB.

Isso torna a WellPCB seu fabricante ideal para todo desenvolvimento do seu produto. Também fornecem serviços Turnkey para terceirização dos componentes para sua placa eletrônica. Protoboard PCB

WellPCB é focado em oferecer serviços de protótipos PCB e não apenas fabricação em grande escala. Seus serviços de protótipos PCB vão no mínimo de 5 unidades. Não só estão oferecendo serviços de prototipagem mas também empacotados a preços muito baixos.

Preço promocional de $3.99 para usuários procurando 1-2 camadas, 10pcs protótipos PCB, e placa menor que 10cm*10cm.

WELLPCB é capaz de produzir 100.000 pés quadrados de PCBs de 2-32 camadas e entregando mais de 5000 variedades mensalmente.

Com turn rápido para atender entrega de 24 horas para PCBs dupla face, 48 horas para 4 a 8 camadas, e 120 horas para dez camadas ou PCBs superiores. Seu lead time padrão é cerca de 5 – 6 dias e tempo Expedito de 24 – 48 horas.

4.1 As seguintes são capacidades de fabricação de PCB WellPCB

1. Material Suportado: FR4, High TG FR4, Material Livre de Halogênio, CEM-3, Material Rogers HF.
2. Contagem de camadas 1-32 camadas.
3. Espessura de Cobre Finalizada: 0.5-5 oz.
4. Espessura Finalizada da Placa: 0.2-6.0mm.
5. Largura Mín. Linha/Trilha: 4mil.
6. Espaço Mín. Linha/Trilha: 4mil.
7. Tolerância Mín. Contorno: +/-0.1mm.
8. Diâmetro Mín. Finalizado de Furo PTH: 0.1mm.
9. Razão Máx. Espessura Placa/Furo: 12:1.
10. Ponte Mín. Máscara de Solda: 4mil (Espaço Mín. Pad SMT 8mil).
11. Largura Mín. Trilha Legenda (Silkscreen): 5mil.
12. Cor da máscara de solda: verde, preto, azul, branco, amarelo, fosco, etc.
13. Dureza da máscara de solda: 6H.
14. Cor Legenda/Silkscreen: branco, amarelo, preto, etc.
15. Tratamento de Superfície: HAL, HAL Livre de Chumbo, Ouro por Imersão, OSP, Estanho por Imersão, Prata por Imersão, etc.
16. Outras Tecnologias: Dedo de ouro, máscara descascável, vias cegas não atravessantes, controle de impedância característica, placa rígido-flex, etc.
17. Teste de Confiabilidade: teste de sonda voadora/fixação, teste de impedância, teste de soldabilidade, teste de choque térmico, teste de resistência de furo.
18. Inflamabilidade: 94V-0.

4.2 Protoboard PCB – Acabamento de Superfície

Um acabamento de superfície de PCB é um revestimento entre um componente e uma placa PCB nua. É aplicado por duas razões primárias: garantir soldabilidade e proteger o circuito de cobre exposto.

Preferência de acabamentos de superfície padrão – Não-RoHS ou compatível com RoHS.

1. HASL (Hot Air Solder Level) – Contém Chumbo não-RoHS, mais barato e bastante popular.
2. ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) – Acabamento mais popular e livre de chumbo, mas caro
3. Prata por Imersão – Compatível com RoHS manchará como qualquer produto de prata
4. OSP – Preservativo Orgânico de Soldabilidade
5. LF-HASL (Hot Air Solder Level Livre de Chumbo)
6. Estanho por Imersão – Usado o menos de todos os acabamentos

4.3 Máscara de Solda

Máscara de solda é a cor a ser usada para o acabamento dos protótipos PCB. Qualquer cor pode ser usada. No entanto, aderir a cores padrão é o melhor e mais profissional. As mais populares são:

1. Verde
2. Azul
3. Preto
4. Vermelho
5. Branco
6. Amarelo

Máscara pode ser em Fosco ou Brilhante nas cores acima. Fosco é menos prontamente disponível devido ao Brilhante ser mais amplamente usado. Processar Fosco para cores específicas pode adicionar tempo devido a mudança de equipamento e limpeza de processamento e aplicação.

4.4 Protoboard PCB – Silkscreen

Silkscreen é a impressão feita no PCB para identificação. É usado no lado do componente para identificar componentes, pontos de teste, números de peça PCBA, símbolos de aviso, logos de empresas e nomes de fabricantes. As seguintes são algumas das cores sendo usadas:

1. Preto
2. Branco
3. Amarelo

Estas são as cores mais amplamente usadas; outras estão disponíveis; no entanto, cores podem adicionar tempo e custo ao processo como MÁSCARA. Pergunte se você tem requisitos especiais para seu produto.

No próximo capítulo, falaremos sobre como mover seu modo PCBA.

Protoboard PCB – Movendo de Protótipos PCB para PCBA

Então, o que é Prototipagem Rápida PCB. Montagem PCB. Falando diretamente, Prototipagem Rápida PCB. Montagem PCB. Falando diretamente, Prototipagem Rápida PCB. Impressão 3D de PCB faz o PCB e faz a Montagem de Placa de Circuito Impresso (PCBA, uma abreviação para montagem de placa de circuito impresso, que se refere à combinação de fabricação de protótipos PCB, aquisição de componentes, e BImpressão 3D de PCB faz o PCB e faz a Montagem de Placa de Circuito Impresso PCBA é o PCB com componentes montados).

Então agora você tem sua placa de circuito impresso disponível e pronta para popular a placa com os componentes necessários. Você pode ser tentado a soldar isso manualmente. Isso pode ser uma boa opção, especialmente quando o número de painéis é menor que cinco ou, pior caso, dez unidades; qualquer coisa mais que isso pode não ser uma boa ideia mas indo pela rota de Prototipagem Rápida PCB. Impressão 3D de PCB não só faz o PCB mas também faz a Montagem de Placa de Circuito Impresso PCBA.

5.1 Protoboard PCB – Tipos de Montagem de PCBA

Os principais tipos de montagem de PCBA são mostrados abaixo:

Estes são os tipos de montagem de Prototipagem Rápida PCB. Impressão 3D PCB comumente usados. SMD significa Dispositivos de Montagem Superficial, e THC implica Componentes Through Hole.

PCBA ajuda engenheiros, desenvolvedores de produto, hobbyistas e outros a auto-popular a placa com componentes necessários por uma empresa de fabricação.

Geralmente é mais rápido e barato em pedidos em massa. Começar com Prototipagem Rápida PCB. Impressão 3D PCB faz o PCB, e faz a Montagem de Placa de Circuito Impresso (PCBA também é relativamente simples desde que você tenha os recursos necessários).

Assim como, WellPCB é capaz de lidar com todos os seus possíveis trabalhos de protótipos PCB, eles também oferecem um filme de produção acompanhante que você requer para fabricar PCBs. No caso de serviço PCBA para ajudar a agilizar todo o processo de desenvolvimento da placa. Não custa muito mais ter o PCB populado a menos que você adicione etapas adicionais no processo, como gravar um programa no MCU ou rodar teste 100% nas placas finalizadas.

Para começar com PCBA, você precisa ter todos os documentos necessários.

Além do seu arquivo de design de protótipos PCB, você precisará de uma especificação de design se houver necessidades especiais para seu trabalho, uma lista de materiais (BoM) para o número de componentes na sua placa e também pode ser gerada do software sendo usado, e posicionamentos de peças feitos do software usado.

Ao iniciar sua Montagem PCB, uma observação crucial é a aquisição dos componentes para a placa.

O dono da placa pode decidir adquirir as peças sozinho e enviá-las para WELLPCB para montagem ou deixar WellPCB lidar com a aquisição integral dos componentes, o que eu sinto ser melhor. Claro, fornecimento parcial também pode ser acordado.

Vá para Montagem PCB na WellPCB aqui e preencha o formulário de Solicitação de Cotação (RFQ). Insira o máximo de detalhes possível e envie. WellPCB entrará em contato se precisarem mais informações de você e continuarão o processo de pedido de montagem.

O processo de Lista de Materiais (BOM) de um PCB da WellPCB é encaixado a bordo. Montagem PCB pode levar até cerca de 25 dias para fabricação de grande volume, que é um excelente tempo para montagem de PCB de grande volume comparado a outros fabricantes de Montagem PCB. Isso tornará fácil para uma máquina pick-and-place pegar e colocar facilmente os componentes no PCB Capacidades de Montagem:

Mais informações sobre capacidade de SMT da WellPCB). Isso tornará fácil para uma máquina pick-and-place pegar e colocar facilmente os componentes no PCB Montagem pode ser encontrado aqui.

Neste ponto, tudo que você tem a fazer é se sentar e esperar seu PCB populado ficar disponível e ser enviado para você. Isso conclui o fim deste capítulo, e o próximo capítulo discutirá como economizar dinheiro ao fazer PCB e PCBA.

Economizando Dinheiro em Fabricação de Protótipos PCB e PCBA

Agora parabéns, você tem seu hardware de protótipos PCB totalmente desenvolvido ou, melhor ainda, placa de hardware. Para iniciantes, esta terá sido uma boa experiência, e também muito dinheiro deve ter sido gasto que poderia ter sido evitado.

Parte do dinheiro gasto poderia ter sido evitado devido a complexidade desnecessária e erros no design de PCB e circuito.

Este capítulo mostrará algumas das dicas e truques úteis que podem ajudar você a economizar até milhões ao fazer fabricação de grande volume.

6.1 Protoboard PCB – Mantenha o Tamanho da Placa no Mínimo

Manter o tamanho da placa no mínimo é crucial para economizar custos e tornar seu produto final o mais portátil possível. Quanto maior fica, maiores os preços. Se a placa fica menor, o custo também diminui.

Também, tornar sua placa muito pequena pode não economizar custo já que montar e preparar sua placa pode requerer equipamento especializado.

6.2 Usando Componentes de Montagem Superficial o Máximo Possível

Você pode ser tentado a usar pacote DIP (dual in-line), comumente conhecido como componentes Through-hole, porque é possível de usar fácil mas pode não ser a melhor opção de economia de custo.

1. Usar componentes de montagem superficial reduzirá o número de furos que precisam ser furados na sua placa tipicamente usados para peças through-hole.
2. Usar componentes de montagem superficial também reduzirá o tamanho da placa.
3. Usar componentes de montagem superficial tornará a montagem da placa mais rápida e menos equipamento usado.

6.3 Configure Seu Design para Penalização

Ao ir para penalização de placa, você pode economizar uma tonelada de dinheiro. Colocar todas as suas placas em um painel significa que uma máquina pick-and-place de tiro rápido pode colocar todas as suas peças de uma vez sem requerer tempo de configuração adicional.

6.4 Silkscreen Ajuda a Reduzir Custos dos Seus Protótipos PCB?

Solicitar silkscreen em um lado cortará seus custos de arte pela metade. Aderir a cores padrão e geometrias maiores também provará benéfico. Entender estas restrições pode ajudar você a melhor precificação de protótipos PCB e economia de custos.

6.5 Protoboard PCB – Use a Via Certa para o Trabalho

Existem três tipos de vias – vias through-hole, vias cegas e vias enterradas. As duas últimas só vão ser usadas para PCBs de alta densidade e alta frequência. Então, este é simples, se seu design não precisa destes tipos de vias, deixe-os de fora para evitar custos extras de fabricação.

Isso conclui o fim deste capítulo e o fim deste guia. Usar materiais padrão e várias destas dicas mencionadas acima pode economizar vários milhares a milhões de dólares ao embarcar em fabricação de grande volume.

Protoboard PCB – Conclusão

Ao construir e lançar seus produtos ao mercado, algumas outras coisas também precisam ser consideradas.

1. Certificações – Todo produto baseado em wireless precisa passar por algum processo de certificação para estar livre de quaisquer perigos ou problemas e ser permitido ao mercado.
2. Gabinete – Dependendo do tipo de produto que você está construindo, pode precisar de algum gabinete ao redor da sua placa para dar aparência artística ou por alguma razão.
3. Controle de Qualidade – Controle de qualidade emite relatório de inspeção formal para revisão e aprovação de envio. Você deve esperar cada envio ser inspecionado e aprovado antes de ser liberado. Tal protocolo cria um processo de loop fechado que constrói melhoria contínua para execuções de produção consecutivas.

Este guia deve dar a você início suficiente para lançar seu próximo produto. Levar uma ideia de conceito a produção não é para os fracos de coração.

Você tem que suportar falhas, críticas, contratempos, e gerenciar todo o processo de fabricação pode ser muito desafiador. Ainda, um fabricante como WellPCB está no negócio para ajudar você a ter sucesso. Protoboard PCB