Panduan Desain Papan Sirkuit Cetak

Papan sirkuit tercetak, juga dikenal sebagai PCB, membentuk inti dari setiap bagian elektronik saat ini. Komponen hijau kecil ini sangat penting untuk peralatan sehari-hari dan mesin industri. Desain dan tata letak PCB merupakan komponen penting dari fungsi produk apa pun - inilah yang menentukan keberhasilan atau kegagalan suatu peralatan. Dengan evolusi teknologi yang konstan, desain ini terus berkembang. Saat ini, kompleksitas dan ekspektasi dari desain ini telah mencapai ketinggian baru, berkat inovasi para insinyur listrik.

Kemajuan terbaru dalam sistem dan teknologi desain PCB memiliki efek luas di seluruh industri. Akibatnya, aturan desain PCB dan proses produksi telah berkembang untuk mencapai tata letak dan kemampuan baru. Saat ini, track yang lebih kecil dan papan multilayer adalah hal biasa di PCB yang diproduksi secara massal - desain seperti itu tidak akan pernah terdengar bertahun-tahun yang lalu. Perangkat lunak desain PCB juga telah membantu perkembangan ini. Program ini menyediakan alat yang dapat digunakan insinyur elektronik untuk merancang PCB yang lebih baik dari awal.

Bahkan dengan kemampuan yang ditingkatkan ini, tata letak papan PCB sulit untuk dirancang. Bahkan insinyur elektronik yang paling berpengalaman pun mungkin kesulitan membuat sirkuit pada PCB atau cara mendesain papan PCB sesuai dengan praktik terbaik di industri. Yang lebih sulit lagi adalah membuat papan kualitas untuk memenuhi kebutuhan pelanggan. Dengan desain pelanggan, menyeimbangkan fungsionalitas PCB dengan praktik desain terbaik adalah proses yang terlibat. Inilah mengapa kami menguraikan proses mendesain PCB, termasuk beberapa aturan desain PCB yang penting.

Menentukan Kebutuhan

Yang pertama dari langkah desain PCB utama adalah kebutuhan. Untuk sebagian besar insinyur elektronik, persyaratan ini ditentukan oleh pelanggan, yang akan mencantumkan semua persyaratan yang harus dipenuhi oleh PCB. Insinyur elektronik kemudian harus mengubah kebutuhan yang terdaftar oleh klien ke dalam bentuk elektronik. Pada dasarnya, ini berarti menerjemahkannya ke dalam bahasa logika elektronik, yang akan digunakan oleh insinyur saat mendesain PCB.

Kebutuhan proyek menentukan beberapa aspek desain PCB. Ini mencakup semuanya, mulai dari bahan hingga tampilan akhir dari PCB itu sendiri. Penerapan PCB, seperti medis atau otomotif, akan sering menentukan bahan dalam PCB. Misalnya, banyak PCB medis untuk implan elektronik dibuat dengan basis fleksibel. Ini memungkinkan mereka untuk menyesuaikan diri di ruang kecil sambil juga menahan lingkungan organik internal. Tampilan akhir PCB sebagian besar ditentukan oleh sirkuit dan fungsinya - misalnya, banyak PCB yang lebih kompleks dibuat dengan banyak lapisan.

Insinyur elektronik akan menentukan dan membuat daftar kebutuhan ini, kemudian menggunakan daftar persyaratan ini untuk merancang skema awal PCB, serta BOM.

Skematis

Desain skema pada dasarnya adalah pabrik cetak biru dan insinyur lain yang digunakan selama proses pengembangan dan produksi. Skema menentukan fungsi PCB, karakteristik desain dan penempatan komponen. Perangkat keras PCB juga tercantum dalam skema ini. Peralatan ini mencakup bahan PCB, komponen yang terlibat dalam desain, dan bahan lain yang dibutuhkan pabrikan selama proses produksi.

Semua informasi ini terkandung dalam skema selama tahap desain awal. Setelah menyelesaikan skema pertama, perancang melakukan analisis awal, memeriksa potensi masalah dan mengeditnya seperlunya. Skema kemudian diunggah ke alat khusus untuk digunakan dalam perangkat lunak desain PCB, yang dapat menjalankan simulasi untuk memastikan fungsionalitas. Simulasi ini memungkinkan para insinyur untuk menangkap kesalahan desain yang mungkin mereka lewatkan selama pemeriksaan skema awal. Setelah itu, desain sirkuit elektronik dapat diubah menjadi "netlist", yang berisi informasi tentang interkonektivitas komponen.

Saat mempertimbangkan desain skema mereka, insinyur elektronik harus mengingat beberapa dasar desain papan sirkuit penting sejak awal. Beberapa pertimbangan ini untuk diterapkan selama tahap pengembangan skematik meliputi:

• 
  


• • Memilih Ukuran Panel PCB yang Sesuai:Memilih ukuran papan yang paling kompatibel dengan peralatan yang akan digunakan adalah praktik dasar, namun sering terlupakan. Dengan cara ini, ruang ekstra tidak terbuang percuma, jejak dijaga seminimal mungkin, dan biaya material keseluruhan tetap rendah. Namun, penting untuk memastikan bahwa spesifikasi desain dioptimalkan untuk produksi massal. Terlalu kecil dengan desain papan mungkin tidak layak untuk pengaturan produksi massal yang menghasilkan cukup variasi antar bagian untuk mengganggu desain yang lebih kecil.
• • Pilih Kotak yang Benar:Jarak kotak selalu diatur dan diterapkan agar sesuai dengan sebagian besar komponen. Berpegang teguh pada kisi-kisi ini adalah salah satu hal paling bermanfaat yang dapat dilakukan seorang insinyur untuk menghindari masalah jarak, jadi memilih yang terbaik untuk pekerjaan itu sangat penting. Jika beberapa bagian tidak bekerja dengan baik dengan kisi-kisi, perancang harus mencoba mencari alternatif, atau, lebih baik lagi, menggunakan produk yang dirancang sendiri.
• • Menerapkan DRC Sebisa Mungkin:Banyak perusahaan perakitan PCB membuat kesalahan dengan menjalankan perangkat lunak design rule check (DRC) hanya di akhir proses desain. Ini memungkinkan kesalahan kecil dan pilihan desain yang dipertanyakan menumpuk, menghasilkan lebih banyak pekerjaan perbaikan di akhir proses desain. Sebaliknya, desainer harus memeriksa pekerjaan mereka dengan DRC sesering mungkin. Hal ini memungkinkan mereka untuk mengatasi masalah yang diidentifikasi oleh DRC secepat mungkin dan meminimalkan jumlah perubahan besar pada akhir proses desain. Ini akhirnya menghemat waktu dan memperlancar proses pengeditan, sehingga tidak terlalu berat.

Bill of Material

Sementara skema sedang dihasilkan, insinyur elektronik juga mengembangkan Bill of Materials, atau BOM yang bagus. Ini adalah daftar komponen yang digunakan dalam skema papan PCB. Setelah BOM dan skema selesai, insinyur elektronik meneruskan keduanya ke insinyur tata letak dan insinyur komponen. Insinyur ini memeriksa secara spesifik dan mendapatkan komponen yang diperlukan untuk proyek tersebut. Secara khusus, insinyur komponen bertanggung jawab untuk memilih komponen yang sesuai dengan skema dalam hal tegangan dan arus operasi maksimum. Mereka juga bertanggung jawab untuk memilih peralatan yang termasuk dalam parameter biaya dan ukuran yang wajar.

Lima aspek terpenting yang harus dipenuhi oleh komponen BOM adalah sebagai berikut:

• • Quantity:Jumlah komponen yang dibeli minimal harus memenuhi jumlah komponen yang tercantum dalam BOM.
• • Penanda Referensi:Setiap komponen harus diidentifikasi sesuai dengan tempatnya di dalam sirkuit pada PCB.
• • Nilai:Setiap komponen harus berada dalam kisaran nilai tertentu, termasuk ohm, farad, dll. Biaya merupakan faktor jika menjadi perhatian klien.
• • Footprint:Lokasi setiap komponen harus dicantumkan.
• • Nomor Suku Cadang Pabrikan:Lacak nomor suku cadang jika terjadi malfungsi, baik untuk kepentingan perakit maupun untuk referensi pabrikan.

Selain pedoman dasar BOM ini, ada baiknya untuk mengingat beberapa pertimbangan saat merumuskan BOM dan skema secara umum. Ini termasuk tip desain PCB berikut:

• • Mengintegrasikan Komponen:Memilih komponen adalah salah satu pekerjaan terpenting sebagai seorang desainer. Untuk membantu proses, Anda memiliki opsi untuk mengambil komponen terpisah dengan nilai komponen tinggi atau rendah dan efek serupa. Dengan mengintegrasikan komponen-komponen ini dan menghasilkan kategori nilai standar kecil, Anda dapat secara efektif menyederhanakan tagihan bahan dan mengurangi biaya produk.


• 


• • Menerapkan Kapasitor Pemisah:Jangan pernah mencoba mengoptimalkan desain Anda dengan menghilangkan kabel listrik yang memisahkan sambungan. Banyak desainer menghindari kapasitor ini dalam upaya yang salah arah untuk mengurangi biaya. Kapasitor harganya murah dan sangat tahan lama, menambah umur panjang pada desain Anda. Kapasitor juga akan membantu menjaga ketertiban papan sirkuit Anda sambil menjaga biaya tetap rendah. Fokus pada tips di atas jika Anda mengkhawatirkan BOM Anda.

Penempatan Komponen PCB

Setiap komponen harus memiliki tempat yang ditentukan pada desain papan sirkuit. Memilih penempatan yang benar adalah bagian yang sulit. Menentukan tempat terbaik untuk suatu elemen bergantung pada banyak faktor dan pertimbangan bagi perancang, termasuk manajemen termal, pertimbangan kebisingan listrik, dan fungsi PCB secara keseluruhan. Namun, dalam kebanyakan kasus, desainer akan menempatkan komponen dalam urutan berikut:

• • Konektor
• • Sirkuit daya
• • Sirkuit sensitif dan presisi
• • Komponen sirkuit kritis
• • Semua elemen lainnya

Beberapa pertimbangan desain yang perlu diingat selama tahap siklus desain ini meliputi:

• • Identifikasi dan Bagilah Mengenai Komponen dan Titik Uji yang Diperlukan:Jika ada komponen yang mengkhawatirkan pada PCB, letakkan di dekat titik uji yang diperlukan untuk deteksi kesalahan yang lebih tepat waktu.
• • Menerapkan Pencetakan Silkscreen Secara Fleksibel:Pencetakan Silkscreen dapat menandai berbagai informasi untuk digunakan oleh produsen PCB, insinyur, perakit, dan penguji selama berbagai bagian proses perakitan PCB. Pada sablon, sebaiknya tandai fungsi, tanda uji, dan arah penempatan komponen dan sambungan. Coba aplikasikan sablon ke bagian atas dan bawah papan sirkuit tercetak untuk menghindari pekerjaan duplikat sekaligus memperjelas petunjuk untuk perakit manual, menyederhanakan proses produksi.

Setelah komponen individual ini ditempatkan pada desain sirkuit tercetak, yang terbaik adalah menyelesaikan putaran pengujian lain untuk memverifikasi pengoperasian papan yang sesuai. Ini akan membantu mengidentifikasi pilihan desain yang bermasalah dan membantu mengidentifikasi kemungkinan penyesuaian.

Perutean

Setelah komponen ditempatkan pada PCB, langkah selanjutnya dalam dasar-dasar desain PCB adalah menghubungkan semuanya. Setiap elemen di papan terhubung melalui jejak, yang diwujudkan melalui perutean yang tepat. Namun, perutean membutuhkan proses desainnya sendiri, karena banyak pertimbangan yang harus diperhitungkan oleh perancang. Faktor-faktor ini mencakup tingkat daya, sensitivitas noise sinyal, pembangkitan noise sinyal, dan kemampuan perutean.

Untungnya, sebagian besar perangkat lunak desain PCB akan merutekan jejak menggunakan netlist yang dikembangkan dari skema. Program melakukan ini dengan menggunakan jumlah lapisan yang tersedia untuk koneksi dan menghitung rute terbaik untuk memanfaatkan ruang. Program ini juga mengubah desain sesuai kebutuhan. Ini bisa memakan banyak daya komputasi, terutama untuk model yang lebih besar. Hasilnya adalah proses perutean yang lebih lama - program dapat memakan lebih banyak waktu jika komponen ditempatkan dalam susunan yang sangat padat.

Sementara sebagian besar perangkat lunak PCB akan merutekan jejak menurut netlist dari skema, perangkat lunak ini tidak universal. Tidak semua desainer PCB menggunakan perangkat lunak perutean otomatis, dan bahkan mereka yang cenderung memeriksa ulang jejak untuk masalah. Ini selalu merupakan praktik yang baik, karena bahkan komputer pun dapat menghasilkan hasil yang tidak disukai perancang.

Aturan umum untuk jejak adalah bahwa jejak dengan lebar 10 hingga 20 mil dapat membawa arus 10 hingga 20 mA. Jejak dengan lebar 5 sampai 8 mil, di sisi lain, dapat membawa arus lebih rendah dari sepuluh mA. Ini adalah pertimbangan yang sangat penting untuk desain atau desain PCB arus tinggi untuk PCB dengan sinyal yang berubah dengan cepat, karena merutekannya ke node frekuensi tinggi akan memerlukan lebar jejak tertentu.

• 


• • Mendistribusikan Saluran Listrik dan Ground dengan Tepat:Kebanyakan desainer PCB akan mendedikasikan satu lapisan sirkuit untuk digunakan sebagai ground plane. Lain biasanya akan didedikasikan sebagai pesawat listrik. Ini membantu mengurangi tingkat kebisingan di PCB dan memungkinkan perancang untuk membuat koneksi resistansi sumber rendah. One good PCB design practice is to distribute lines according to the power plane as much as possible. This helps improve efficiency and reduce impedance while providing sufficient ground loop paths.
• • Maintain Short Traces:Make sure traces are as short as possible at every stage of the design. While most PCB assembly processes include a step for optimizing trace length, this should be practiced at every design stage. This rule should be even more closely observed when the designer is working with an analog or high-speed digital circuit. These types of printed circuits, commonly found in automobiles and telecommunications devices, are more severely impacted by impedance and parasitic effects.

Checks

Checking the design is possibly the most important step of the design process. This segment of the process considers everything about the design, looking for potential problems that plague PCB designs.

For example, a common problem in PCB designs is heat. PCB with a perfect thermal design can keep the entire board a consistent and uniform temperature, preventing heat spots. However, such heat spots and temperature inconsistencies can be caused by any number of design features, such as copper thickness variations, the number of layers in the PCB, larger PCB board sizes and the presence or absence of thermal paths.

A simple design check can catch potential problems in PCB heat management, most PCB DRC software can pick them up as well. There are several methods to reduce PCB operational temperatures, many of which are mitigated by PCB design basics. A few of these heat-managing tips include:

• • Connect solid ground or power planes with more layers directly to the heat source of the PCB. These planes are typically more able to dissipate heat, since they tend to contain more copper.
• • Establish effective heat and high-current routes to help direct and dissipate heat. This can help optimize heat transfer.
• • Maximize the area used for heat transfer. This can help maintain a lower temperature across the board. This is something that must be considered early in the design process, however, as it can impact the size of the board.

Most DRC software can catch the aforementioned problems. The DRC software takes all the details about a PCB design and determines whether the layout satisfies a list of predetermined parameters. These are called PCB design rules. Ideally, as previously mentioned, the DRC should be used throughout the design process to identify problem areas early on. However, if all else fails, using DRC after everything else is complete can save a lot of design time and confusion between the designer and the assembly company.

The check step of the design process doesn't just include the DRC check - it also includes several other physical verification processes, including a layout-versus-schematic (LVS) check, an XOR check, an electrical rule (ERC) check and antenna check. More advanced PCB manufacturers may use additional checks and rules to improve yield, but these are the basic checks designers and manufacturers typically use.

Furthermore, it's good practice to verify manufacturing parameters before submission. Before submitting the final design for production, the designer should personally generate and verify the PCB manufacturing parameters. Though most manufacturers are willing to download and verify design files for their client, it's better to double-check the design before sending it in. This can help avoid any confusion or misunderstanding and can avoid losses due to manufacturing with incorrect parameters. This verification step can also expedite the process by decreasing the amount of time needed to correct and reverify the design before manufacturing starts.

Find an Assembly Service for Your Design

PCB design can be simplified by implementing the above basic techniques and best practices. It can be made even simpler by partnering with a PCB supply and assembly service that works with you to make the best, most cost-effective PCBs possible.

PCBCart is a worldwide printed circuit board supplier, with loyal customers around the globe. We know you can't afford to use poor-quality PCBs, which is why we follow the most demanding international quality standards. We also know you need cost-effective materials, which is why we offer PCBs at unbeatable prices. We offer you the best PCB services at the lowest price possible to allow you to focus less on supplier and more on your business.

Our expert customer-service representatives are waiting to help you. Contact us today to learn more about PCB design rules and assembly processes and how we can help you with your next PCB design project. If you already have a design and want to get started on assembly, feel free to get a quote by clicking below buttons:

Helpful resources:
• PCB Design File Requirements for Quick PCB Assembly Quote and Production
• Full Feature PCB Fabrication Service Starting from 1 Piece
• Advanced Turnkey PCB Assembly Service - Multiple Value-added Options
• PCB Design Tips to Better Take Advantage of PCBCart's Assembly Capabilities And Save Cost
• Design PCBs to Better Take Advantage of PCBCart's Manufacturing Capabilities