在制造可以輕松、廉價和快速制造的電氣平臺時適當考慮的指南。討論了從小規(guī)模到大規(guī)模生產(chǎn)的正確電路板設(shè)計、驗證、測試和技術(shù)支持的目的和方法。

如何制造可以輕松、廉價、快速制造的電氣平臺。

假設(shè)你有一個好主意。它涉及電子產(chǎn)品，它有效，并且會銷售。你有它，人們想買它。您創(chuàng)建了一個原理圖、幾個原型和投資回報的估計值。讓我們賺點錢，把這個東西交到人們的手中！

然而，在制造方面，你一無所有。

一個偉大的想法來自一個偉大的工程師——即使你有一個充實的概念——和能夠制造出一千或一百萬個產(chǎn)品之間存在著巨大的差距。使用軟件很容易，但使用硬件呢？這是一條漫長的道路，充滿了危險、文書工作和痛苦的設(shè)計修改，除非你第一次就做對了。正確規(guī)劃您的電子設(shè)計至關(guān)重要。在設(shè)計中適當考慮大規(guī)模生產(chǎn)更為關(guān)鍵。

您的前兩個決定是圍繞原型板或印刷電路板進行設(shè)計，以及使用通孔組件、表面貼裝器件 （SMD） 或兩者兼而有之。

典型的PCB

原型板通常對于小規(guī)模生產(chǎn)來說更便宜，因為它們不需要昂貴的專用設(shè)備，而 PCB 需要投資阻焊機、拾放機和回流焊爐，或第三方為您完成這一切。這大大增加了前期成本，因此表面貼裝板通常更昂貴，除非您將制造數(shù)以萬計的板。使用原型板的設(shè)計可以快速、廉價地使用您可以在當?shù)丶夹g(shù)商店買到的零件制成，并且不需要熟練使用電子設(shè)計自動化軟件（即電氣工程師的 CAD）;然而，對于大規(guī)模電路板生產(chǎn)來說，穩(wěn)健的PCB設(shè)計在成本要求方面更加靈活。

第一步通常是確定一種方法是否由于某些外部限制（例如您公司的常用方法）而不適用于您的設(shè)計。如果這兩種方法都可供您使用，則應(yīng)根據(jù)每種方法的成本估算做出明智的工程決策。然而，當它們同時使用這兩種方法時，一些設(shè)計是最便宜的：用于大型電阻器和電容器的通孔元件，以及用于集成電路和低功耗部件的表面貼裝元件。

通孔組件

現(xiàn)代電子產(chǎn)品的小型化很大程度上來自精心設(shè)計且極其專業(yè)化的“定制”印制板，而不是僅使用通孔部件的原型板。使用各種尺寸的表面貼裝器件，包括小至五分之一毫米寬的電阻器和在平方英寸內(nèi)具有 100 多個引腳的集成電路，可以使 PCB 變得非常緊湊。原型板的集成電路通常僅限于雙列直插式封裝（DIP-xx，就其引腳數(shù)而言），其引腳遠大于 PCB 上 IC 的可用引腳。這些 IC 封裝可以通過在封裝本身下方放置大量引腳，然后在 PCB 經(jīng)歷的專用回流焊過程中固定這些引腳，從而在給定的表面積內(nèi)具有更高濃度的引腳。除非大尺寸的通孔部件在散熱方面派上用場，否則通常最好使用 PCB 和 SMD 板進行大規(guī)模自動化生產(chǎn)。

典型的 SMD 板

在設(shè)計階段，基于PCB的設(shè)計有幾個方面需要特別注意。雖然原型板尺寸由供應(yīng)商預(yù)先確定，但設(shè)計人員可以自由選擇任何尺寸的走線（PCB 線）以及 PCB 上走線或組件之間的任何距離。由于在可能的布局范圍內(nèi)具有完全的靈活性，電路信號的特性和物理電路板結(jié)構(gòu)使得有必要謹慎設(shè)計和布置電路板。例如，對噪聲非常敏感的信號不應(yīng)靠近任何電源、大電流或磁性元件，并且兩條走線的距離是有限制的。組件焊盤的尺寸應(yīng)適當，以便正確的部件可以安裝在其上而不會懸垂到另一個焊盤上。要在電路板上鉆孔和將信號從一個平面?zhèn)魉偷搅硪粋€平面的電鍍通孔需要正確測量，并在最終確定之前具有與之相關(guān)的最大公差。太小的過孔可能無法接收到正確數(shù)量的鍍銅來傳導(dǎo)其信號，而最終太大的孔可能會夾住或破壞附近的焊盤。在創(chuàng)建印制板時考慮可能的制造錯誤也是確保您的布局符合規(guī)格的關(guān)鍵步驟。有大量的因素，包括電氣和機械因素，限制了電路板的物理布局，需要徹底了解哪些限制適用于您的設(shè)計。歸根結(jié)底，除了花時間布局電路板之外，不可能用任何東西來取代電路板布局過程的經(jīng)驗。

典型的電路板布局

在創(chuàng)建印制板本身后，下一步是應(yīng)用絲網(wǎng)印刷并添加組件。為了支持此制造步驟，您的電路板應(yīng)清楚地貼上標簽，以幫助裝配、修訂和零件編號以及零件輪廓。雖然制造商應(yīng)該有對電路板有技術(shù)知識的人，但將這些信息整合到電路板本身中可以很容易地防止許多常見問題。確保技術(shù)人員、裝配人員和其他任何可能看到或處理 PCB 的人都可以輕松找到產(chǎn)品是什么、處于哪個階段、應(yīng)該如何進行組裝以及零件是否已正確放置在電路板上。請記住，您為制造商提供的板文本有時是您與他們溝通的唯一形式，即使是輕微的錯誤也會使整個板或板板一文不值。

確保 PCB 的文本正確無誤對于項目的成功至關(guān)重要

但是，如果在將電路板運送到其應(yīng)用程序之前沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，則后果要嚴重得多。通常，最好的情況是您的公司讓客戶失望，并且必須支付可能數(shù)千美元的運費和零件成本，而最壞的情況是生命損失。高效而可靠地測試您的電路板，并制定一個計劃，無論是粗略的還是廣泛的，以驗證您的電路板是否已準備好用于其應(yīng)用，是整個工程設(shè)計過程中的關(guān)鍵步驟。

一種更直接的測試方法是在產(chǎn)品離開制造中心之前簡單地將其放入其應(yīng)用中。這適用于簡單的電子設(shè)備，如燈、電源和模擬設(shè)備，但不足以證明您的設(shè)計能夠承受重復(fù)使用、“時間考驗”或復(fù)雜的用戶界面。這種方法對于大量產(chǎn)品，或者當產(chǎn)品耗時或難以投入應(yīng)用時，也可能無效。常見的工業(yè)實踐是構(gòu)建測試夾具，這可能是他們自己的設(shè)計項目，可以很容易地提供一系列輸入，并向測試人員清楚地表明成功或失敗。考慮創(chuàng)建專用釘床設(shè)備的優(yōu)勢，該設(shè)備可以輕松同時測試PCB批次中的所有電路板。

針床測試

對于必須經(jīng)得起人機交互或在現(xiàn)場耐受數(shù)小時的產(chǎn)品，通常最好從每批產(chǎn)品中抽取一小部分樣品，并在較短的時間內(nèi)對其進行壓力測試，或者在產(chǎn)品上市銷售之前開始進行測試。許多先進的系統(tǒng)，如計算機、航空電子設(shè)備和移動設(shè)備，都過于靈活，無法在硬件級別測試所有可能的條件和輸入，需要更徹底的驗證。這些產(chǎn)品必須設(shè)計為能夠承受不同的輸入，并具有內(nèi)置的誤用安全系數(shù)，并且仍然必須在其應(yīng)用中進行徹底測試。

一旦設(shè)計完成，是時候開始試運行你的產(chǎn)品了，設(shè)計師的角色就會退縮，制造商的角色就會接管。工程師在繼續(xù)下一個項目的同時，仍然必須在項目從設(shè)計過渡到產(chǎn)品時提供支持。問問自己或他人，您能提供什么幫助。該過程的每個階段都會有問題。也許制造電路板的公司沒有能力為一組引腳鉆出您想要的尺寸的孔。組件供應(yīng)商在收到您的訂單之前就用完了您的電源設(shè)備。將組件放置在電路板上的公司似乎無法讓 R1、R3 和 D2 很好地焊接到焊盤上。不可預(yù)見的情況很難避免，但適當?shù)谋O(jiān)督可以簡化這一過程。

使用萬用表進行測試有助于解決問題

請記住始終定期驗證您的測試;來自人類的簡單檢查可以走很長的路。雇用一個有萬用表的人來檢查電路中兩點之間的連續(xù)性，即使他只接觸您產(chǎn)品的 1%，也是確保您不會接到客戶憤怒電話的簡單方法。訪問制造中心并測試您的測試夾具本身在幾個月后是否仍然工作可以防止數(shù)千美元的損失。制造團隊可能有能力也可能沒有能力在這些問題成為您的巨大痛苦之前發(fā)現(xiàn)或解決這些問題，并且當產(chǎn)品工作從您手中拿走并交給制造商時，您有責任成為一雙警惕的眼睛。