Piirilevysuunnittelu

Piirilevyjen suunnittelu

Piirilevyt erilaisiin tarpeisiin.

Piirilevyjen suunnittelu

Suunnittelemme piirilevyjä erilaisiin käyttötarkoituksiin, yksikerroslevyistä monikerroksellisiin. Levyt voidaan suunnitella kiinteälle (rigid) tai joustavalle (flex) -piirilevylle. Alla muutamia oleellisia asioita, joita kannattaa huomioida piirilevyjä suunniteltaessa:

  • Sähköturvallisuus
  • EMC
  • ESD
  • Yhteistyö mekaniikkasuunnittelijan ja muotoilijan kanssa
  • Lämpötilahallinta
  • Mekaaninen kestävyys
  • Valmistettavuus
  • Kustannusten optimointi

Rigid-piirilevy

Flex-piirilevy taipuu ja soveltuu erityisesti tiloihin, joissa tarvitaan joustavuutta tai pieniä asennustiloja — esimerkiksi kompaktien laitteiden sisällä tai liikkuvien osien yhteydessä.

Flex-piirilevy

Suunnitteluprosessi vaatimuksista valmiiseen levyyn

Kun tuotteen vaatimusmäärittely on valmis, lähdetään miettimään, miten levylle asetetut vaatimukset toteutetaan teknisesti. Prosessi etenee tyypillisesti seuraavasti:

  1. Tekninen toteutustapa. Vaatimusten pohjalta mietitään, millä tekniikalla ja rakenteella ne saavutetaan parhaiten.
  2. Komponenttivalinnat ja mitoitukset. Valitaan piirilevyn kannalta keskeiset komponentit ja mitoitetaan kytkennät niiden mukaan.
  3. Tilavaraus ja levytyyppi. Selvitetään, mihin fyysiseen tilaan levyn tulee mahtua, ja valitaan sopiva levytyyppi käyttötarkoituksen mukaan – esimerkiksi yksi- tai monikerroslevy, rigid tai flex.
  4. Mikrokontrollerin tarve. Arvioidaan, tarvitaanko sovellukseen mikrokontrolleri, ja jos tarvitaan, suunnittelu laajenee kattamaan sulautetun järjestelmän kokonaisuuden.
  5. Komponenttien saatavuuden varmistus. Tarkistetaan valittujen komponenttien tarkka saatavuus, ja kriittisille osille mietitään korvaavat vaihtoehdot saatavuusriskien varalta.
  6. Layout-suunnittelu. Piirilevyn layout suunnitellaan huomioiden sähköiset vaatimukset sekä EMC-, ESD- ja turvallisuusnäkökulmat.
  7. Kytkennän simulointi. Tarvittaessa kytkentä simuloidaan SPICE-ohjelmistolla ennen levyn valmistukseen viemistä, jotta toiminta voidaan varmistaa etukäteen.
  8. Riippumaton katselmointi. Kun levy on valmis, se katselmoidaan yhdessä henkilön kanssa, joka ei ole itse osallistunut levyn suunnitteluun. Tämä paljastaa herkemmin virheet ja sokeat pisteet.
  9. Hyväksyntä ja prototyypit. Levy hyväksytään katselmoinnin jälkeen, ja siitä valmistetaan yleensä muutama prototyyppi, joilla toiminta varmistetaan käytännössä ennen sarjatuotantoa.

Tuotantodokumentaatio ja -tiedostot

Piirilevyjen suunnittelun tuloksena syntyy osalista (BOM), piirilevyn valmistustiedostot esimerkiksi Gerber-muodossa ja komponenttien ladontaa varten komponenttien sijoittelutiedostot.

Suunnitteluohjelmistot

Käytössä meillä mm. seuraavat suunnitteluohjelmistot:

  • Altium
  • Kicad
  • Fusion 360
  • Proteus

Monikerroksinen piirilevy PCB-suunnittelu

Kysymyksiä ja vastauksia

Rigid-piirilevy on jäykkä ja perinteinen ratkaisu, kun taas flex-piirilevy taipuu ja soveltuu tiloihin, joissa tarvitaan joustavuutta tai pieniä asennustiloja.

Suunnittelija sokeutuu helposti omalle työlleen. Riippumaton katselmoija huomaa todennäköisemmin virheet ja puutteet ennen kuin levy menee valmistukseen.

SPICE-simuloinnilla voidaan varmistaa kytkennän toiminta etukäteen ja välttää kalliit virheet, jotka muuten huomattaisiin vasta valmiissa piirilevyssä.

Suunnittelun tuloksena syntyy osalista (BOM), valmistustiedostot Gerber-muodossa sekä komponenttien sijoittelutiedostot ladontaa varten.

Käytämme muun muassa Altiumia, KiCadia, Fusion 360:a ja Proteusta tarpeen mukaan.