Escalar a partir de prototipos de PCB de pruebas es un proceso complicado que requiere creatividad y técnica. La línea de tiempo para el desarrollo es tan único como la persona que dirige el proyecto, y todo está siempre en manos del creador. Sin embargo, hay varios hitos que se deben buscar en el camino.
En esta guía, lo guiaré a través de algunos de los pasos necesarios para escalar a ese producto final como se muestra a continuación.
Aquí es donde estás
Sin embargo, aquí es donde quieres llegar:
Introducción a la construcción de Prototipos de PCB
Entonces, ahora tiene esta idea fantástica o mejor aún, una PoC (Prueba de concepto), pero necesita crear a algo que valga la pena producir en masa o al menos que pueda ser fabricado por los fabricantes con fines de demostración, ¿cómo comenzar a construir tu prototipo de PCB?
En el diseño de hardware, los prototipos de PCB son un modelo «construido a mano» que representa un producto lo suficiente manufacturable (fácilmente replicable) para que los diseñadores puedan visualizar y probar el diseño. La palabra prototipo proviene de las palabras latinas proto, que significa original, y tipos, que significa forma o modelo.
Con todos los tutoriales disponibles y la cantidad de recursos gratuitos disponibles, casi cualquier persona puede construir prototipos de PCB en un par de horas. Llevar sus prototipos de PCB a un lugar donde se puedan comercializar requiere má esfuerzo, planificación y algo de experiencia. Deberas tomar una serie de decisiones sobre el hardware, que eventualmente impulsan las decisiones sobre el software del dispositivo.
Es fácil de construir con una Raspberry Pi o incluso con el popular Arduino, pero las posibilidades de que puedas producir en masa con ellas son en su mayoría limitadas. Por supuesto, esto no significa que no pueda construir una placa en lArduino como la Arduino Pro Mini o aquellas Arduino sin cabeza que se pueden conectar y luego seguir fabricando, pero pueden ser bastante caras e incluso podrían sea más poderoso de lo que necesitas.
Muchas de las nuevas empresas de hardware de hoy han construido sus primeros prototipos de PCB con Arduino. El Arduino es fácil de aprender, incluso para alguien sin experiencia en ingeniería eléctrica o con solo las habilidades de programación basícas. Incluso un niño podría hacerlo, y muchos de ellos lo hacen.
1.1 Selección de componentes
El primer paso para comenzar a construir sus prototipos de PCB es saber qué componentes necesitará. Puedes tener una idea rápida de en que se basan los diagrama de bloques o PoC existente, incluso las funciones deseadas para el dispositivo. Por ejemplo, construir algo como un monitor de ritmo cardíaco portátil requerirá algunos de los siguientes componentes:
1. Una unidad de microcontrolador: Atmega, ARM, PIC y otros
2. Un sensor de pulso: un sensor de pulso dedicado podría funcionar, o una combinación de LED y detector de luz también podría funcionar.
3. Unidad de alimentación
4. Interfaces de pantalla: LCD, LED, OLED, TFT u otras.
Se pueden encargar fácilmente la mayoría de las piezas necesarias, si no todas de un solo proveedor, de varios proveedores. Los siguientes son algunos proveedores de los que puede comprar sus piezas: AliExpress, Digi Key, Arrow, Mouser, Adafruit y varios otros.
1.2 Diseño esquemático
El siguiente paso será crear un diagrama del diseño de la electrónica, generalmente llamado diagrama esquemático o diagrama de circuito. El dibujo esquemático muestra cómo se conectan todos los componentes, y esto no es algo que hará a mano, sino una herramienta única diseñada para este propósito.
La creación de un esquema es un paso fundamental en la construcción de su dispositivo final y no puede permitirse omitirlo. Comenzar con su esquema es muy fácil, necesita conocer la herramienta adecuada para construir. Hay varios programas de diseño de circuitos que se pueden utilizar para el diseño facíl, necesitas conocer las herramientas adecuadas para construir tu esquema. Algunos de los softwares son gratuitos y otros de pago. La mayoría del software de diseño se pueden utilizar para el dibujo esquemático y también para hacer el diseño de su PCB.
Los siguientes son algunos de los programas que se utilizarán:
1. KiCAD: de uso gratuito.
2. Eagle CAD – Premium pero con opción gratuita limitada
3. Altium – Premium
4. DipTrace – Premium
5. OrCAD – Premium pero ofrece una prueba gratuita.
Después de decidir el software de diseño que se utilizará, se puede continuar familiarizándose con el entorno del software, ya que cada software puede tener un aspecto y una sensación diferentes.
Al crear su esquema en el software de su elección, es imperativo que siga algunas de las prácticas estándar en el diseño esquemático.
Algunos métodos convencionales se destacan a continuación:
1. Usar un punto de unión para indicar más de una conexión que se conecta en una unión.
2. Usar el nombre de red para los pines en lugar de dibujar cientos de conexiones. Hacer esto mejora la legibilidad del esquema sin agregar ningún desorden innecesario.
3. Siempre usando el mismo símbolo para el mismo dispositivo
4. Separar su esquema en bloques lógicos, especialmente al diseñar algunos circuitos complejos.
Cuando haya terminado con su diseño esquemático y lo haya verificado por completo, el siguiente paso será convertir el diseño del circuito en la fabricación de PCB, hay altas posibilidades de tener fallas en el diseño, lo que puede contribuir en gran medida a afectar negativamente el diseño y funcionalidad del producto final. Hay varios diseños de PCB que se pueden utilizar para fabricar su placa.
En el próximo punto, hablaremos sobre cómo hacer una placa de circuito impreso para sus prototipos de PCB.
Hacer una placa de circuito impreso para sus prototipos de PCB
Hacer una placa de circuito impreso para sus prototipos de PCB, tener un diagrama esquemático es uno de los pasos del proceso para tener una placa profesional completa.
La siguiente etapa del proceso, que son las que no se pueden omitir, es diseñar la estructura de su placa de circuito impreso. Sin embargo, ¿qué es una placa de circuito impreso?
Una placa de circuito impreso también conocida como PCB o PCI es una placa física que contiene y conecta todos los componentes electrónicos en un solo lugar. El diseño esquemático generalmente se transfiere a la PCB utilizando varios métodos. El diseño de la PCB influye en algunos factores como:
1. Costo: cuanto más importante es la placa, más cara es de fabricar.
2. Rendimiento: el diseño de la placa y el tipo de componentes utilizados en la placa afectarán el rendimiento general del dispositivo. Una placa mal diseñada puede ser susceptible al ruido que a su vez degrada el rendimiento del dispositivo.
3. Durabilidad,
4. Y muchos más.
Una vez que el esquema está listo, pasamos a realizar la PCB.
La PCB está diseñada con el mismo software que se utilizó para crear el diagrama esquemático.
El software será responsable de generar el diseño y la huella de la PCB en función de los componentes y el diagrama esquemático dado, sin el diagrama esquemático, el software no podrá crear el diseño básico de la PCB.
Comenzar a hacer un diseño de PCB puede llevar mucho tiempo y ser tedioso para los usuarios principiantes, pero afortunadamente, hay varios tutoriales y recursos útiles en línea para aprender sobre los software de PCB.
Dependiendo del software que elija, generalmente hay una forma para que el usuario cambie de la vista esquemática a la vista de diseño de PCB donde se diseñará.
Diseñe su PCB como imagina su modelo de dispositivo final; Además, el software que se utiliza tendrá varias herramientas de verificación para garantizar que el diseño de la PCB cumpla con las reglas de diseño para el proceso de PCB utilizado y que la PCB coincida con el esquema. Puede probar rápidamente si su diseño dañará su dispositivo o no.
Cuanto más pequeño sea el producto y más apretados los componentes deban empaquetarse juntos, más tiempo llevará crear el diseño de la PCB.
Si su producto enruta grandes cantidades de energía u ofrece conectividad inalámbrica, entonces el diseño de PCB es aún más crítico y requerira más tiempo.
Para la mayoría de los diseños de prototipos de PCB, las partes esenciales son el enrutamiento de energía, cualquier señal de alta velocidad (relojes de cristal, etc.) y cualquier circuito inalámbrico.
Una vez complementado con el diseño de los prototipos de PCB, debe continuar con la fabricación de su placa de circuito impreso, y hay varias formas de hacerlo. Una es hacerlo usted mismo en casa o enviar el diseño a un fabricante que se especializa en fabricar PCB.
Aunque existen técnicas para producir sus PCB en casa, se limitan a diseños simples. Por lo tanto, lo más probable es que deba encargar la produccián de prototipos de PCB.
En el siguiente capítulo, hablamos sobre cómo fabricar su placa de circuito impreso de un fabricante externo.
Fabricación de su placa de circuito impreso con WellPCB
Después de haber desarrollado con éxito el diseño del circuito impreso para su dispositivo, lo que debe hacer a continuación es hacer la placa. Antes de comenzar con la fabricación, siempre es una buena idea ver cómo se verá el producto final. Algunos programas como Proteus o Altium tienen un visor de diseño 3D que permitirá ver la placa en 3D para tener una idea de cómo se verá la placa.
Antes de enviar su diseño para que se fabrique, primero debe generar un formato de archivo con el que trabajará el fabricante y también decidir qué fabricante utilizar. WellPCB es líder en la fabricación.
Placa de circuito impreso y la mejor apuesta para sus trabajos de fabricación de PCB.
El diseño de PCB debe convertirse a un archivo Gerber que es utilizado por la mayoría de los profesionales, y este es el estándar para la industria de PCB. Un archivo Gerber contiene todos los archivos de diseño necesarios para usar en la producción de PCB. WellPCB acepta 4 tipos de formato de archivo (formato de archivo Gerber, .pcb, .pcbdoc o .cam).
Es útil incluir números de pieza en la capa de serigrafía impresa. WellPCB imprime una serigrafía en ambos lados y viene sin ningún cargo adicional. También es una buena idea conocer la especificación de la casa de tablero, WellPCB tiene un mínimo de 3 mil para el ancho y el espacio de la línea / pista. Asegúrese de que su diseño no exceda eso. Utilice su verificación de reglas de diseño de software para asegurarse de que su placa no exceda las capacidades de producción del fabricante.
Los requisitos de la serigrafía establecen el color deseado en la PCB, y la mayoría son tintas curadas con UV y cumplen con RoHS.
1. Blanco
2. Amarillo
3. Negro
Esos son los colores más utilizados; también hay otros disponibles, los colores pueden aumentar el tiempo y el costo del proceso.
Para pedir su PCB en WellPCB, siga estos sencillos pasos:
4. Visite la sección de cotizaciones en línea de WellPCB PCB: Sección-https://www.wellpcb.com/pcb-quote
5. Complete los detalles de su tablero y haga clic en agregar al carrito. Necesitas saber cómo pedir placas de circuito PCB personalizadas en línea. PARA la creación de su placa PCB puede contactarnos en WellPCB, la cantidad mínima es de cinco unidades
6. Registre una nueva cuenta.
7. Cargue sus archivos PCB Gerber o .brd.
8. Solicite su artículo y espere a que se lo entreguen.
WellPCB también ayuda a realizar una verificación DRC completa de todos los archivos del cliente, lo cual es útil especialmente si el diseño tiene algunos problemas o errores, el usuario será alertado del problema para evitar pérdidas de tiempo y dinero durante la producción de la placa.
Ahora siéntese y espere a que llegue su placa de circuito impreso. El tiempo de fabricación de las PCB de al menos 24 horas y un tiempo mínimo de aproximadamente 120 horas para un PCB de 8 a 12 capas.
En el próximo punto, hablaremos sobre algunos de los términos de PCB y las capacidades de WELLPCB.
Capacidades de WellPCB PCB y algunos términos comunes de PCB
WellPCB es un fabricante líder de placas de circuito impreso y también ofrece ensamblaje de placa de circuito impreso para acompañar la fabricación de sus prototipos de PCB.
Esto convierte a WellPCB en su fabricante de referencia para el desarrollo completo de su producto. Además, brindan servicios turnkey para el encargo de los componentes de su placa electrónica.
WellPCB se centra en ofrecer servicios de prototipos de PCB y no solo en la fabricación a gran escala. Sus servicios de prototipos de PCB tiene encargos mínimos de 5 unidades, no solo ofrecen servicios de creación de prototipos, sino que también están empaquetados a precios increíblemente bajos.
Un precio promocional de $ 3.99 para usuarios que buscan 1-2 capas, prototipos de PCB de 10 piezas y una placa de menos de 10 cm * 10 cm.
WELLPCB es capaz de producir 100.000 pies cuadrados de PCB de 2 a 32 capas y entregar más de 5000 variedades mensuales.
Con un giro rápido para cumplir con la entrega de 24 horas para PCB de doble cara, 48 horas para 4 a 8 capas y 120 horas para PCB de diez capas o más. Su tiempo de entrega estándar es de aproximadamente 5 a 6 días y un tiempo acelerado de 24 a 48 horas.
4.1 Las siguientes son capacidades de fabricación de PCB WellPCB
1. Material de soporte: FR4, High TG FR4, material libre de halógenos, CEM-3, material Rogers HF.
2. La capa cuenta de 1 a 32 capas.
3. Espesor de cobre terminado: 0.5-5 oz.
4. Espesor del tablero terminado: 0.2-6.0mm.
5. Min. Ancho de línea / pista: 4mil.
6. Min. Espacio de línea / pista: 4mil.
7. Min. Tolerancia de contorno: +/- 0,1 mm.
8. Min. Diámetro terminado del orificio PTH: 0,1 mm.
9. Máx. Relación de espesor de placa / agujero: 12: 1.
10. Min. Puente de máscara de soldadura: 4 mil (espacio mínimo de almohadilla SMT 8 mil).
11. Min. Ancho de pista Legend (serigrafía): 5mil.
12. Color de la máscara de soldadura: verde, negro, azul, blanco, amarillo y mate, etc.
13. Dureza de la máscara de soldadura: 6H.
14. Color de la leyenda / serigrafía: blanco, amarillo, negro, etc.
15. Tratamiento de superficies: HAL, HAL sin plomo, oro de inmersión, OSP, estaño de inmersión, plata de inmersión, etc.
16. Otra tecnología: Gold finger, máscara pelable, vías ciegas no transversales, control de impedancia característica, tablero Rígido-flexible, etc.
17. Prueba de confiabilidad: prueba de sonda voladora / prueba de accesorio, prueba de impedancia, prueba de soldabilidad, prueba de choque térmico, prueba de resistencia del orificio.
18. Inflamabilidad: 94V-0.
4.2 Acabado superficial
Un acabado de superficie en las PCB es un recubrimiento entre un componente y un PCB de placa descubierta. Se aplica por dos razones: para garantizar la soldabilidad y para proteger los circuitos de cobre expuestos.
Preferencia de acabados de superficie estándar: no cumple con RoHS o RoHS.
1. HASL (nivel de soldadura de aire caliente): contiene plomo que no es RoHS, es más barato y bastante popular.
2. ENIG (oro de inmersión en níquel no electrolítico): el acabado más popular y sin plomo, pero caro
3. Plata de inmersión: cumple con RoHS y se empañará como cualquier producto de plata.
4. OSP – Conservante de soldabilidad orgánico
5. LF-HASL (Nivel de soldadura de aire caliente sin plomo
6. Lata de inmersión: se utiliza al final de todos los acabados
.4.3 Máscara de soldadura
Soldermask es el color que se utilizará para el acabado de los prototipos de PCB. Se puede usar cualquier color, sin embargo, seguir los colores estándar es lo mejor y más profesional. Los más populares son:
1. Verde
2. Azul
3. Negro
4. Rojo
5. Blanco
6. Amarillo
La máscara puede ser mate o brillante en los colores anteriores. El mate está menos disponible debido a que el de brillo es el más utilizado. Procesar el mate para colores específicos puede agregar tiempo debido al cambio de equipo y la limpieza y aplicación del procesamiento.
4.4 Serigrafía
La serigrafía es la impresión que se realiza en el PCB para su identificación. Se utiliza en el lado del componente para identificar otros componentes, puntos de prueba, PCB y placa de circuito impreso ensamblada.
Números de pieza de PCBA, símbolos de advertencia, logotipos de empresas y nombres de fabricantes. Se presentan en la placa después de que todas las piezas y componentes se sueldan y se instalan correctamente. Los siguientes son algunos de los colores que se utilizan:
1. Negro
2. Blanco
3. Amarillo
Esos son los colores más utilizados; hay otros disponibles, sin embargo, como MASK, los colores pueden aumentar el tiempo y el costo del proceso. Pregunte si tiene requisitos especiales para su producto.
En el próximo punto, hablaremos sobre cómo mover su PCB al Ensamblaje de la placa de circuito impreso) es la placa que se presenta después de que todas las piezas y componentes se sueldan y se instalan correctamente. Un modo PCBA.
Pasar de prototipos de PCB a PCBA
Entonces, ¿qué es la creación de prototipos de PCB rápido? La impresión 3D de PCB no solo hace la PCB, sino que también lo hace el conjunto de placa de circuito impreso (PCBA, una abreviatura de placa de circuito impreso ensamblada, se refiere a la combinación de prototiposfabricados de PCB, suministro de componentes y lista de materiales (BOM) de un PCB que se instalan directamente en una PCB. La impresión 3D de PCB no solo hace el PCB, sino que también hace el Ensamblaje de la placa de circuito impreso (PCBA es el PCB con componentes ensamblados).
Así que ahora tiene su placa de circuito impreso disponible y lista para llenar la placa con los componentes necesarios. Es posible que tenga la tentación de soldar esto manualmente usted mismo, esta podría ser una buena opción, especialmente cuando la cantidad de placas es menos de 5, en el peor de los casos, 10 unidades, más allá eso podría no ser una buena idea. La impresión 3D de PCB no solo hace el PCB, sino que también hace el ensamblaje de la placa de circuito impreso (PCBA).
5.1 Tipos de ensamblaje de PCBA
Los principales tipos de ensamblaje de PCBA se muestran a continuación:
Esos son los prototipos de PCB rápidos de uso común. La impresión 3D de PCB no solo hace el PCB, sino que también hace el ensamblaje de la placa de circuito impreso (tipos de ensamblaje de PCBA).
PCBA ayuda a los ingenieros, desarrolladores de productos, aficionados y otros a completar la placa con los componentes necesarios para una empresa de fabricación.
Suele ser más rápido y económico en pedidos a granel. Introducción a la creación rápida de prototipos de PCB. La impresión 3D de PCB no solo hace el PCB sino que también hace el ensamblaje de la placa de circuito impreso (PCBA es relativamente simple en la medida en que tenga los componentes necesarios).
Al igual que WellPCB es capaz de manejar todos sus posibles trabajos de prototipos de PCB, también ofrecen un trabajo de producción de película de acompañamiento que necesita para fabricar PCB. En el caso del servicio PCBA para ayudar a optimizar todo el proceso de desarrollo de la placa. No cuesta mucho más tener la PCB llena a menos que agregues pasos adicionales en el proceso, como grabar un programa en la MCU o ejecutar una prueba del 100% en las placas terminadas.
Para comenzar con PCBA, debe tener todos los documentos requeridos. Además de su archivo de diseño de prototipos de PCB, necesitará una especificación de diseño si hay necesidades especiales para su trabajo, una lista de materiales (BoM) para la cantidad de componentes en su placa y también se puede generar a partir del software que se está utilizando. Y colocaciones de piezas realizadas a partir del software utilizado.
Al iniciar su ensamblaje de PCB, una nota crucial es la fuente de los componentes para la placa.
El propietario de la placa puede decidir buscar las piezas solo y enviarlas a WELLPCB para el ensamblaje o dejar que WellPCB se encargue del suministro de componentes integrales, que creo que es la mejor oferta. Por supuesto, también se puede acordar un suministro parcial.
Vaya a Ensamblaje de PCB en WellPCB aquí y complete el formulario de Solicitud de cotización (RFQ). Ingrese tantos detalles como sea posible y envíelo. WellPCB se pondrá en contacto con usted si necesita más información de usted y cómo continuar con el proceso de montaje del pedido.
La lista de materiales WellPCB (BOM) de una PCB se instala en una placa. El proceso de ensamblaje de PCB puede demorar hasta 25 días para la fabricación de gran volumen, que es un tiempo notable para el ensamblaje de PCB de gran volumen en comparación con otros fabricantes de ensamblajes de PCB. Las siguientes son las capacidades de ensamblaje de PCB WellPCB:
Más información sobre WellPCB SMT). Esto facilitará que la máquina elija y coloque fácilmente los componentes en la PCB la capacidad de ensamblaje se puede encontrar aquí.
En este punto, todo lo que tiene que hacer es sentarse y esperar a que su PCB poblada esté disponible y se le envíe. Con esto concluye el final de este capítulo y en el próximo capítulo discutiremos cómo ahorrar dinero al hacer PCB y PCBA.
Ahorro de dinero en prototipos de PCB y fabricación de PCBA
Enhorabuena, ahora tiene sus prototipos de hardware de PCB completamente desarrollados. Para los novatos, esta habrá sido una buena experiencia, y también se debe haber enviado una gran cantidad de dinero que podría haberse evitado.
Parte del dinero gastado podría haberse evitado debido a la complejidad innecesaria y los errores en el diseño de la PCB y del circuito.
En este capítulo, mostraré algunos de los consejos y trucos útiles que pueden ayudarlo a ahorrar incluso millones cuando está fabricando grandes volúmenes.
6.1 Mantenga el tamaño de su placa al mínimo
Mantener el tamaño de su tabla al mínimo es un factor crucial para ahorrar costos y también hacer que su producto final sea lo más portátil posible. Cuanto más grande se vuelve, también lo hacen los precios. Si el tablero se vuelve más pequeño, también lo hace el costo.
Además, es posible que hacer su tabla demasiado pequeña no le ahorre costos, ya que ensamblar y preparar su tabla puede requerir equipo especializado para eso.
6.2 Usar componentes de montaje en superficie tanto como sea possible
Es posible que tenga la tentación de usar el paquete DIP (doble en línea) comúnmente conocido como componentes de orificio pasante debido a que es posible que sea fácil de usar, pero puede que no sea la mejor opción para ahorrar costos.
1. El uso de componentes de montaje en superficie reducirá la cantidad de orificios que se deben perforar en la placa que se usa normalmente para componentes de orificios pasantes.
2. El uso de componentes de montaje en superficie también reducirá el tamaño de la placa.
3. El uso de componentes de montaje en superficie hará que el montaje de la placa sea más rápido y se utilice menos equipo.
6.3 Configure su diseño para penalización
Al participar en la penalización, puede ahorrarse una tonelada de dinero. Tener todas sus tablas en un panel significa que la máquina de selección y colocación de disparo rápido puede colocar todas sus piezas sin requerir tiempo de configuración adicional.
6.4 ¿La serigrafía le ayuda a reducir los costos de los prototipos de PCB?
Solicitar una serigrafía en un solo lado reducirá a la mitad los costos de sus obras de arte. Seguir con colores estándar y geometrías más grandes también resultará beneficioso. Comprender estas limitaciones puede ayudarlo a mejorar los precios de los prototipos de PCB y ahorrar costos.
6.5 Utilice la vía correcta para el trabajo
Hay tres tipos de vías: vías de orificio pasante, vías ciegas y vías enterradas. Los dos últimos solo se utilizarán para PCB de alta densidad y alta frecuencia. Entonces, es sencillo, si su diseño no necesita este tipo de vías, déjelas a un lado para evitar costos de fabricación adicionales.
Con esto concluye este punto y el final de esta guía. El uso de materiales estándar y varios de estos consejos mencionados anteriormente pueden ahorrarle de varios miles a millones de dóares al embarcarse en una fabricación de gran volumen.
Conclusión
Al crear y lanzar sus productos al mercado, también se deben considerar algunas otras cosas.
1. Certificaciones- todos los productos inalámbricos deben pasar por algún proceso de certificación para que estén libres de peligros o problemas y puedan comercializarse.
2. Recinto – Dependiendo del tipo de producto que esté construyendo, es posible que necesite un recinto alrededor de su tablero para darle un aspecto artístico o por algunas razones.
3. Control de calidad- el control de calidad emite un informe de inspección formal para su revisión y aprobación del envío. Debe esperar que cada envío sea inspeccionado y aprobado antes de ser liberado. Dicho protocolo crea un proceso de ciclo cerrado que se basa en la mejora continua para las ejecuciones de producción consecutivas.
Esta guía debería darle suficiente ventaja para el lanzamiento de su próximo producto. Llevar una idea del concepto a la producción no es para los débiles de corazón.
Debe ser capaz de soportar fallas, críticas, contratiempos y administrar todo el proceso de fabricación, esto puede ser un gran desafío, pero fabricantes como WellPCB están en el negocio para ayudarlo a tener éxito.
