Maak hobbyistische PCB's met professionele CAD-tools door "ontwerpregels" aan te passen: 15 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Het is fijn dat er een aantal professionele printplaattools beschikbaar zijn voor de hobbyisten. Hier zijn enkele tips om ze te gebruiken op ontwerpborden waarvoor geen professionele fabrikant nodig is om ze daadwerkelijk te MAKEN…

Stap 1: Inleiding, deel 1 - Mijn klacht

Er zijn talloze tutorials op het net over het maken van uw eigen printplaten (PCB's). Toneroverdracht, fotogevoelige PCB's, sharpies; allerlei informatie…

Evenzo zijn er een aantal Computer Aided Design-pakketten (CAD) die zijn ontworpen om PCB-ontwerpen te helpen maken, mogelijk met bijbehorende schema's. Sommige hiervan hebben goedkope versies voor studenten en hobbyisten. Maar ik zie op verschillende webpagina's PCB's die zijn gemaakt met deze CAD-pakketten, door hobbyisten, die niet "vriendelijk" zijn om daadwerkelijk door hobbyisten te worden gefabriceerd met behulp van de methoden die op de PCB-pagina's worden beschreven. Een mooie gepubliceerde PCB is lang niet zo handig als het de typische minimumprijs van $ 50 + van een professionele bordmaker vereist. Ik twijfel er niet aan dat met de juiste apparatuur en benodigdheden, en wat oefening, je thuis goed genoeg kunt krijgen om PCB-fabricagetechnieken (maak je keuze) te maken om een bord van hoge kwaliteit te produceren met een aanzienlijke complexiteit, met fijne sporen, kleine gaatjes, enzovoort. Maar veel PCB's hebben die complexiteit niet echt nodig, en het zou mooi zijn als ze zo zijn ONTWORPEN dat je niet veel ervaring in het maken van PCB's NODIG hebt om een werkende PCB te krijgen. Dit document bevat enkele tips voor het configureren van een CAD-pakket om boards te maken die gemakkelijker te vervaardigen zijn in een hobbyistische omgeving. Het is gebaseerd op Cadsoft's Eagle CAD-pakket, maar de principes zijn relatief algemeen en zouden ook van toepassing moeten zijn op andere CAD-pakketten.

Stap 2: Intro, deel 2 - Cadsoft EAGLE

Cadsoft EAGLE: https://www.cadsoftusa.com/Cadsoft is een Duits bedrijf dat een waar mekka is voor verlichting van softwaredistributie. Naast de redelijk geprijsde professionele PCB-ontwerppakketten ($ 1200), hebben ze freeware, lite, non-profit en andere tussenliggende licenties. Hun software draait onder Windows, Linux en MacOSX. Het is een beetje eigenzinnig, met een steile (maar niet te hoge) leercurve aan de voorkant, maar uit de meeste rapporten is het niet meer zo dan andere professionele CAD-pakketten. Ze hebben online ondersteuningsforums die actief zijn van zowel het bedrijf als andere gebruikers, het pakket is momenteel in ontwikkeling en wordt met elke release beter. Een aantal PCB-fabrikanten accepteert hun CAD-bestanden rechtstreeks. Het is goed spul. Gebruik het. Verspreid het. Koop het als je "prof" wordt. Dit document is geen zelfstudie over het gebruik van EAGLE, hoewel het in die rol waarschijnlijk enigszins nuttig zal zijn. Het gaat meer om het configureren en aanpassen van een Eagle-installatie om beter bij de hobbyist te passen. --- Zie ook: Schematische invoer Maak PCB van een schemaBibliotheekonderdelen makenOntwerpregelaanpassingStuur CAD-bestanden naar fabrikanten

Stap 3: Ons voorbeeldcircuit: enkele LED's knipperen

Als voorbeeld ga ik een eenvoudig en vrij standaard twee-transistor, twee-led "blinky" circuit gebruiken. Het ziet er zo uit.

(Als u besluit om dit daadwerkelijk te bouwen, kunnen de transistors van alle silicium NPN-types voor algemeen gebruik zijn, zoals 2n4401, 2n2222, 2n3904.) De AAN-tijd voor elke LED is ongeveer R*C (een seconde voor de waarden hier.) De batterij kan mag 3V zijn tot … wat dan ook, hoewel u mogelijk de stroombegrenzingsweerstanden moet aanpassen voor hogere spanningen.) De doppen moeten een spanningswaarde hebben die iets hoger is dan de stroombron die u van plan bent te gebruiken. Voor een 9V-batterij heb ik 16V-doppen gebruikt. Weerstanden zijn 1/4 watt.)

Stap 4: De onderdelen plaatsen

Het ziet er vrij eenvoudig uit, dus we zullen de componenten op een bord gooien, ongeveer zoals ze er in het schema uitzien:

Stap 5: Autorouted met behulp van de standaardinstellingen en wat er mis mee is …

Daarna spelen we een beetje met de autorouter, waarbij we voorzichtig zijn om de bovenste richting later in te stellen op "N. A." om een eenzijdig bord te krijgen (maar met alle andere standaardinstellingen). We krijgen iets dat er zo uitziet.

Dat ziet er eigenlijk best aardig uit. Wat is het probleem? Het probleem is dat als je dat bord in je keuken probeert te maken, je waarschijnlijk veel frustratie zult krijgen. Er zijn twee hoofdproblemen: 1) Spoorbreedte. De standaard spoorbreedte is 10 mil (een mil is 1/1000 inch) of ongeveer 0,2 mm. Dat is prima voor de meeste professionele PCB-fabrikanten; de meeste kunnen routinematig en betrouwbaar boards maken tot 6mils. Maar het is ZEER fijn om iets als toneroverdracht te gebruiken (denk eraan dat een mechanisch potlood met fijne draad 0,5 mm is - bijna 3 keer groter!) Er is een soortgelijk probleem met de hoeveelheid pad die rond de gaten achterblijft; hoewel het prima is voor een mooie CNC-boormachine, als je de gaten probeert te boren met typische huishoudelijke apparatuur, zul je waarschijnlijk uiteindelijk de hele pad verwijderen. 2) Opruiming. Dit is de ruimte die tussen de sporen (of tussen de sporen en de pads) overblijft. Net als de spoorbreedte is deze standaard een klein getal: 8 mils. dat is gewoon geen realistische waarde voor een hobbyist…

Stap 6: Laten we de ONTWERPREGELS oplossen

Gezamenlijk worden deze parameters (en vele andere) de "Ontwerpregels" voor het bord genoemd. Gelukkig zijn ze zo ontworpen dat ze kunnen worden gewijzigd om te voldoen aan de vereisten van verschillende PCB-fabrikanten, en ze kunnen ook worden gewijzigd om beter aan de behoeften van de hobbyist te voldoen. U kunt naar de ontwerpregelcontrole en opties gaan met het DRC-commando of de knop. Het ziet er zo uit.

Het DRC-paneel wordt meestal gebruikt om een ontwerpregel CHECK uit te voeren. Nadat een bord is opgesteld (meestal met veel handrouting), klikt u op de "CHECK"-knop en Eagle zou gaan en ervoor zorgen dat wat u hebt gedaan in overeenstemming is met de ontwerpregels die u hebt gespecificeerd. De autorouter let echter ook op de ontwerpregels die je hebt ingesteld; het zou niet erg handig zijn als de autorouter boards zou maken die "illegaal" waren. Zoals u kunt zien, zijn er VEEL parameters die u kunt wijzigen. We zijn slechts in een paar ervan geïnteresseerd. (de individuele parameters worden meestal geïllustreerd met een mooie afbeelding van het object dat u daadwerkelijk aan het wijzigen bent. Een leuke hulpfunctie…)

Stap 7: De CLEARANCE-regels wijzigen

In het paneel OPRUIMING kunnen we de gewenste afstand tussen verschillende soorten objecten regelen. De standaard speling is 8mils voor alles…

Op een gegeven moment moet je beslissen wat je wilt dat de waarden zijn. Dit is slechts een voorbeeld, dus ik mag kiezen. Ik hou van 0,8 mm, wat heel dicht bij 1/32 inch is. Dus we kunnen een aantal van de spelingwaarden instellen op 0,8 mm: de spelingen voor "hetzelfde signaal" kunnen op kleine aantallen blijven; daar trekken we ons niet veel van aan. De speling van PAD naar PAD moet een aanzienlijk kleinere 0,5 mm zijn; daarover later meer…

Stap 8: De MATEN-regels wijzigen

Het paneel SIZES heeft de volgende set parameters die moet worden gewijzigd.

We hoeven ons geen zorgen te maken over micro- of blinde via's, omdat ze in de eerste plaats niet geschikt zijn voor hobbyisten en in de tweede plaats niet worden ondersteund door de freeware Eagle. We kunnen de minimale breedte en minimale boor instellen op (wederom) 0,8 mm (overigens, 0,8 mm is ongeveer een nummer 68 boor.)

Stap 9: Padmaten wijzigen met de RESTRING-regels

Het RESTRING-paneel regelt de grootte van de pads. Het zou leuk zijn als we de ring ook 0,8 mm dik konden maken, maar tegen de tijd dat je een gat van 0,8 mm en een ring van 0,8 mm aan elke kant hebt, heb je pads met een diameter van 2,4 mm. Aangezien veel onderdelen de pads op 0,1 inch (2,54 mm) middelpunten hebben, is er niet genoeg ruimte TUSSEN

kussentjes. Dus ik zal hier 0,6 mm gebruiken en ik zal nog steeds de kleinere spelingwaarden tussen de pads moeten gebruiken die ik hierboven heb genoemd. Ik heb nog steeds problemen met PAD's die veel groter zijn dan 0,8 mm (er is ongeveer een gat van 1 mm nodig om een vierkante paal van 0,025 inch vast te houden, zoals bij veel connectoren). restring-instellingen, afhankelijk van waar je meer problemen hebt met de PCB-techniek die je gebruikt. Een voordeel van een grote pad is dat je minder gevoelig bent voor de boor die je daadwerkelijk gebruikt; zelfs als de bibliotheek is ingesteld voor een boor van.6 mm en u een boor van.8 mm gebruikt, moet u voldoende koper over hebben zodat u geen groot probleem zult hebben. U hoeft geen binnenlaag of micro-via-waarden in te stellen:

Stap 10: Optioneel: Pad VORMEN aanpassen

In het SHAPES-paneel forceer ik de padvorm graag ROND, omdat ik de pads al erg groot heb gemaakt in het RESTRING-paneel. De ovale pads worden ZEER groot als je grote restring-waarden gebruikt … Dit is echter optioneel:

Stap 11: Sla uw gekozen regels op en autoroute opnieuw

Nadat we al die parameters hebben gewijzigd, moeten we ze TOEPASSEN, en dan kunnen we teruggaan naar het paneel BESTAND en ze opslaan op een geschikte plaats:

Bij het maken van toekomstige borden, kunt u het FILE-paneel van het DRC-venster gebruiken om de hobbyist-vriendelijke parameters in te lezen in plaats van ze allemaal opnieuw te moeten typen. (Of haal gewoon het honny.dru-bestand van de bovenste pagina.) Je kunt ze zelfs in je init-bestand zuigen. Om terug te komen op het circuit, als ik NU de autorouter gebruik, krijg ik een veel redelijker uitziend resultaat …

Stap 12: Maar waarom zou je daar stoppen?

We zouden daar kunnen stoppen, maar dat hoeft niet. De autorouter werkt op een raster (standaard 50mils), dus wat het doet, is sporen langs het raster plaatsen op plaatsen die de ontwerpregels niet overtreden. Dat betekent waarschijnlijk dat er aanzienlijk MEER ruimte is voor nog bredere sporen of vrije ruimte. Als we het hele bord GROUPEREN, kunnen we "de breedte van 1,0 mm veranderen" of equivalent, en de DRC "check" -optie gebruiken om te zien of we NOG STEEDS onze specificaties halen. Of we hadden kunnen hebben

een ander DRC-bestand met andere parameters. In feite kan de spoorbreedte van dit bord worden vergroot tot 1,4 mm zonder onze goedkeuringsregels te schenden:

Stap 13: Afronding van het PCB-ontwerp

Op dit moment zijn er enkele sporen die redelijk dicht bij elkaar liggen, en het kan zinvol zijn om ze handmatig wat meer uit elkaar te halen en enkele van de vreemdere dingen op te ruimen die de autorouter heeft gedaan. En ik kan besluiten dat ik wil dat dit een van die edge-of-stage waarschuwingslichten is die op zichzelf staat dankzij de 9V-batterij, wat betekent dat ik sommige componenten een beetje moet verplaatsen. Ik kan over de zeefdruk heen bewegen, zodat ik daar ook tonertransfer voor kan gebruiken. Ik eindig met dit:

Stap 14: Maar werkte het?

Laten we zien. Ik kan hier opzettelijk slordig zijn, om iemand zonder veel ervaring beter na te bootsen, toch? (Natuurlijk. Dat is een goed excuus. Normaal gesproken ren ik van mijn borden op een LPKF PCB "plotter", dus ik ben er echt slecht in om dit op de harde manier te doen.)

Schrootkarton, tijdschriftenpapier/toneroverdracht; ziet er op dit moment niet zo geweldig uit. Bijwerken met een slijper.. etsen, boren, reinigen… Meer toneroverdracht voor de "zeefdruk", componenten toevoegen en inschakelen…

Stap 15: Samenvatting

Dit is slechts een voorbeeld, gebaseerd op enkele persoonlijke meningen. De belangrijkste gedachte is:

dat hoe breder je sporen en hoe meer ruimte ertussen, hoe gemakkelijker je bord door hobbyisten kan worden gefabriceerd. En de meeste PCB-pakketten hebben instellingen die kunnen worden gewijzigd, zodat ze het meeste werk voor je doen…