Pada awal desain baru, sebagian besar waktu dihabiskan untuk desain sirkuit dan pemilihan komponen, dan PCB tata letak dan tahap pengkabelan sering kali tidak dipertimbangkan secara komprehensif karena kurangnya pengalaman. Kegagalan untuk mencurahkan waktu dan upaya yang cukup untuk tata letak PCB dan fase perutean desain dapat mengakibatkan masalah pada tahap pembuatan atau cacat fungsional ketika desain dialihkan dari domain digital ke realitas fisik. Lantas apa kunci mendesain papan sirkuit yang otentik baik di atas kertas maupun dalam bentuk fisik? Mari kita jelajahi lima pedoman desain PCB teratas yang perlu diketahui saat merancang PCB yang dapat diproduksi dan berfungsi.

1 – Sempurnakan tata letak komponen Anda

Fase penempatan komponen dari proses tata letak PCB adalah ilmu dan seni, yang memerlukan pertimbangan strategis dari komponen utama yang tersedia di papan. Meskipun proses ini dapat menantang, cara Anda menempatkan elektronik akan menentukan seberapa mudah pembuatan papan Anda dan seberapa baik memenuhi persyaratan desain asli Anda.

Meskipun ada urutan umum umum untuk penempatan komponen, seperti penempatan konektor secara berurutan, komponen pemasangan PCB, sirkuit daya, sirkuit presisi, sirkuit kritis, dll., ada juga beberapa panduan khusus yang perlu diingat, termasuk:

Orientasi – Memastikan bahwa komponen serupa diposisikan dalam arah yang sama akan membantu mencapai proses pengelasan yang efisien dan bebas kesalahan.

Penempatan – Hindari menempatkan komponen yang lebih kecil di belakang komponen yang lebih besar yang mungkin terpengaruh oleh penyolderan komponen yang lebih besar.

Organisasi – Disarankan agar semua komponen pemasangan permukaan (SMT) ditempatkan pada sisi papan yang sama dan semua komponen lubang tembus (TH) ditempatkan di atas papan untuk meminimalkan langkah perakitan.

Satu pedoman desain PCB terakhir – saat menggunakan komponen teknologi campuran (komponen melalui lubang dan pemasangan di permukaan), pabrikan mungkin memerlukan proses tambahan untuk merakit papan, yang akan menambah biaya keseluruhan Anda.

Orientasi komponen chip yang baik (kiri) dan orientasi komponen chip yang buruk (kanan)

Penempatan komponen yang baik (kiri) dan penempatan komponen yang buruk (kanan)

No. 2 – Penempatan kabel listrik, arde, dan sinyal yang tepat

Setelah menempatkan komponen, Anda kemudian dapat menempatkan catu daya, ground, dan kabel sinyal untuk memastikan bahwa sinyal Anda memiliki jalur yang bersih dan bebas masalah. Pada tahap proses tata letak ini, ingatlah pedoman berikut:

Temukan catu daya dan lapisan bidang pentanahan

Itu selalu direkomendasikan bahwa catu daya dan lapisan ground plane ditempatkan di dalam papan sambil simetris dan terpusat. Ini membantu mencegah papan sirkuit Anda tertekuk, yang juga penting jika komponen Anda diposisikan dengan benar. Untuk memberi daya pada IC, disarankan untuk menggunakan saluran umum untuk setiap catu daya, memastikan lebar kabel yang kokoh dan stabil, dan menghindari sambungan daya rantai Daisy dari perangkat ke perangkat.

Kabel sinyal terhubung melalui kabel

Selanjutnya, sambungkan jalur sinyal sesuai dengan desain pada diagram skematik. Disarankan untuk selalu mengambil jalur terpendek dan jalur langsung antar komponen. Jika komponen Anda perlu diposisikan secara horizontal tanpa bias, pada dasarnya Anda disarankan untuk menyambungkan komponen papan secara horizontal di tempat mereka keluar dari kabel dan kemudian menyambungkannya secara vertikal setelah keluar dari kabel. Ini akan menahan komponen dalam posisi horizontal saat solder bermigrasi selama pengelasan. Seperti yang ditunjukkan di bagian atas gambar di bawah ini. Kabel sinyal yang ditunjukkan di bagian bawah gambar dapat menyebabkan defleksi komponen saat solder mengalir selama pengelasan.

Kabel yang direkomendasikan (panah menunjukkan arah aliran solder)

Kabel yang tidak direkomendasikan (panah menunjukkan arah aliran solder)

Tentukan lebar jaringan

Desain Anda mungkin memerlukan jaringan berbeda yang akan membawa berbagai arus, yang akan menentukan lebar jaringan yang diperlukan. Mempertimbangkan persyaratan dasar ini, disarankan untuk menyediakan lebar 0.010” (10mil) untuk sinyal analog dan digital arus rendah. Ketika arus saluran Anda melebihi 0.3 ampere, itu harus diperlebar. Berikut adalah kalkulator lebar garis gratis untuk mempermudah proses konversi.

Nomor tiga. – Karantina yang efektif

Anda mungkin pernah mengalami bagaimana lonjakan tegangan dan arus yang besar pada rangkaian catu daya dapat mengganggu rangkaian kontrol arus tegangan rendah Anda. Untuk meminimalkan masalah interferensi tersebut, ikuti panduan berikut:

Isolasi – Pastikan setiap sumber daya terpisah dari sumber daya dan sumber kontrol. Jika Anda harus menghubungkannya bersama-sama di PCB, pastikan itu sedekat mungkin dengan ujung jalur daya.

Layout – Jika Anda telah menempatkan ground plane di lapisan tengah, pastikan untuk menempatkan jalur impedansi kecil untuk mengurangi risiko gangguan sirkuit daya dan membantu melindungi sinyal kontrol Anda. Panduan yang sama dapat diikuti untuk memisahkan digital dan analog Anda.

Kopling – Untuk mengurangi kopling kapasitif karena menempatkan bidang arde yang besar dan kabel di atas dan di bawahnya, cobalah menyilangkan arde hanya melalui jalur sinyal analog.

Contoh isolasi komponen (digital dan analog)

No.4 – Selesaikan masalah panas

Pernahkah Anda mengalami penurunan kinerja sirkuit atau bahkan kerusakan papan sirkuit karena masalah panas? Karena tidak ada pertimbangan pembuangan panas, ada banyak masalah yang mengganggu banyak desainer. Berikut adalah beberapa panduan yang perlu diingat untuk membantu memecahkan masalah pembuangan panas:

Identifikasi komponen yang bermasalah

Langkah pertama adalah mulai memikirkan komponen mana yang paling banyak mengeluarkan panas dari papan. Ini dapat dilakukan dengan terlebih dahulu menemukan tingkat “tahanan panas” di lembar data komponen dan kemudian mengikuti panduan yang disarankan untuk mentransfer panas yang dihasilkan. Tentu saja, Anda dapat menambahkan radiator dan kipas pendingin untuk menjaga komponen tetap dingin, dan ingat untuk menjauhkan komponen penting dari sumber panas tinggi.

Tambahkan bantalan udara panas

Penambahan bantalan udara panas sangat berguna untuk papan sirkuit fabrikasi, mereka sangat penting untuk komponen kandungan tembaga tinggi dan aplikasi penyolderan gelombang pada papan sirkuit multilayer. Karena sulitnya menjaga suhu proses, selalu disarankan untuk menggunakan bantalan udara panas pada komponen lubang tembus untuk membuat proses pengelasan sesederhana mungkin dengan memperlambat laju pembuangan panas pada pin komponen.

Sebagai aturan umum, selalu hubungkan lubang tembus atau lubang tembus yang terhubung ke tanah atau bidang daya menggunakan bantalan udara panas. Selain bantalan udara panas, Anda juga dapat menambahkan tetesan air mata di lokasi jalur sambungan bantalan untuk memberikan dukungan foil tembaga/logam tambahan. Ini akan membantu mengurangi tekanan mekanis dan termal.

Koneksi bantalan udara panas yang khas

Ilmu bantalan udara panas:

Banyak insinyur yang bertanggung jawab atas Proses atau SMT di pabrik sering mengalami energi listrik spontan, seperti cacat papan listrik seperti kosong spontan, de-wetting, atau cold wetting. Tidak peduli bagaimana mengubah kondisi proses atau reflow suhu tungku las bagaimana menyesuaikan, ada proporsi tertentu dari timah tidak bisa dilas. Apa yang sebenarnya terjadi disini?

Cukup terlepas dari masalah oksidasi komponen dan papan sirkuit, selidiki kembalinya setelah bagian yang sangat besar dari pengelasan yang ada sebenarnya berasal dari desain pengkabelan (layout) papan sirkuit yang hilang, dan salah satu yang paling umum adalah pada komponen-komponen sebuah kaki las tertentu terhubung ke lembaran tembaga dari area yang luas, komponen ini setelah reflow solder las kaki las, Beberapa komponen yang dilas dengan tangan juga dapat menyebabkan masalah pengelasan atau kelongsong palsu karena situasi yang sama, dan beberapa bahkan gagal mengelas komponen karena pemanasan yang terlalu lama.

PCB umum dalam desain sirkuit sering perlu meletakkan area yang luas dari foil tembaga sebagai catu daya (Vcc, Vdd atau Vss) dan Ground (GND, Ground). Area besar foil tembaga ini biasanya terhubung langsung ke beberapa sirkuit kontrol (ICS) dan pin komponen elektronik.

Sayangnya, jika kita ingin memanaskan lembaran tembaga yang luas ini ke suhu timah yang meleleh, biasanya dibutuhkan lebih banyak waktu daripada masing-masing bantalan (pemanasan lebih lambat), dan pembuangan panas lebih cepat. Ketika salah satu ujung kabel foil tembaga besar terhubung ke komponen kecil seperti resistansi kecil dan kapasitansi kecil, dan ujung lainnya tidak, mudah untuk mengelas masalah karena ketidakkonsistenan waktu peleburan timah dan pemadatan; Jika kurva suhu pengelasan reflow tidak diatur dengan baik, dan waktu pemanasan awal tidak mencukupi, kaki solder komponen ini yang terhubung dengan foil tembaga besar mudah menyebabkan masalah pengelasan virtual karena tidak dapat mencapai suhu timah leleh.

Selama Solder Tangan, sambungan solder komponen yang terhubung ke foil tembaga besar akan menghilang terlalu cepat untuk diselesaikan dalam waktu yang diperlukan. Cacat yang paling umum adalah penyolderan dan penyolderan virtual, di mana solder hanya dilas ke pin komponen dan tidak terhubung ke bantalan papan sirkuit. Dari tampilannya, seluruh sambungan solder akan membentuk bola; Terlebih lagi, operator untuk mengelas kaki las pada papan sirkuit dan terus-menerus meningkatkan suhu besi solder, atau pemanasan terlalu lama, sehingga komponen melebihi suhu tahan panas dan kerusakan tanpa menyadarinya. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Karena kita tahu titik masalahnya, kita bisa menyelesaikan masalah. Umumnya, kami memerlukan apa yang disebut desain bantalan Thermal Relief untuk memecahkan masalah pengelasan yang disebabkan oleh kaki pengelasan elemen penghubung foil tembaga besar. Seperti terlihat pada gambar di bawah ini, wiring di sebelah kiri tidak menggunakan hot air pad, sedangkan wiring di sebelah kanan sudah mengadopsi sambungan hot air pad. Dapat dilihat bahwa hanya ada beberapa garis kecil di bidang kontak antara bantalan dan foil tembaga besar, yang dapat sangat membatasi hilangnya suhu pada bantalan dan mencapai efek pengelasan yang lebih baik.

No. 5 – Periksa pekerjaan Anda

Sangat mudah untuk merasa kewalahan di akhir proyek desain saat Anda mengoceh dan mengepulkan semua bagian bersama-sama. Oleh karena itu, memeriksa upaya desain Anda dua kali dan tiga kali lipat pada tahap ini dapat berarti perbedaan antara keberhasilan dan kegagalan manufaktur.

Untuk membantu menyelesaikan proses kontrol kualitas, kami selalu menyarankan Anda memulai dengan pemeriksaan Aturan kelistrikan (ERC) dan pemeriksaan Aturan desain (DRC) untuk memverifikasi bahwa desain Anda sepenuhnya memenuhi semua aturan dan batasan. Dengan kedua sistem, Anda dapat dengan mudah memeriksa lebar jarak bebas, lebar saluran, Pengaturan manufaktur umum, persyaratan kecepatan tinggi, dan korsleting.

Ketika ERC dan DRC Anda menghasilkan hasil yang bebas kesalahan, Anda disarankan untuk memeriksa pengkabelan setiap sinyal, dari skema ke PCB, satu jalur sinyal pada satu waktu untuk memastikan bahwa Anda tidak melewatkan informasi apa pun. Juga, gunakan kemampuan probing dan masking alat desain Anda untuk memastikan bahwa materi tata letak PCB Anda cocok dengan skema Anda.