Um Guia sobre a Passagem de Protótipos de PCB, Inegavelmente, evoluir de protótipos de PCB em placas universais é um processo complicado que combina criatividade e alguns procedimentos. A linha de tempo para este desenvolvimento depende da pessoa que executa o projeto, pois tudo se concentra nas mãos do criador. No entanto, há várias etapas a percorrer ao longo do caminho.
Neste guia, vou mostrar os passos necessários para evoluir para o produto final, conforme mostro abaixo.
É aqui que está.
No entanto, é aqui que quer chegar –
Começar a Construir os seus Protótipos de PCB
Portanto, você teve essa fantástica ideia, aliás, uma PoC (Prova de Conceito), mas precisa de evoluir para algo cuja produção em massa valha a pena, ou que pelo menos possa ser fabricado por alguns fabricantes para fins de demonstração. Então, como deve iniciar a a construção dos seus protótipos de PWB?
Em desenho de hardware, protótipos de PCB são modelos “manuais” que representam um produto fabricado (facilmente replicável) e adequados para os desenhadores visualizarem e testarem o projeto. A palavra protótipo advém das palavras latinas proto, que significa original, e tipos, que significa forma ou modelo.
Certamente que com todos os tutoriais que existem por aí assim como os recursos gratuitos disponíveis, praticamente qualquer pessoa pode construir protótipos de PCB, em poucas horas. Fazer com que os seus protótipos de PCB cheguem ao ponto de poderem ser comercializados requer não só muito esforço como também planeamento e algum conhecimento. Você terá que tomar uma série de decisões sobre hardware que possa suportar um software adequado para o efeito.
O Raspberry Pi ou mesmo o popular Arduino são opções a considerar, mas as possibilidades de produção em massa com esses softwares são limitadas. Certamente, isto não significa que não possa construir uma placa com o Arduino, com o Arduino Pro Mini ou outras versões Arduino disponíveis, mas elas ficam muitos caras e podem ser mais potentes do que realmente precisa.
Muitas das startups de hardware atuais construíram os seus primeiros protótipos de PCB com o Arduino. O Arduino é acessível mesmo para alguém sem conhecimentos de engenharia elétrica ou com competências de programação medianas. Até uma criança poderia construí-los e muitas, certamente, já o fizeram.
1.1 Seleção de Componentes
Antes de tudo, para começar a construir os seus protótipos PCB é necessário saber que componentes vai precisar. Você pode rapidamente tirar ideias daqueles que se baseiam no seu diagrama em bloco ou PoC’s existentes, assim como até mesmo as funções do dispositivo podem prontamente mostrar isso. Por exemplo, a construção de um monitor de batimento cardíaco exige os seguintes componentes:
1. Uma unidade de Microcontrolador – Atmega, ARM, PIC e outros
2. Um sensor de Pulso – um sensor de pulso dedicado pode funcionar, assim como uma combinação de LED e detetor de luz.
3. Unidade de Alimentação
4. Interfaces de visualização – LCD, LED, OLED, TFT ou outros.
É possível recorrer a terceiros para obter a maioria das peças, se não todas, adquirindo-as a um único fornecedor ou, em alguns casos, a vários. Alguns dos fornecedores onde pode comprar suas peças são – AliExpress, Digi Key, Arrow, Mouser, Adafruit, entre outros.
1.2 Desenho Esquemático
O próximo passo será criar um diagrama do projeto eletrónico, a que geralmente se chama diagrama esquemático ou, igualmente, diagrama de circuito. O desenho esquemático mostra como cada componente se conecta, e isto não é possível fazer manualmente, mas sim através duma ferramenta única adequada a esta finalidade.
A criação de um esquema é um passo fundamental na construção do seu dispositivo final e não pode dar-se ao luxo de o ignorar. Iniciar o seu esquema pode parecer muito fácil, mas você tem que saber qual a ferramenta certa para o construir. Existem vários softwares de desenho de circuitos que podem ser usados para o desenho esquemático, alguns são gratuitos e outros pagos. A maioria dos softwares de desenho podem ser usados para o desenho esquemático assim como para fazer o layout do seu PCB.
Em seguida, listam-se alguns dos softwares que podem ser utilizados:
1. KiCAD – Gratuito
2. Eagle CAD – Premium, mas com uma versão gratuita limitada
3. Altium – Premium
4. DipTrace – Premium
5. OrCAD – Premium, mas oferece uma versão experimental.
Depois de decidir que software usar, pode passar para a familiarização com o ambiente de software, visto que cada software é diferente dos outros.
Ao criar o seu esquema no software escolhido, é imperativo seguir algumas das práticas padrão de desenho esquemático.
Em seguida, realçam-se abaixo alguns métodos convencionais –
1. Usar um ponto de junção para indicar mais do que uma conexão que se conecte a uma junção.
2. Usar o nome da rede para os pinos, em vez de desenhar centenas de conexões. Ao fazer isso aumenta a legibilidade do esquema, evitando confusão desnecessária.
3. Usar sempre o mesmo símbolo para o mesmo dispositivo.
4. Separar o seu esquema em blocos lógicos, especialmente em projeções complexas como as dos circuitos.
Quando terminar o seu projeto esquemático e tiver feito uma verificação completa, o próximo passo é converter o desenho do circuito para o layout do PCB a usar na fabricação da sua placa.
Em seguida, abordaremos a execução de uma placa de circuito impresso para os seus protótipos de PCB.
Criar uma Placa de Circuito Impresso para Protótipos de PCB
Para fazer uma placa de circuito impresso para protótipos de PCB, é necessário, em primeiro lugar, ter um diagrama esquemático.
Em segundo lugar, não pode ignorar a projeção do layout da placa de circuito impresso. Mas afinal o que é uma placa de circuito impresso?
Uma Placa de Circuito Impresso igualmente conhecida como PCB é uma placa física que mantém e conecta todos os componentes eletrónicos num único lugar.
O desenho esquemático é geralmente transferido para o PCB usando vários métodos. O desenho do PCB influencia diversos fatores como
1. Custo – Quanto mais evoluída for a placa, mais cara fica.
2. Desempenho – O desenho da placa e o tipo de componentes nela utilizados afetarão o desempenho global do dispositivo. Uma placa mal projetada pode ser suscetível ao ruído o que, por outro lado, degrada o desempenho do dispositivo.
3. Durabilidade,
4. E muitos mais.
Assim que o esquema estiver pronto, avançamos para a execução do PCB. O PCB é projetado no mesmo software que foi usado na criação do diagrama esquemático.
Da mesma forma, o software será também responsável por gerar o layout e a marca que distingue o PCB com base nos componentes indicados e diagrama esquemático, visto que sem o diagrama esquemático, o software não será capaz de criar o layout básico do PCB.
A execução de um layout de PCB
Pode ser demorada e aborrecida para quem a faz pela primeira vez, mas felizmente, existem vários tutoriais úteis e recursos online de apoio à maioria dos softwares de PCB que ensinam como construí-los.
Dependendo do software escolhido, existe geralmente uma forma do utilizador mudar da vista esquemática para a vista de layout do PCB, onde este será projetado.
Desenhe o seu PCB à medida que visualiza o modelo de dispositivo final; o software que está a ser utilizado terá igualmente várias ferramentas de verificação para garantir não só que o layout do PCB cumpre as regras de desenho para o processo do PCB usado como também que o PCB corresponde ao esquema. É possível testar rapidamente se o seu desenho vai destruir o seu dispositivo ou não.
Quanto menor o produto e maior for a necessidade de acoplamento dos componentes, mais tempo vai demorar a criar o layout de PCB. Se o seu produto direciona grandes quantidades de energia ou possibilita conectividade sem fio, então o layout do PCB é ainda mais crítico e demorado.
Para a maioria dos protótipos de PCB, as partes essenciais são não só o roteamento de potência, como também quaisquer sinais de alta velocidade (relógios de cristal, etc.) e circuitos sem fio.
Após completar o seu projeto de protótipo de PCB, deve passar a fabricação da sua placa de circuito impresso e há várias maneiras de fazer isso. Uma delas é fazê-la você mesmo em casa ou enviar o projeto para um fabricante especializado em fabricação de PCB.
Embora existam técnicas para produzir os seus PCB em casa, elas limitam-se a projetos simples. Então, provavelmente vai precisar de recorrer a terceiros para a sua produção de protótipo de PCB.
Em seguida, falaremos sobre como fabricar a sua placa de circuito impresso num fabricante.
Fabricação da sua placa de circuitos impressos através do WellPCB
Após desenvolver com sucesso o layout do circuito impresso para o seu dispositivo, em seguida tem que fazer a placa. Antes de começar a fabricá-la, é boa ideia ver como vai ficar o produto final. Alguns softwares como Proteus ou Altium têm um visualizador que permite a visualização da placa em em 3D a fim de ter uma ideia de como a placa vai ficar depois de feita.
Antes de enviar o seu projeto para fabricação, tem que primeiramente gerar um formato de arquivo no qual o fabricante vai trabalhar, bem como decidir que fabricante escolher. A WellPCB é líder na fabricação de Placas de Circuito Impresso e certamente a melhor aposta para trabalhar no seu PCB.
O projeto de PCB deve ser convertido num ficheiro Gerber que é usado pela maioria dos profissionais e é estandardizado na indústria de PCB. Um ficheiro Gerber contém todos os arquivos de projeto necessários para a produção de PCB. A WellPCB aceita 4 tipos de formato de ficheiro (gerber, .pcb, .pcbdoc ou .cam).
É útil incluir os números das peças na camada de serigrafia impressa. A Wellpcb imprime a serigrafia de ambos os lados sem qualquer custo extra. Também é uma boa ideia saber as especificações da placa, a Wellpcb tem um mínimo de 3 ml para linha/ faixa de largura e espaço.
Assegure-se que o seu desenho não excede estas medidas. Utilize a régua de verificação do seu software de desenho para se certificar de que a sua placa não excede as capacidades de produção do fabricante.
Os requisitos da serigrafia indicam a cor desejada no PCB, e a maioria são tintas curadas por UV e compatíveis.
Com RoHS:
1. Branco
2. Amarelo
3. Preto
Essas são as cores mais utilizadas; embora existam outras cores disponíveis mas que podem aumentar o tempo e o custo do processo.
Para encomendar o seu PCB à WellPCB, siga os passos simples que listamos em seguida:
4. Visite a Secção de Orçamentos Online de PCB da WellPCB – https://www.wellpcb.com/pcb-quote
5. Preencha os detalhes da sua placa e clique em Adicionar ao Carrinho. A quantidade mínima da WellPCB é de cinco unidades
6. Registar uma nova conta.
7. Fazer o Upload dos seus ficheiros de PCB, Gerber ou .brd
8. Encomende o seu produto e aguarde pela sua entrega.
A WellPCB também ajuda a realizar a verificação RDC completa de todos os arquivos do cliente, o que é especialmente útil se o projeto tiver problemas ou erros, sendo o Utilizador alertado sobre o problema para evitar quer a perda de tempo quer de dinheiro na produção da placa.
Em seguida, agora aguarde tranquilamente que a sua placa de circuitos impressos chegue. O tempo de fabricação de PCB é de pelo menos 24 horas e de aproximadamente 120 horas para um PCB de 8 – 12 camadas.
Em seguida, vamos falar sobre alguns dos termos PCB e das capacidades da WELLPCB.
Capacidades de PCB da WellPCB e alguns termos comuns de PCB
A WellPCB é um fabricante líder de placas de circuitos impressos, que oferece também montagem de placas de circuitos impressos para acompanhar a fabricação dos seus protótipos de PCB.
Isto torna certamente a WellPCB no fabricante certo para o desenvolvimento completo do seu produto. Fornece também serviços de utilização imediata para o outsourcing dos componentes da sua placa eletrónica.
A WellPCB está focada não só no fornecimento de serviços de protótipos de PCB, como também na fabricação em grande escala. Os seus serviços de protótipos de PCB sujeitos a uma quantidade mínima de 5 unidades, não abrangem apenas a prototipagem, como também o embalamento, a preços surpreendentemente baixos.
Um preço promocional de $3,99 para utilizadores que procuram 1-2 camadas, 10 protótipos de PCB’s e placas com menos de 10cm*10cm.
A WELLPCB é capaz de produzir 9.290m2 de PCB de camada 2-32 e entregar mais de 5000 variedades mensalmente.
Com resposta rápida de entrega em 24 horas para PCBs de dupla face, 48 horas para 4 a 8 camadas e 120 horas para dez camadas ou mais. O tempo médio de espera é de aproximadamente 5 a 6 dias e de expedição 24 a 48 horas.
4.1 Listam-se de seguida as capacidades de fabrico de PCB da WellPCB
1. Material de suporte: FR4, High TG FR4, material Sem Halogénio, material CEM-3, Rogers HF.
2. Quantidade de camadas é de 1-32 camadas.
3. Espessura de Semiacabado de Cobre: 0.5-5 oz.
4. Espessura da Placa Acabada: 0.2-6.0 mm.
5. Min. Largura de Linha/Pista: 4ml.
6. Min. Espaço Linha/Pista: 4ml.
7. Min. Tolerância ao contorno: +/-0,1 mm.
8. Min. Diâmetro final do orifício do PTH: 0.1 mm.
9. Max. Relação Espessura/Orifício da Placa: 12:1.
10. Min. Ponte Máscara de Solda: 4ml (Min. Espaço Pad SMT 8ml).
11. Min. Largura da Faixa de Legenda (Serigrafia): 5ml.
12. Cor da máscara de solda: verde, preto, azul, branco, amarelo, mate, etc.
13. Dureza da máscara de solda: 6H.
14. Cor de Legenda/Serigrafia: branco, amarelo, preto, etc.
15. Tratamento da superfície: HAL, HAL Sem Chumbo, ouro de Imersão, OSP, Estanho de Imersão, Prata de Imersão, etc.
16. Outras tecnologias: Dedo Dourado, máscara destacável, vias não transversais, controlo característico de impedância, placa rígida, etc.
17. Ensaio de fiabilidade: teste da sonda voadora/teste de fixação, teste de impedância, teste de soldabilidade, teste de choque térmico, teste de resistência do orifício.
18. Inflamabilidade: 94V-0.
4.2 Acabamento da Superfície
Um acabamento de superfície de PCB é um revestimento entre um componente e uma placa de PCB nua. É aplicado por duas razões principais: não só assegurar a soldabilidade como também proteger os circuitos de cobre expostos.
Preferência de acabamentos de superfície padrão – Não compatíveis com RoHS ou RoHS.
1. HASL (Nivelamento de Solda De Ar Quente) – Contém chumbo não-RoHS, mais barato e bastante popular.
2. ENIG (Ouro de Imersão em Níquel Não Eletrolítico) – Acabamento mais popular e sem chumbo, mas caro
3. Prata de Imersão – Compatível com RoHS mas vai manchar como qualquer produto de prata
4. PSO – Conservante Orgânico de Soldabilidade
5. LF-HASL (Nivelamento de Solda de Ar Quente Sem Chumbo)
6. Estanho de imersão – O menos usado de todos os acabamentos
4.3 Máscara de solda
A Máscara de solda é a cobertura de tinta usada no acabamento de protótipos PCB. Qualquer cor pode ser usada, contudo, é melhor e mais profissional aderir às cores padrão. As mais populares são:
1. Verde
2. Azul
3. Preto
4. Vermelho
5. Branco
6. Amarelo
Em todas as cores mencionadas, a máscara pode ser Mate ou Gloss. O Mate é o menos disponível, uma vez que o Gloss é o mais amplamente utilizado. O processamento de Mate em cores específicas pode demorar não só devido à mudança de equipamento como também ao processamento de limpeza e aplicação.
4.4 Serigrafia
A serigrafia é a impressão feita para identificação do PCB. É usada ao lado dos componentes para identificar componentes, pontos de teste, números de peças de PCB e PCBA, símbolos de aviso, logótipos de empresas e também o nome dos fabricantes. Listam-se em seguida algumas das cores mais usadas:
1. Preto
2. Branco
3. Amarelo
Essas são as cores mais utilizadas; outras estão disponíveis, no entanto, tal como a MÁSCARA, as cores podem aumentar não só o tempo como também o custo do processo. Pergunte se tiver requisitos especiais para o seu produto.
Em seguida, vamos falar sobre como alterar o seu PCB para o modo PCBA.
Alteração de protótipos de PCB para PCBA
Então, o que é PCBA? PCBA, abreviatura em inglês para montagem de placa de circuito impresso, refere-se não só às combinações para fabricação de protótipos de PCB, fornecimento de componentes, como também à montagem de PCBs. Diretamente falando, PCBA é o PCB com os componentes já montados.
Portanto, tem sua a placa de circuito impresso disponível e pronta para ser preenchida com os componentes necessários. Pode ficar tentado a soldar você mesmo manualmente, o que pode ser uma boa opção, especialmente quando o número de placas é inferior a 5 ou no máximo 10 unidades, acima disso pode não ser uma boa ideia, recomendando-se a opção PCBA.
5.1 Tipos de Montagem de PCBA
Em seguida, abordamos os principais tipos de montagem de PCBA, só para exemplificar:
Esses são os tipos de montagem de PCBA comumente usados. SMD significa Dispositivos de Montagem de Superfície e THC significa Componentes de Inserção de Orifícios.
O PCBA ajuda engenheiros, desenvolvedores de produtos, hobistas e outros a preencher a placa com os componentes necessários numa empresa de fabricação. É geralmente mais rápido e mais barato se encomendado a granel. Começar com o PCBA também é algo relativamente simples, desde que possua os recursos necessários.
Da mesma forma, a WellPCB é capaz de lidar com todos os seus possíveis trabalhos de protótipos PCB, oferecendo também um serviço de PCBA auxiliar para ajudar a simplificar todo o processo de desenvolvimento da placa. Não acresce muito ao custo ter o PCB preenchido, a menos que inclua etapas adicionais no processo, como gravar um programa no MCU ou executar um teste a 100% nas placas acabadas.
Primeiramente, para começar com o PCBA, tem que ter todos os documentos necessários. Vai precisar não só dos ficheiros de desenho dos seus protótipos de PWB, como também das especificações do projeto se houver requisitos específicos para o seu trabalho, assim como de uma lista do material (BoM) para o número de componentes da sua placa que também pode ser gerada a partir do software que está a usar e da colocação das peças feita a partir do software utilizado.
Ao iniciar a montagem do seu PCB
Um ponto crucial é o fornecimento dos componentes para a placa. O proprietário da placa pode decidir por si sobre o fornecimento das peças e enviá-las para WELLPCB para montagem ou então deixar que a Wellpcb trate do fornecimento integral dos componentes, o que me parece melhor negócio. Certamente, também pode ser acordado um fornecimento parcial.
Vá a Montagem PCB na WellPCB aqui e preencha o formulário de pedido de cotação (RFQ). Introduza o máximo de detalhes possíveis e envie. A WellPCB entrará em contato se precisar de mais informações da sua parte e sobre como continuar a encomenda do processo de montagem.
O processo de Montagem de PCB WellPCB pode levar até cerca de 25 dias para a fabricação de grandes volumes, o que é notável em comparação com outros produtores de montagem de PCB. Em seguida, descrevem-se as capacidades de montagem de PCB da WellPCB:
Mais informações sobre a capacidade de montagem de PCB da WellPCB podem ser encontradas aqui.
Em seguida, resta-lhe sentar-se e esperar que o seu PCB esteja pronto e lhe seja enviado. Assim se conclui o final deste capítulo e no próximo capítulo iremos discutir como economizar dinheiro ao fazer PCB’s e PCBA’s.
Economizar Dinheiro na Fabricação de Protótipos de PCB e de PCBA
Portanto, parabéns, você tem agora tem os seus protótipos de hardware PCB, ou melhor ainda a sua placa de hardware, totalmente desenvolvidos. Para os novatos, esta terá sido uma boa experiência, uma vez que muito dinheiro deve ter sido gasto, o que podia ter sido evitado.
Parte do dinheiro gasto poderia ter sido evitado se não fosse a complexidade desnecessária e os erros no desenho do PCB e do circuito.
Em seguida, vou mostrar Não só algumas dicas úteis como também truques que podem ajudá-lo a poupar até milhões quando fabrica grandes volumes.
6.1 Mantenha um Tamanho Mínimo da Placa
Manter um tamanho mínimo da placa é um fator crucial para a economia de custos e também para manter o seu produto o mais portátil possível. Quanto maior for, maiores serão os custos. Se a placa for mais pequena, os custos serão menores.
No entanto, tornar a sua placa muito pequena, pode não poupar nos custos, uma vez que a sua montagem e preparação pode exigir equipamento especializado.
6.2 Utilizar Tanto Quanto Possível Componentes de Montagem à Superfície
Você pode ficar tentado a usar o pacote DIP (dual inline), comumente conhecido como Componentes de Inserção de Orifícios, por ser de fácil utilização, mas que pode não ser a melhor opção em termos de custos.
1. Usar componentes de montagem de superfície irá reduzir o número de furos que é necessário fazer na sua placa para os componentes de inserção de orifício.
2. O uso de componentes de montagem de superfície irá também reduzir o tamanho da placa.
3. A utilização de componentes de montagem de superfície fará não só com que a montagem da placa seja mais fácil como também que seja necessário menos equipamento.
6.3 Prepare o seu projeto para a penalização
Ao entrar na penalização de placas, você pode economizar imenso dinheiro. Concentrar todas as suas placas num painel significa que a máquina de escolha e colocação rápida pode posicionar todas as suas peças de uma só vez, sem exigir nenhum tempo de configuração adicional.
6.4 A serigrafia pode ajudar a reduzir os custos dos protótipos de PCB?
Solicitar a serigrafia de um lado vai diminuir os custos para metade. A colagem com cores padrão e geometrias maiores também será igualmente benéfico. Compreender estas restrições pode ajudá-lo a melhorar o preço dos protótipos PCB e a economizar.
6.5 Utilizar a Via Correta para o Trabalho
Existem três tipos de vias – através de buracos, vias cegas e vias enterradas. As duas últimas são utilizadas apenas para PCBs de alta densidade e frequência. Então, é simples, se o seu projeto não precisa destes tipos de vias, exclua-as, para evitar custos de fabricação extraordinários.
Assim se conclui o fim deste capítulo e também o fim deste guia. A utilização quer de materiais estandardizados quer de algumas das dicas acima mencionadas pode economizar de vários milhares a milhões de dólares, no caso de grandes volumes de fabricação.
Conclusão
Ao construir e lançar os seus produtos no mercado, outras coisas tem de ser consideradas.
1. Certificações – Todos os produtos baseados em wireless tem de passar por algum processo de certificação para ficarem isentos de perigos ou problemas e serem autorizados no mercado.
2. Invólucro – Dependendo do tipo de produto que está a construir você pode precisar de um invólucro à volta da sua placa lhe dar um ar artístico ou por outras razões.
3. Controlo de qualidade – O controlo de qualidade emite um relatório formal de inspeção para revisão e aprovação da remessa. Você deve esperar que cada remessa seja inspecionada e aprovada antes de ser liberada. Este protocolo cria um processo de ciclo fechado que se constrói em melhoria contínua para produção contínua e consecutiva.
Este guia deve dar-lhe vantagem suficiente no lançamento do seu próximo produto. Ter uma ideia quer do conceito quer da produção não é para os fracos de coração.
Você tem que ser capaz de suportar falhas, críticas, percalços e gerir todo o processo de fabricação pode ser muito desafiante, mas os fabricantes como a WellPCB estão no negócio para o ajudar a ter sucesso.