Dari sirkuit prototipe di papan roti hingga mendesain sendiri printed circuit board (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. Desain PCB dilakukan dalam proses teknik listrik (EE). EE menciptakan “otak” tentang cara kerja perangkat. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Hal-hal yang perlu diketahui sebelum memulai desain PCB: 1. Ukuran PCB – ini tergantung pada ukuran produk Anda (atau ukuran casing). Dimensi produk ditentukan selama proses desain teknik elektronik. Anda dapat menonton video tentang itu di sini. 2. Lapisan PCB – Semakin banyak lapisan, semakin kompleks INDUSTRI PCB. (Catatan: Bahkan PCB satu lapis bisa menjadi PCB yang kompleks, tetapi di sini kita berbicara tentang kerumitan pembuatan PCB. Semakin banyak lapisan yang dimiliki PCB, semakin mahal biaya pembuatannya.)

Layer 2 biasanya digunakan untuk produk mainan sederhana

Produk terkait IoT biasanya memiliki 4 lapisan

Typically used for floors 6 to 8 of a smartphone or smartwatch.

3. Persyaratan pabrikan PCB Anda. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Informasi yang perlu Anda berikan kepada produsen PCB:

Number of layers (e.g. 2, 4, 6, etc.)

Bahan (FR-2 (kertas kapas fenolik), FR-3 (kertas kapas dan epoksi), FR-4 (serat kaca dan epoksi… Etc.)

Ketebalan (0.5 mm, 1.0 mm… Etc.)

Color (red, black, green… Etc.)

Perawatan permukaan (ENIG (perendaman nikel/emas kimia), DIG (perendaman emas langsung), OSP (pengawet solder organik, dll.)

Berat tembaga (1 ons (35 mikron), 2 ons (70 mikron), 0.5 ons (18 mikron)… Etc.)

File Gerber

Proses desain PCB:

Desain sirkuit

For this step, you need to create the schematic. Ini adalah dokumen, seperti cetak biru, yang menjelaskan bagaimana komponen berhubungan satu sama lain dan bekerja sama. Untuk membuat file skema, Anda memerlukan alat perangkat lunak. Kami menyukai Quadcept karena dioptimalkan untuk merancang PCB untuk manufaktur (misalnya, Anda dapat mengekspor Bill of Material (BoM) langsung dari alat) dan berbasis cloud, sehingga dapat dengan mudah digunakan di mana saja. (Mereka juga menawarkan alat versi komunitas gratis untuk produsen dan pelajar.)

Ada banyak pilihan lain yang bisa Anda pilih:

Altium

ExpressPCB

Perangkat frekuensi

KiCad

alegro irama

tikar

Desain dengan bantuan komputer

DipTrace

After you install the selected tools, you need to obtain the component specifications for each selected component. They can often be found on the supplier’s website. File model akan membantu Anda menggambar skema. Komponen ini tersedia di database saat Anda mengunggah model ke alat perangkat lunak. Kemudian, yang harus Anda lakukan adalah mengikuti manual data dan menghubungkan kabel ke setiap pin di komponen. (Catatan: detail proses desain akan tergantung pada perangkat lunak yang dipilih).

Setiap simbol skema harus memiliki area ruang PCB terkait untuk menentukan dimensi fisik komponen dan lokasi lubang tembus pada bantalan brazing atau PCB. Anda seharusnya telah memilih komponen (atau sekarang sedang memilihnya), dan kami menjelaskan proses ini dalam video Proses Desain EE (lihat video).

Contoh diagram

A good schematic is really important, as it will be used as a reference document during debugging and is a good communication tool with other engineers. Selain itu, pabrikan dapat menguji perangkat melalui titik uji pada dokumen ini.

Tata letak PCB + file Gerber

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Tidak seperti skema, tata letak PCB menetapkan komponen aktual ke lokasi yang tepat pada PCB dan menunjukkan trek yang menghubungkan setiap komponen bersama-sama di antara lapisan PCB. Seperti disebutkan di awal artikel ini, semakin banyak lapisan, semakin kompleks pembuatan yang dibutuhkan, dan semakin tinggi biayanya.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). Kemudian, pastikan untuk mengelompokkan komponen dari setiap bagian ke dalam area yang sama. Dengan cara ini, Anda dapat menjaga agar jejak konduktif tetap pendek dan mengurangi kebisingan dan interferensi.

Antarmuka pengguna (UI) juga perlu diingat saat mendesain PCB. Komponen seperti jack audio, konektor, led, dll. perlu disesuaikan untuk mencapai pengalaman pengguna terbaik.

Setelah tata letak dirancang, file Gerber dibuat. Pabrikan PCBA Anda akan menggunakan file ini. Ada banyak perusahaan yang menawarkan layanan ini, dan dari perpustakaan ahli HWTrek kami merekomendasikan Kingbrother, NexPCB, dan HQPCB.

Sample Gerber files

Penempatan komponen pada PCB sangatlah penting. Beberapa komponen dapat saling mengganggu dan menyebabkan perilaku yang tidak terduga. Misalnya, jika Anda memiliki modul Bluetooth dan Wi-Fi, keduanya memiliki bandwidth 2.4 GHz yang sama dan dapat saling mengganggu jika salah penempatan.

produksi PCB

Saat Anda mengirim file Gerber ke produsen PCB, mereka dapat mencetak papan tersebut. Ini akan menjadi dasar untuk lebih membangun fondasi untuk menambahkan komponen ke PCB dan membuat PCBA (rakitan papan sirkuit tercetak).

PCB yang belum dirakit

PCBA (Perakitan)

Persiapan material

Pada titik ini dalam desain EE Anda, Anda seharusnya telah memilih komponen. Anda dapat meminta produsen PCBA untuk memesan komponen yang diperlukan untuk Anda, atau melakukannya sendiri jika Anda memilih pemasok. Hal-hal yang perlu diperhatikan:

Lead time: Karena komponen ini berasal dari pemasok yang berbeda, ingatlah lead time. Untuk beberapa komponen, diperlukan waktu hingga 8-16 minggu.

Pengemasan: Pesan komponen dari gulungan yang diambil secara otomatis oleh mesin SMT alih-alih mengemasnya satu per satu.

Kuantitas pesanan minimum: Periksa jumlah pesanan minimum komponen. Jika Anda membeli kurang dari minimum, pastikan komponen yang dipilih tersedia. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Untuk jumlah lebih banyak, silakan minta saran dari pabrikan Anda.

Rugi: Pesan 10% lebih banyak untuk menutupi kerugian (bukan untuk komponen mahal)

Pasang komponen pada PCB

Ada dua cara utama untuk menempatkan komponen pada permukaan PCB:

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Ini juga biasa dikenal sebagai proses pengemasan DIP atau dual in-line. (Lihat SMT yang sedang berlangsung di video ini)

SMT (surface mount technology) adalah metode yang paling banyak digunakan dalam produksi massal. Hal ini dilakukan oleh mesin SMT yang cepat dan akurat yang menghemat waktu, uang, dan menghindari kesalahan manusia.

Hal yang perlu diingat:

Nomor jenis komponen Anda tidak boleh melebihi jumlah gulungan yang dapat didukung oleh mesin SMT pabrikan.

Optimalkan dan konsolidasikan komponen Anda sehingga hanya satu SMT yang berjalan.

Periksa ukuran bantalan tapak yang didukung pabrikan. Jika tidak, mesin SMT tidak akan memasang komponen dengan benar.

Beberapa komponen yang lebih besar tidak dapat dipasang oleh mesin dan masih memerlukan pekerjaan manual melalui lubang. Oleh karena itu, kedua teknologi dapat digunakan pada papan yang sama.

Setiap komponen yang perlu Anda tambahkan secara manual melalui metode lubang-lubang menambah biaya produksi.

Reflow solder

Reflow soldering adalah proses membuat komponen “menempel” pada PCB. PCBA memanaskan papan sirkuit melalui tungku reflow atau lampu inframerah sampai solder meleleh, sehingga secara permanen memasang komponen ke papan sirkuit.

Bagian tersulit di sini adalah tidak terlalu panas atau merusak komponen, karena karakteristik termal dari setiap paket berbeda. Produsen PCBA yang andal akan bertanggung jawab atas proses ini, dan yang perlu Anda lakukan hanyalah memberikan spesifikasi komponen kepada mereka.

Proses refluks.

Metode pengelasan lainnya:

Penyolderan gelombang terutama digunakan untuk komponen yang ditambahkan secara manual dengan metode lubang tembus. Dalam hal ini, PCBA Anda pertama-tama akan melalui tungku las reflow, dan kemudian secara manual menambahkan komponen lain setelah melewati mesin solder gelombang.

Pengelasan besi dapat digunakan untuk situasi tertentu, tetapi tidak untuk produksi massal.

Pengujian dan pemeriksaan kualitas

Pada langkah ini, sampel PCBA diuji untuk memastikan kualitasnya. Kesalahan yang umum terjadi adalah: korsleting pada komponen yang terputus, komponen yang tidak sejajar dan bagian rangkaian yang tidak boleh disambungkan. Tes yang paling umum:

TIK (pengujian online). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. Mesin TIK akan menggunakan titik uji ini untuk pengujian hubung singkat/terbuka dan memeriksa apakah nilai komponen pasif (resistor, induktor, kapasitor) berada dalam kisaran spesifikasi.

AOI (Pemeriksaan optik otomatis). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Untuk pengujian ini, pembuat perangkat keras perlu memberikan spesifikasi dan toleransi kepada pabrikan untuk mengatur parameter.

sinar X. Pabrikan PCBA akan menggunakan sinar-X untuk memeriksa kondisi pengelasan komponen BGA (ball Grid Array). Tonton tes X-ray di video ini.