מהו Board Design?
עריכת מעגל (board design), המכונה גם עריכת מעגלים מודפסים (PCB), או עריכת כרטיס אלקטרוני מתייחס לתהליך יצירת הפריסה והסידור
של רכיבים אלקטרוניים על גבי PCB.
PCB הוא לוח שטוח העשוי מחומר לא מוליך, מפיברגלס, עם שכבה של עקבות נחושת ורפידות באחד
הצדדים או בשני הצדדים.
עיצוב לוח הוא שלב מכריע בפיתוח של מכשירים ומערכות אלקטרוניות.
מדובר בתכנון הפריסה הפיזית של ה-PCB, הצבת הרכיבים בצורה האופטימלית והיעילה ביותר וניתוב החיבורים החשמליים ביניהם.
המטרה היא להבטיח תפקוד תקין, ביצועים חשמליים ויכולת ייצור של המעגל האלקטרוני.
תהליך עיצוב הלוח כולל את השלבים הבאים:
לכידה סכמטית: השלב הראשון כולל יצירת דיאגרמה סכמטית של המעגל.
הוא מייצג את החיבורים בין רכיבים שונים באמצעות סמלים ורשתות.
בחירת רכיבים: בהתבסס על דרישות המעגל, נבחרים רכיבים אלקטרוניים מתאימים, תוך התחשבות בגורמים כגון פונקציונליות,
גודל, דרישות הספק וזמינות.
פריסת PCB: באמצעות תוכנה מיוחדת, המעצב מציב את הרכיבים על ה-PCB, תוך התחשבות בגורמים כגון שלמות האות,
ניהול תרמי ואילוצים מכניים.
שלב זה כולל גם החלטה על מספר השכבות והממדים הכוללים של ה-PCB.
ניתוב: המעצב יוצר חיבורים חשמליים בין הרכיבים על ידי ניתוב עקבות נחושת על ה-PCB.
עקבות אלו נושאות אותות וכוח בין החלקים השונים של המעגל.
יש להקפיד להימנע מהפרעות אות, דיבור הצלבה ולהבטיח התאמת עכבה נכונה.
אימות עיצוב: תכנון ה-PCB שהושלם נבדק ביסודיות לאיתור שגיאות, כגון חיבורים שגויים, הפרות של כללי עיצוב ובעיות ייצור אפשריות.
ניתן להשתמש בכלי סימולציה וניתוח כדי להעריך את הביצועים החשמליים של המעגל.
תיעוד: תיעוד מפורט, כולל תיקי ייצור, שרטוטי הרכבה וכתב חומרים (BOM), מוכן להנחות את תהליכי הייצור וההרכבה.
אב טיפוס וייצור: לאחר סיום התכנון ואימותו, ניתן לייצר אבות טיפוס לצורך בדיקה ואימות.
לאחר יצירת אב טיפוס מוצלח, ניתן לשלוח את עיצוב ה-PCB לייצור המוני.
תכנון לוח יעיל דורש הבנה עמוקה של רכיבים אלקטרוניים, תורת המעגלים, שלמות האות, תאימות אלקטרומגנטית (EMC),
ניהול תרמי ותהליכי ייצור.
מעצבי PCB מיומנים שואפים ליצור עיצובים אמינים, חסכוניים ועומדים במפרטי הביצועים הנדרשים.
איך עובד PCB?
תפקודו של לוח מעגלים מודפס (PCB) או כרטיס אלקטרוני מבוסס על החיבורים החשמליים שנוצרו בין הרכיבים השונים המורכבים עליו.
להלן הסבר פשוט כיצד זה עובד:
רכיבים: PCB מכיל רכיבים אלקטרוניים שונים, כגון נגדים, קבלים, מעגלים משולבים (IC), טרנזיסטורים ומחברים.
רכיבים אלה מבצעים פונקציות ספציפיות בתוך מעגל אלקטרוני.
עקבות נחושת: ל-PCB יש שכבה של עקבות נחושת על פני השטח, הפועלות כנתיבים מוליכים.
עקבות אלה נוצרים באמצעות תהליך שנקרא תחריט, שבו עודפי נחושת מוסרים מהלוח,
ומשאירים מאחוריו את תבנית המעגל הרצויה.
חיבורים חשמליים: הרכיבים מולחמים על גבי ה-PCB, והמובילים או ההדקים שלהם מחוברים לעקבות הנחושת.
העקבות מתפקדות כמסלולים לאותות חשמליים ולכוח לזרום בין הרכיבים.
נתיבי אותות: עקבות הנחושת אחראיות לשאת אותות בין רכיבים שונים על ה-PCB.
אותות אלה יכולים להיות אנלוגיים או דיגיטליים ועשויים לכלול אותות אודיו, וידאו, נתונים או כוח.
העקבות מנותבות בקפידה כדי להבטיח שלמות אות תקינה, הימנעות מרעש, הפרעות והתדרדרות האות.
חלוקת כוח: ה-PCB כולל גם עקבות נחושת המיועדים לחלוקת כוח לרכיבים.
עקבות אלה מחברות מקורות כוח, כגון סוללות או ספקי כוח, לרכיבים המתאימים הדורשים חשמל.
מישור הארקה: PCB כולל לרוב שכבה ייעודית הנקראת מישור הארקה.
שטח גדול זה של נחושת משמש כנתיב בעל התנגדות נמוכה עבור זרמים חשמליים לחזור למקור הכוח,
ומספק מתח ייחוס יציב או התייחסות הארקה למעגל.
שכבות: לוחות PCB יכולים להיות בעלי שכבות מרובות, בטווח של 1 עד 16 שכבות או יותר, בהתאם למורכבות המעגל.
שכבות נוספות מאפשרות מעגלים מורכבים יותר וצפיפות ניתוב מוגברת.
כל שכבה עשויה להכיל עקבות, מטוסי כוח או מטוסי הארקה, והם מחוברים דרך חורים קדחו הנקראים דרך.
ייצור והרכבה: לאחר השלמת עיצוב ה-PCB, הוא עובר תהליך ייצור.
זה כרוך בייצור ה-PCB, כולל תחריט של עקבות נחושת, קידוח חורים והנחת מסיכת הלחמה ושכבות משי.
לאחר הייצור, הרכיבים האלקטרוניים מולחמים על גבי ה-PCB באמצעות תהליכי הרכבה אוטומטיים או ידניים.
בדיקה ותפעול: לאחר ההרכבה, ה-PCB נבדק כדי לוודא שכל החיבורים נוצרו כהלכה, והמעגל פועל כמתוכנן.
לאחר מכן, ה-PCB המושלם מוכן לשילוב בתוצר הסופי, כגון מחשב, סמארטפון או כל מכשיר אלקטרוני.
PCB משמש כפלטפורמה לחיבור בין רכיבים אלקטרוניים, ומאפשר להם לעבוד יחד בצורה מבוקרת ומאורגנת.
הוא מספק פתרון קומפקטי, אמין וסטנדרטי לתכנון וייצור מעגלים אלקטרוניים.
הליך עריכת PCB
תהליך עריכת המעגל כולל מספר שלבים מהרעיון ועד לפריסת ה-PCB הסופית.
להלן סקירה כללית של תהליך עיצוב הלוח:
איסוף דרישות: אסוף את הדרישות והמפרטים עבור המעגל האלקטרוני או המערכת.
הבן את הפונקציונליות, קריטריוני הביצועים, מגבלות הגודל, דרישות הספק וכל שיקול ספציפי אחר.
לכידה סכמטית: צור דיאגרמה סכמטית באמצעות תוכנת אוטומציה של תכנון אלקטרוני (EDA).
הסכימה מייצגת את רכיבי המעגל והחיבורים ביניהם באמצעות סמלים ורשתות.
בחירת רכיבים: בחר את הרכיבים המתאימים על סמך דרישות המעגל.
קחו בחשבון גורמים כמו פונקציונליות, גודל, צריכת חשמל, עלות, זמינות ותאימות הרכיבים למערכת הכוללת.
יצירת טביעת רגל PCB: צור או אמת את טביעות הרגל (דפוסי קרקע) של הרכיבים בתוכנת עיצוב ה-PCB.
טביעות הרגל מגדירות את הממדים הפיזיים, חורי ההרכבה ופריסות הרפידות עבור כל רכיב.
פריסת PCB: הנח את הרכיבים על ה-PCB באמצעות תוכנת עיצוב PCB.
שקול היבטים כמו שלמות האות, ניהול תרמי, אילוצים מכניים ויכולת ייצור.
ייעל את מיקום הרכיב לניתוב יעיל ולמזעור הפרעות אות.
ניתוב אותות: צור קשרים חשמליים בין הרכיבים על ידי ניתוב עקבות נחושת על ה-PCB.
השתמש בכלי הניתוב בתוכנת עיצוב PCB כדי לחבר את הרכיבים תוך הקפדה על כללי עיצוב, כגון רוחב עקבות,
מרווח והתאמת עכבה.
משורי קרקע והארקה: קבע את מישורי הקרקע והארקה בתכנון ה-PCB.
הקצה שכבות נחושת ייעודיות לחלוקת מישורי קרקע וחיבורי הארקה כדי למזער את הרעש ולספק מתח ייחוס יציב.
אימות עיצוב: בצע בדיקות כללי עיצוב (DRC) ובדיקות כללים חשמליים (ERC) כדי להבטיח שהתכנון עומד בהנחיות
התכנון ובדרישות החשמל שצוינו.
השתמש בכלי סימולציה וניתוח כדי לאמת שלמות האות, ביצועים תרמיים והיבטי תאימות אלקטרומגנטית (EMC).
איטרציית עיצוב: סקור את פריסת ה-PCB הראשונית, חפש משוב מבעלי עניין וערוך תיקונים נחוצים.
חזור על העיצוב כדי לטפל בכל בעיה, לייעל את הפריסה ולוודא שהיא תואמת את דרישות הפרויקט.
תיעוד: הכן תיעוד מפורט כולל תיקי ייצור, שרטוטי הרכבה, BOM (Bill of Materials), וכל הערות או הוראות ייצור ספציפיות.
התיעוד מנחה את תהליכי הייצור וההרכבה.
יצירת אב טיפוס ובדיקה: ייצור אב טיפוס PCB על סמך התכנון הסופי.
הרכב את הרכיבים ובדוק את אב הטיפוס כדי לוודא את הפונקציונליות, הביצועים והתאימות שלו לדרישות.
איתור באגים וחדד את העיצוב במידת הצורך.
עיצוב לייצור (DFM): ייעל את העיצוב לייצור יעיל וחסכוני.
שתף פעולה עם יצרנים כדי לטפל בכל אילוצי עיצוב, כגון פאנל, דרישות מסכת הלחמה והנחיות למיקום רכיבים.
ייצור: לאחר שאב הטיפוס נבדק ואושר בהצלחה, המשך לייצור המוני.
שתף את קבצי התכנון והתיעוד הסופי עם היצרן עבור ייצור, מקורות רכיבים והרכבה.
לאורך תהליך עיצוב הלוח, שיתוף פעולה, בדיקות מתמשכות ואיטרציה חשובים כדי להבטיח עיצוב PCB מוצלח ואמין.
תקשורת אפקטיבית בין צוות התכנון, מחזיקי העניין והיצרנים היא חיונית כדי לעמוד ביעדי הפרויקט ולספק PCBs באיכות גבוהה.
שימושים של עריכת מעגלים מודפסים
עריכת PCB, משמש במגוון רחב של תעשיות ויישומים שבהם נדרשים מעגלים אלקטרוניים.
כמה אזורים נפוצים שבהם נעשה שימוש בעיצוב לוח כוללים:
מוצרי צריכה אלקטרוניים: עיצוב לוח נמצא בשימוש נרחב במוצרי אלקטרוניקה כמו סמארטפונים, טאבלטים, מחשבים ניידים,
טלוויזיות, מערכות שמע, קונסולות משחקים ומכשירים לבישים.
אלקטרוניקה תעשייתית: יישומים תעשייתיים שונים, כולל מערכות אוטומציה, רובוטיקה, מערכות בקרה, מערכות רכישת נתונים ומכשור,
מסתמכים על תכנון לוח ליצירת מעגלים אלקטרוניים מותאמים אישית.
רכב ותחבורה: עיצוב הלוח ממלא תפקיד מכריע באלקטרוניקה לרכב, כולל יחידות בקרת מנוע (ECU), מערכות מידע בידור,
מערכות בטיחות, ניווט GPS ומערכות מתקדמות לסיוע לנהג (ADAS).
תעופה והגנה: תעשיית התעופה והחלל והביטחון משתמשת רבות בתכנון לוח עבור מערכות אוויוניקה, מערכות תקשורת לווייניות,
מערכות מכ”ם, מערכות בקרת טיסה ואלקטרוניקה ברמה צבאית.
מכשירים רפואיים: עיצוב לוח חיוני בפיתוח מכשירים רפואיים כמו מערכות ניטור מטופלים, ציוד הדמיה, מכשירי אבחון,
מכשירים כירורגיים ומכשירים מושתלים.
מערכות תקשורת: עיצוב לוח משמש בציוד תקשורת, נתבים, מתגים, מודמים, התקני תקשורת אלחוטיים ותשתיות רשת.
האינטרנט של הדברים (IoT): ככל שה-IoT ממשיך להתרחב, עיצוב לוחות הוא חיוני ליצירת מכשירים חכמים ומערכות מחוברות שאוספות,
מעבדות ומשדרות נתונים.
זה כולל מכשירי בית חכם, יישומי IoT תעשייתיים, מערכות ניטור סביבתיות וטכנולוגיה לבישה.
מערכות אנרגיה מתחדשת: מערכות לייצור אנרגיה מתחדשת, כגון ממירי אנרגיה סולארית ובקרי טורבינות רוח,
מסתמכות על תכנון לוח להמרת חשמל, ניטור ובקרה יעילים.
מחקר ופיתוח: עיצוב לוח משמש בפרויקטי מחקר ופיתוח על פני דיסציפלינות מדעיות והנדסיות שונות, המאפשר יצירת מעגלים אלקטרוניים מותאמים
אישית עבור מערכי ניסוי, רכישת נתונים וניתוח נתונים.
היישומים של עיצוב לוח הם עצומים ומגוונים, המשקפים את הנוכחות הנפוצה של מעגלים אלקטרוניים בטכנולוגיה מודרנית.
מעצבי לוחות משתפים פעולה הדוק עם מהנדסים, יצרנים ובעלי עניין כדי ליצור עיצובי PCB יעילים, אמינים וחסכוניים העונים על הדרישות
הספציפיות של כל יישום.
עלות עריכת מעגלים מודפסים
עלות עיצוב הלוח יכולה להשתנות בהתאם למספר גורמים, כולל מורכבות המעגל, מספר השכבות ב-PCB, גודל הלוח,
כמות הרכיבים ודרישות התכנון.
להלן כמה שיקולי עלות הקשורים לעיצוב לוח:
כלי עיצוב: העלות של תוכנת עיצוב PCB או כלי אוטומציה של עיצוב אלקטרוני (EDA) היא גורם שיש לקחת בחשבון.
ישנן אפשרויות תוכנה שונות זמינות, החל מכלים חינמיים או קוד פתוח ועד תוכנות ברמה מקצועית עם תכונות מתקדמות.
העלות יכולה לנוע בין כמה מאות דולרים לכמה אלפי דולרים בשנה, תלוי בחבילת התוכנה ואפשרויות הרישוי.
מורכבות עיצובית: מורכבות המעגל ודרישות התכנון יכולות להשפיע על העלות.
מעגלים מורכבים יותר עם ניתוב מורכב, אותות במהירות גבוהה, בקרת עכבה ותכונות מתקדמות עשויים לדרוש מומחיות וזמן נוסף לתכנון,
מה שיוביל לעלויות גבוהות יותר.
ספירת שכבות: מספר השכבות ב-PCB משפיע על העלות. לוחות PCB רב-שכבתיים עולים יותר מלוחות חד-שכבתיים
או דו-שכבתיים בשל מורכבות הייצור המוגברת ועלויות החומרים הקשורות לשכבות נוספות.
גודל לוח: גודל ה-PCB משפיע על העלות. לוחות גדולים יותר דורשים יותר חומר ועשויים לכלול שלבי ייצור נוספים, כגון פאנל וזמן ייצור מוגדל,
מה שמוביל לעלויות גבוהות יותר.
ספירת רכיבים: מספר וסוג הרכיבים בלוח יכולים להשפיע על העלות.
לוחות עם כמות גבוהה יותר או רכיבים מורכבים יותר עשויים לדרוש מאמץ עיצובי נוסף, מיקור רכיבים וזמן הרכבה, מה שתורם להגדלת העלויות.
איטרציות עיצוב: איטרציות או תיקונים של עיצוב עלולים לגרור עלויות נוספות.
מקובל שעיצובים עוברים מספר איטרציות כדי לייעל את הביצועים, לטפל בבעיות או להתאים לשינויים בדרישות.
כל איטרציה עשויה לכלול זמן תכנון נוסף, אב טיפוס ובדיקות, מה שיכול להגדיל את העלות הכוללת.
ייצור והרכבה: עלות הייצור וההרכבה נפרדת מעלות עיצוב הלוח.
זה כולל ייצור, רכש רכיבים, הרכבת PCB, בדיקות ובקרת איכות.
עלות הייצור תלויה בגורמים כמו גודל לוח, מורכבות, מספר שכבות וכמות הלוחות שהוזמנו.
מומחיות עיצוב: המומחיות והניסיון של מעצב הלוח יכולים להשפיע על העלות.
מעצבים מיומנים ומנוסים עשויים לקבל תעריפים גבוהים יותר עבור השירותים שלהם, המשקפים את הידע המיוחד
והיכולת שלהם להתמודד עם דרישות עיצוב מורכבות ביעילות.
עלות עיצוב הלוח יכולה להשתנות באופן משמעותי בהתאם לפרויקט ולדרישות הספציפיות.
מומלץ לעבוד בשיתוף פעולה הדוק עם צוות תכנון או להתייעץ עם ספקי שירותי עיצוב PCB כדי לקבל הערכות עלויות
מדויקות בהתאם לצרכי הפרויקט הספציפיים שלך.
שאלות ותשובות בנושא Board design
ש: מהו עריכת מעגל מודפס?
ת: board design, המכונה גם עריכה של מעגלים מודפסים (PCB), הוא תהליך יצירת הפריסה והסידור של רכיבים אלקטרוניים
על גבי PCB.
ש: מה המטרה של board design?
ת: מטרת board design היא ליצור פריסה פיזית המאפשרת לחבר רכיבים אלקטרוניים ולתפקד יחדיו כמתוכנן במעגל
או במערכת אלקטרונית.
ש: מהם השלבים המרכזיים הכרוכים בboard design?
ת: השלבים המרכזיים בהליך board design כוללים לכידה סכמטית, בחירת רכיבים, פריסת PCB, ניתוב אותות, אימות תכנון,
הכנת תיעוד, אב טיפוס ובדיקות וייצור.
ש: מהם השיקולים בעת עריכת PCB?
ת: שיקולי התכנון כוללים מיקום רכיבים לפונקציונליות ויעילות מיטבית, ניתוב אותות נכון לשלמות האות,
ניהול תרמי, עמידה בכללי התכנון ואילוצי הייצור, והבטחת עמידה בדרישות ובמפרטי הפרויקט.
ש: באיזו תוכנה משתמשים לעיצוב לוח?
ת: כלי תוכנה שונים של אוטומציה של עיצוב אלקטרוני (EDA) משמשים לעיצוב לוח, כגון Altium Designer, Cadence Allegro,
Mentor Graphics PADS, KiCad ו-Eagle.
ש: אילו גורמים משפיעים על עלות עיצוב מעגל מודפס?
ת: גורמים המשפיעים על עלות עיצוב הלוח כוללים מורכבות עיצובית, מספר שכבות, גודל לוח, ספירת רכיבים,
איטרציות עיצוביות ומומחיות המעצב. עלויות ייצור והרכבה נפרדות מעלויות עיצוב לוח.
ש: מה תפקידו של עורך PCB?
ת: מעצב PCB אחראי על תרגום דרישות המעגל לפריסת PCB אופטימלית.
הם בוחרים וממקמים רכיבים, מנתבים עקבות, שוקלים כללי עיצוב ומבטיחים יכולת ייצור וביצועים חשמליים של הלוח.
ש: מהי החשיבות של אימות עיצוב בעיצוב לוח מודפס?
ת: אימות עיצוב הוא חיוני כדי לזהות ולתקן שגיאות, להבטיח פונקציונליות תקינה ולאמת את הביצועים החשמליים של הלוח המודפס.
זה כולל בדיקות כללי עיצוב (DRC), בדיקות כללים חשמליים (ERC) וסימולציה וניתוח כדי לאמת את התכנון.
ש: כיצד עיצוב מעגלים תורם לפיתוח המוצר?
ת: עיצוב לוח הוא חלק קריטי בפיתוח מוצר שכן הוא מאפשר יצירת מעגלים אלקטרוניים מותאמים אישית המותאמים לדרישות ספציפיות.
זה מבטיח שהרכיבים האלקטרוניים עובדים יחד ביעילות, מה שמוביל למוצרים פונקציונליים, אמינים וניתנים לייצור.
ש: כמה זמן לוקח תהליך עיצוב מעגל מודפס?
ת: משך תהליך תכנון המעגל יכול להשתנות בהתאם למורכבות המעגל ולדרישות הפרויקט הספציפיות.
זה יכול לנוע בין מספר ימים עבור עיצובים פשוטים למספר שבועות או חודשים עבור פרויקטים מורכבים.
