在設計用于原型的PCB時，缺乏信息會成為很大的問題。例如，不知道與合同制造商（CM）的設備功能相符的制造設計（DFM）規(guī)則和準則可能會導致來回無休止地實現可制造的設計并獲得準確的報價。相反，了解板的構造方式使你可以進行設計以簡化制造過程。讓我們看一下可用的PCB原型和制造工藝選項，以及如何設計以促進其成功執(zhí)行。

為什么PCB原型制作很重要？

首先清楚地定義電路板開發(fā)過程，就可以最好地理解PCB原型的本質。電路板通常是周期性的，并且包含許多迭代。每次迭代都包括設計，構建和測試階段，旨在提高設計質量。不斷修改電路板，直到糾正所有錯誤并獲得所需質量的技術稱為PCB原型設計。

制造在PCB原型制作中的作用

開發(fā)的構建階段是構建設計的物理體現的階段。在原型設計周期的每次迭代中，一個新的板被建立或制造，然后被測試。在原型設計期間，測試主要是為了驗證功能和操作。

如上所示，該制造過程將產生PCB或裸板，其中未連接任何元件。雖然，電子元件放置或覆蓋區(qū)的位置以及相應的焊盤被布置了。隨后，使用通孔焊接，表面貼裝技術（SMT）或兩者的組合將組件連接到板上，以生產最終的PCB組件（PCBA），準備進行測試。根據電路板的復雜程度和CM的制造情況，此過程可能需要數天甚至數周才能生成原型。

為了提高總體開發(fā)速度，出現了采用增材制造的快速成型技術。這些增材制造工藝可以在不到一天的時間內構建原型。而且，有許多可供選擇的PCB原型。

使用增材制造方法構建PCB原型

增材制造通常與3D打印互換使用，3D打印是一種通過連續(xù)添加材料層來制造對象的方法。這種方法為工程師和電路板設計師提供了在他們的辦公桌上制造單個或少量PCB原型的便利。讓我們看一下一些用于PCB原型制作和制造的增材制造技術。

顧名思義，熔融沉積建模（FDM）通過堆疊圖層并將它們融合在一起來創(chuàng)建對象。每層通常由可通過加熱和冷卻過程熔合的熱塑性塑料組成，例如以下所列：

FDM材料

l丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）

l聚對苯二甲酸乙二酯（PET）

l聚對苯二甲酸乙二醇酯（PETG）

l熱塑性聚氨酯（TPU）

通過將FDM與立體光刻（SLA），激光直接寫入（LDW）和其他工藝相結合以添加導電材料和嵌入式組件，可以創(chuàng)建PCB原型。

PCB原型構建的SLS技術

選擇性激光燒結（SLS）是動力床融合技術之一，它使用激光制造尼龍或聚酰胺零件。該過程從粉末狀物質開始，然后將其加熱以形成不同的形狀而不會液化。

全自動附加PCB原型制作

快速成型技術的優(yōu)點之一是使制造所需的設備或機械最少。通常，僅需要一臺機器（例如3D打印機），而不需要用于常規(guī)PCB制造的工具設備（例如車床或鉆頭）。表現出這種缺乏工具以及計算機模型和最終產品之間沒有人工干預的過程就是固態(tài)自由形式制造或SFF的示例。

除了上述討論的加成工藝外，還有用于PCB原型制造的加減法制造技術。

PCB制造的加減法制造工藝

與增材制造相反的是減法制造，其中通過從較大的固體中去除或切掉多余的物料來創(chuàng)建對象或產品。當同時需要這兩種技術時，該過程需減去加法，也可用于制造PCB原型

通過層壓物體制造構造PCB層

另一種快速成型技術是層壓制品制造（LOM）。LOM過程與上一節(jié)中討論的方法類似，因為對象構造包括添加連續(xù)圖層的自底向上過程。但是，通常是紙，塑料或什至是金屬的這些層通常被粘在一起，并且通過使用刀或激光工具切掉多余的材料來形成最終產品。

如何優(yōu)化PCB疊層和布局制作

盡管快速原型技術的使用正在擴展，但到目前為止，大多數PCB都是采用加減法工藝制造的。PCB疊層的示例如下所示，是通過添加連續(xù)的層并使用粘合劑固定它們來構建的，就像LOM一樣。

由于存在多個導體層。除非導體層是固體平面，否則必須將多余的銅蝕刻掉，以形成表面的走線路徑和組件焊盤。去除銅，再加上未填充的孔（例如通孔和安裝孔），是一種減法制造工藝。

其他PCB原型設計注意事項

在幾乎所有的情況下，制造產生一個PCB沒有組件。因此，完成原型需要裝配或裝配部件。正如前面所討論的，對于快速原型設計來說，嵌入組件存在一些問題。

另外，已經開發(fā)了一種新的增材制造制造技術，其中可以在制造期間嵌入某些類型的組件。盡管不廣泛，但該技術和其他技術正在逐漸普及。減法制造示例是flex（CIF）組件，該組件試圖通過將組件嵌入內部層來最大程度地利用內部板空間。

所有這些PCB原型制造方法的共同點是，它們要求您擁有適當的設計工具，以實現最佳的工藝簡化。

PCB原型設計和制造的設計工具

并非所有PCB設計軟件都具有促進增材制造工藝使用的功能。例如，這些方法要求您設計一個3D模型，如下所示，并以制造設備可以使用的格式將其導出。

與當代的PCBA原型制造工藝相反，在組裝過程中可以進行返工以糾正錯誤，而3D打印電子產品則不適合維修。因此，應在設計過程中糾正消除可能導致制造錯誤的潛在問題的能力。如果您具有以下設計工具，這將是最好的實現。

PCB原型制作設計工具：

設計中分析

設計時檢查并進行更正的能力是主要優(yōu)勢。與CM的規(guī)則和準則結合使用時，可以進行實時制造設計（DFM）驗證，從而可以加快設計速度并減少或消除制造延遲和后續(xù)的重新設計。

綜合約束管理

大多數PCB設計軟件包都包含一定程度的設計規(guī)則檢查（DRC）。但是，對于快速的PCB原型制作，規(guī)格和尺寸的準確性至關重要。并且，強大的約束管理是必要的。

設計可制造性

PCB原型制作過程的最終度量標準是它是否支持和輔助可制造性。這包括3D文件格式導出和設計簽核等功能，以與CM的規(guī)格進行比較。