PCB Design er processen med at skabe trykte kredsløbskort, der forbinder elektroniske komponenter og danner funktionelle elektroniske kredsløb.
1. august 2023
3 minutters læsetid
Definitionen på PCB (Design)
PCB står for “Printed Circuit Board,” som på dansk kaldes “trykt kredsløbskort.” Det er en afgørende komponent i de fleste elektroniske enheder, da det giver en struktureret platform til at forbinde og samle elektroniske komponenter på en effektiv og pålidelig måde.
I et PCB er et ikke-ledende materiale (substratet), normalt lavet af glasfiber eller epoxy, brugt som en base. På dette substrat er et lag af ledende materiale (ofte kobber) blevet påført, og dette danner de elektriske forbindelser og spor, der forbinder komponenterne sammen. PCB design muliggør elektriske forbindelser og skaber et kredsløb, hvilket gør det muligt for enheden at udføre sine specifikke funktioner.
Det trykte kredsløbskort giver en række fordele, herunder kompakt design, let masseproduktion, reduktion af ledningsrod og støjsvage forbindelser. PCB design er en afgørende disciplin inden for elektronik, da det letter udviklingen af forskellige elektroniske enheder, såsom computere, mobiltelefoner, TV, medicinsk udstyr, bil elektronik og mange andre elektroniske apparater og systemer.
Formål
PCB design er processen med at skabe et layout eller en tegning for et printet kredsløbskort (PCB), der opfylder de specifikke krav til en elektronisk enhed eller system.
Det indebærer at designe sammensætningen af komponenter, deres indbyrdes forbindelser og de nødvendige elektriske baner på PCB’et for at sikre korrekt funktionalitet og ydeevne.
Processen for PCB Design
Processen for PCB design følger typisk disse trin:
Kravanalyse: Det første trin i en PCB designproces er at forstå kravene til den elektroniske enhed eller det system, som PCB’et skal designes til. Dette omfatter faktorer som ønsket funktionalitet, størrelsesbegrænsninger, strømkrav, signalintegritet og miljømæssige forhold.
Schematic design: Schematic design fungerer som en grafisk repræsentation af kredsløbet, der viser forbindelserne og relationerne mellem forskellige elektroniske komponenter. Her overvejes de funktionelle aspekter af kredsløbsdesignet ved at repræsentere hver komponent med et passende symbol. Forbindelserne mellem komponenter repræsenteres af linjer eller ledninger, der forbinder komponentsymbolerne. Derudover kan et schematic indeholde andre elementer som strøm- og jord-symboler, der angiver strømforsyningen og referencepunkterne i kredsløbet.
Komponentvalg: Valget af PCB’ets komponenter er baseres på vores schematic. Disse skal opfylde de elektriske og mekaniske krav i designet. I denne fase overvejer man faktorer som tilgængelighed, pris, ydeevne og størrelse på komponenterne. Det er en klar fordel at gøre brug af en komponentdatabase, som kan bidrage til en mere effektiv designproces og dertil pålideligt PCB-design.
Layoutdesign: Det næste trin indebærer at omsætte det vores schematic til et fysisk PCB-layout. Ved hjælp af designsoftware placeres komponenterne på kredsløbskortet, og deres indbyrdes forbindelser routes ved hjælp af kobberbaner. I denne fase skal der tages hensyn til faktorer som signalintegritet, strømdistribution, termisk håndtering og elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).
Routing: Routing henviser til processen med at etablere elektriske forbindelser mellem komponenterne på PCB’et ved at designe kobberbanerne. For at fastsætte den bedste routing-strategi skal der tages hensyn til faktorer som signalintegritet, minimering af støj og optimering af det samlede layout.
Simulering: PCB simulering indebærer brug af specialiserede softwareværktøjer til at simulere og analysere adfærden af et kredsløbsdesign. Simulering giver ingeniører mulighed for at forudsige og evaluere de elektriske egenskaber, signalintegritet og ydeevne af PCB-designet under forskellige driftsbetingelser. Ved at simulere kredsløbet kan potentielle problemer eller fejl i designet identificeres og rettes – inden man går videre med prototypetest.
Design Rule Check (DRC): Når routing for PCB design er gennemført, da udføres en designregelkontrol for at sikre, at designet overholder specifikke retningslinjer – både elektronik- og produktionsmæssige. Dette inkluderer kontrol af afstande, minimale sporbredder og andre begrænsninger i designet. Ved at forstå disse begrænsninger på forhånd kan man mindske risikoen for et fejlslagen DRC.
Export af Gerber-filer: Når DRC’et er gennemført, så eksporteres PCB-layoutet i et Gerber-filformat. Gerber-filer indeholder den nødvendige information til fremstilling af PCB’et, herunder kobberlag, lodmaske og silkscreen-lag.
Prototype og test: En PCB-prototype baseres på de foregående designfiler. Her samles den med rette komponenter, og videresendes til test for at verificere funktionaliteten og ydeevnen. Eventuelle fejl under testen løses ved at gentage designet.
Produktion: Når designet er færdigt og valideret, sendes designfilerne til en producent som masseproducerer printet. Producenten følger de specificerede retningslinjer for at producere det ønskede antal PCB’et.
PCB design kræver en kombination af teknisk ekspertise, kendskab til elektroniske komponenter og dygtighed i brugen af dedikerede værktøjer.
Det er et afgørende trin i udviklingen af elektronik, da et veludformet PCB kan have stor indflydelse på den overordnede ydeevne, pålidelighed og fremstillingsdygtighed af det endelige produkt.
