Väljatöötatud vooluringiskeemi kohaselt saab simulatsiooni läbi viia ja trükkplaati kujundada Gerberi/puurfaili eksportimise teel. Olenemata konstruktsioonist peavad insenerid täpselt aru saama, kuidas vooluringid (ja elektroonikakomponendid) tuleks paigutada ja kuidas need töötavad. Elektroonikainseneride jaoks võib trükkplaatide kujundamiseks sobivate tarkvaratööriistade leidmine olla keeruline ülesanne. Tarkvaratööriistad, mis sobivad hästi ühe trükkplaadi projekti jaoks, ei pruugi sobida teiste jaoks. Insenerid soovivad plaadi kujundamise tööriistu, mis on intuitiivsed, sisaldavad kasulikke funktsioone, on piisavalt stabiilsed riski piiramiseks ja millel on võimas teek, mis muudab need sobivaks mitme projekti jaoks.

Riistvaraprobleem

Asjade interneti projektide puhul on integreerimine jõudluse ja töökindluse seisukohalt kriitilise tähtsusega ning juhtivate ja mittejuhtivate materjalide integreerimine trükkplaatidesse nõuab asjade interneti disaineritelt disaini erinevate elektriliste ja mehaaniliste aspektide vastastikmõju uurimist. Eelkõige komponentide suuruste jätkuva vähenemise tõttu muutub trükkplaatide elektriline kuumutamine üha olulisemaks. Samal ajal kasvavad funktsionaalsed nõuded. Disaini jõudluspõhise jõudluse saavutamiseks on süsteemi funktsionaalsuse ja töökindluse seisukohalt kriitilise tähtsusega temperatuurile reageerimine, elektriliste komponentide käitumine plaadil ja üldine soojusjuhtimine.

Kaitse tagamiseks tuleb trükkplaat isoleerida. Lühiseid hoitakse ära, kaitstes plaadile paigutatud vaskjälgi, mis moodustavad elektroonilise süsteemi. Võrreldes odavate alternatiividega, nagu näiteks sünteetilisest vaigust liimpaber (SRBP, FR-1, FR-2), on FR-4 oma füüsikaliste/mehaaniliste omaduste, eriti võime tõttu säilitada andmeid kõrgetel sagedustel, kõrge kuumakindluse ja vähem vett imava materjali tõttu sobivam alusmaterjal. FR-4-d kasutatakse laialdaselt tipptasemel hoonetes, samuti tööstus- ja sõjavarustuses. See ühildub ülikõrge isolatsiooniga (ülikõrge vaakum või UHV).

Siiski on FR-4-l trükkplaadi alusmaterjalina mitmeid piiranguid, mis tulenevad tootmisel kasutatavast keemilisest töötlemisest. Eelkõige on materjal altid sulustustele (mullidele) ja triipude (pikiimullidele) tekkele, samuti klaaskiu deformatsioonile. Need defektid võivad põhjustada ebaühtlast dielektrilist tugevust ja halvendada trükkplaadi juhtmestiku toimivust. Uus epoksüüdklaasmaterjal lahendab need probleemid.

Teiste levinud materjalide hulka kuuluvad polüimiid/klaaskiud (mis talub kõrgemaid temperatuure ja on kõvem) ja KAPTON (paindlik, kerge, sobib selliste rakenduste jaoks nagu ekraanid ja klaviatuurid). Dielektriliste materjalide (aluspindade) valimisel tuleb arvestada selliste teguritega nagu soojuspaisumiskoefitsient (CTE), klaasistumistemperatuur (Tg), soojusjuhtivus ja mehaaniline jäikus.

Sõjaväe/lennunduse trükkplaatide puhul on vaja erilisi projekteerimiskaalutlusi, mis põhinevad paigutusspetsifikatsioonidel ja 100% testimisdisaini (DFT) katvusel. Standard MIL-STD-883 kehtestab meetodid ja protseduurid sõjaliste ja kosmosesüsteemide jaoks sobivate mikroelektroonikaseadmete testimiseks, sealhulgas mehaanilised ja elektrilised testid, tootmis- ja koolitusprotseduurid ning muud juhtimismeetmed, et tagada kogu süsteemis ühtlane kvaliteedi ja töökindluse tase. Selliste seadmete mitmesugused rakendused.

Lisaks mitmesuguste standardite järgimisele peab autosüsteemide elektroonika disain järgima mitmeid reegleid, näiteks AEC-Q100 mehaaniliste ja elektrooniliste pakendite testi integraallülituste jaoks. Läbikosteefektid võivad häirida sõiduki ohutust. Nende mõjude minimeerimiseks peavad trükkplaatide disainerid määrama signaaliliini ja toiteliini vahelise kauguse. Projekteerimist ja standardiseerimist hõlbustavad tarkvaratööriistad, mis tõstavad automaatselt esile disaini aspekte, mis vajavad edasist muutmist, et vastata häirete piirangutele ja soojuse hajumise tingimustele, et vältida süsteemi töö mõjutamist.

Märkused:

Vooluringi enda tekitatud häired ei ohusta signaali kvaliteeti. Auto trükkplaati pommitatakse müraga, mis interakteerub kerega keerukatel viisidel, et tekitada vooluringis soovimatut voolu. Autode süütesüsteemide põhjustatud pingepiigid ja -kõikumised võivad viia komponendid nende töötlemistolerantside piiridest kaugemale.

Tarkvaraprobleem

Tänapäeva trükkplaatide paigutustööriistad peavad disainerite nõuete täitmiseks sisaldama mitut funktsionaalset kombinatsiooni. Õige paigutustööriista valimine peaks olema trükkplaatide disainimisel esimene kaalutlus ja seda ei tohiks kunagi tähelepanuta jätta. Tänapäeva trükkplaatide paigutustööriistade hulka kuuluvad Mentor Graphicsi, OrCAD Systemsi ja Altiumi tooted.

Altiumi disainer

Altium Designer on üks tänapäeva turul saadaolevatest tipptasemel trükkplaatide disaini pakettidest. Automaatse juhtmestiku funktsiooniga, liinipikkuse reguleerimise ja 3D-modelleerimise toega. Altium Designer sisaldab tööriistu kõigiks vooluringi disaini ülesanneteks, alates skeemide jäädvustamisest kuni HDL-i, aga ka vooluringi simulatsiooni, signaalianalüüsi, trükkplaatide disaini ja FPGA manussüsteemide arenduseni.

Mentor Graphicsi trükkplaatide paigutusplatvorm vastab tänapäeva süsteemidisainerite peamistele väljakutsetele: täpne, jõudlusele ja taaskasutusele orienteeritud pesastatud planeerimine; tõhus marsruutimine tihedates ja keerukates topoloogiates; ja elektromehaaniline optimeerimine. Platvormi põhifunktsioon ja tööstuse peamine uuendus on Sketch Router, mis annab disaineritele täieliku interaktiivse kontrolli automaatse/abistatava lahtikerimise protsessi üle, andes samaväärsed tulemused kui käsitsi lahtikerimine, kuid palju lühema ajaga.

OrCAD PCB redaktor

OrCAD PCB Editor on interaktiivne keskkond, mis on loodud plaatide disainimiseks mis tahes tehnilisel tasemel, alates lihtsast kuni keerukani. Tänu oma tõelisele skaleeritavusele Cadence Allegro PCB Designeri trükkplaatide lahendustega toetab OrCAD PCB Editor disainimeeskondade tehnilist arengut ja suudab hallata piiranguid (suur kiirus, signaali terviklikkus jne), säilitades samal ajal sama graafilise liidese ja failivormingu.

Gerberi fail

Tööstusstandardiks olev Gerberi failivorming on trükkplaatide tootmiseks mõeldud projekteerimisteabe edastamiseks kasutatav vorming. Gerber sarnaneb elektroonikas kasutatava PDF-failisüsteemiga; see on lihtsalt väike failivorming, mis on kirjutatud segatud masina juhtimiskeeles. Need failid genereerib kaitselüliti tarkvara ja saadetakse trükkplaatide tootjale CAM-tarkvarasse.

Elektroonikasüsteemide ohutu integreerimine sõidukitesse ja teistesse keerukatesse süsteemidesse esitab olulisi kaalutlusi nii riist- kui ka tarkvara osas. Inseneride eesmärk on minimeerida projekteerimisiteratsioonide arvu ja arendusaega, millel on töövooge rakendavatele disaineritele märkimisväärsed eelised.