了解PCB原型和制造工艺选项

2020年7月24日

关键的外卖

为什么PCB原型设计很重要?
什么是pcb快速成型?
用于制造PCB原型的增材制造工艺是什么?
如何使用加法-减法制造来制造PCB原型?
需要什么来促进快速PCB原型和制造工艺执行的最佳选择?

不知道即将到来的危险

大自然母亲是奇妙的，我发现最迷人的事情之一是观察野生动物之间的互动。捕食者的悬念和即将到来的危险是令人兴奋的，比如一只母狮为了给她的孩子提供食物，接近一只毫无戒心的瞪羚。这是“你不知道的不会伤害你”这句话不适用的时候之一;然而，“无知是福”可能一直适用，直到瞪羚意识到这可能是母狮的菜单。

在设计pcb原型时，缺乏知识也是一个问题。例如，不知道与合同制造商(CM)的设备能力相一致的制造设计(DFM)规则和指导方针，可能会导致在实现可制造的设计和获得准确的报价之前，似乎无休止的来回。相反，了解您的电路板是如何构建的可以帮助您易于制造的设计．让我们来看看PCB原型和制造工艺选项是可用的，你可以如何设计，以促进他们的成功执行。

为什么PCB原型设计很重要?

PCB原型的本质是最好的理解首先明确定义电路板开发过程，如下所示。

PCBA开发周期

IMG: PCB Prototype Iteration.jpg inCadence |软件图像/快速原型．

如上所述，开发电路板通常是周期性的，由无数次迭代组成。每个迭代都由设计、构建和测试阶段组成，目的是提高设计的质量。这种不断修改电路板的技术，直到所有错误都被纠正，并达到所需的质量被称为PCB原型。

PCB原型制作过程中的角色

开发的构建阶段是设计的物理体现被构建的地方。在原型周期的每一次迭代中，都会构建或制作一个新板。然后对每个新板或一组板进行测试。在原型开发期间，测试主要用于验证功能和操作。

制造印刷电路板

制造过程将产生PCB或裸板，如上图所示，其中没有附加元件。尽管，位置电子元件放置或者是脚印和相应的垫片。随后，组件被连接到板使用通孔焊，表面贴装技术(SMT)，或两者的组合，以产生最终的PCB组件(PCBA)，准备进行测试。根据电路板的复杂性和CM的制造工艺，这个过程可能需要几天甚至几周的时间才能产生一个原型。

提高整体发展速度，快速原型采用增材制造的技术已经出现。这些增材制造制造工艺能够在不到一天的时间内构建原型。有许多PCB原型可用的选项，如下所述。

使用增材制造方法构建PCB原型

增材制造通常与三维打印这是一种通过连续添加材料层来制造物体的方法。这种方法为工程师和电路板设计师提供了方便，可以在他们的办公桌上制造单个或少量的PCB原型。

PCB原型设计和制造设备在您的指尖

让我们来看看PCB原型和制造的一些增材制造技术。

如何用熔融沉积建模制造板

顾名思义，熔融沉积建模(FDM)通过堆叠层并将它们融合在一起来创建对象。每一层通常由热塑性塑料组成，可以通过加热和冷却过程融合，例如下面列出的:

FDM材料

丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)
热塑性聚氨酯(TPU)

PCB原型可以通过结合FDM和有限元(SLA)，激光直写(LDW)等工艺添加导电材料和嵌入式组件。

阅读这篇文章，了解更多关于熔融沉积模型的过程。

PCB原型构建的SLS技术

选择性激光烧结(SLS)是利用激光制造尼龙或聚酰胺零件的动力床熔合技术之一。这个过程从一种粉状物质开始，然后加热形成不同的形状而不液化。

更多信息可以在这里找到选择性激光烧结电子制造过程。

全自动添加剂PCB原型

快速成型技术的优点之一是制造所需的设备或机器的最小化。通常，只需要一台机器，如3D打印机，并且不需要用于传统PCB制造的工具设备，如车床或钻头。在计算机模型和最终产品之间缺乏人工干预的过程是固体自由曲面制造(SFF)的例子。

您可以在这里了解固体自由曲面制造的目标设计。

除了上面讨论的增材工艺，还有用于PCB原型制造的加-减制造技术。

PCB制造的加减法制造工艺

与增材制造相反的是减法制造，即通过从较大的固体中去除或切割多余的材料来制造物体或产品。当这两种技术都需要时，该过程是加减法，这也用于制造PCB原型，如下所述。

通过层压对象制造构建PCB层

另一种快速成型技术是层压物体制造(LOM)。LOM过程类似于前一节中讨论的方法，因为对象构造包括一个自底向上添加连续层的过程。然而，这些层，可能是纸，塑料，甚至金属，通常是粘在一起的，最终产品是通过使用刀或激光工具切割掉多余的材料形成的。

在这里你可以找到更多关于层压物体制造的信息。

如何优化PCB堆叠和布局制作

虽然快速原型技术的应用正在扩大，但到目前为止pcb是制造出来的采用加减法的。PCB堆叠，其中的一个例子如下所示，是通过添加连续的层，并使用粘合剂来确保它们，就像LOM所做的那样。

PCB层堆叠设计与Allegro

如上图所示，有几个导体层。除非导体层是固体平面，否则必须蚀刻掉多余的铜，以创建表面的迹线和组件垫。这种铜的去除，加上不填充的钻孔，如通孔过孔和安装孔，是一种减法制造工艺。

额外的PCB原型设计注意事项

在几乎所有的情况下，制造产生没有组件的PCB或板。因此，要完成原型，就需要组件的附着或组装。正如前面所讨论的，在快速原型中嵌入组件方面存在一些问题。

此外，一种新的增材制造制造技术，其中某些类型的组件可以在制作过程中嵌入已经开发出来了。虽然还没有广泛应用，但这项技术和其他技术正越来越受欢迎。一个加减法制造的例子是组件在flex (CIF)，寻求最大限度地使用内部板空间通过在内层上嵌入组件．所有这些PCB原型制造方法的一个共同点是，它们要求您拥有适当的设计工具，以实现最佳的工艺简化。