Strategi Tata Letak PCB Esensial untuk Keandalan dan Efisiensi Biaya

Lompat ke:

• Langkah Dasar Desain PCB
• Dokumentasi Desain
• Pertimbangan Tata Letak dan Desain PCB
• Pentingnya Pengujian
• Menyelesaikan Masalah Tata Letak PCB dengan CAD
• Memilih Pemasok PCB

 

Mendesain tata letak papan sirkuit cetak Anda sangat penting untuk menciptakan papan yang andal dan hemat biaya. Sementara desain sirkuit dan pemilihan komponen juga esensial, Anda harus selalu memastikan Anda menyisihkan waktu yang cukup untuk tata letak PCB. Banyak hal yang memasuki penentuan desain tata letak PCB optimal, terutama karena papan saat ini semakin kompleks, kompak, dan ringan. Kemungkinan yang meningkat dari PCB fleksibel juga menyulitkan proses ini.

Jika Anda tidak mempertimbangkan pertimbangan tata letak PCB yang penting, Anda mungkin akhirnya dengan desain yang tidak diterjemahkan dengan baik ke dunia nyata. Tata letak yang tidak memadai dapat menghasilkan beberapa masalah seperti interferensi elektromagnetik, konflik dari komponen di kedua sisi papan, fungsionalitas papan yang terbatas bahkan kegagalan papan total. Selain itu, jika Anda tidak mendapatkan tata letak yang benar pada pertama kalinya, Anda perlu merekapinya, yang dapat menyebabkan keterlambatan manufaktur dan biaya tambahan.

Jadi, apa saja aturan dan pertimbangan desain tata letak PCB yang perlu Anda ingat? Mari kita lihat langkah-langkah desain tata letak PCB dan identifikasi beberapa pertimbangan inti untuk setiap fase. Tentu saja, ada pertimbangan lain yang mungkin ingin Anda pertimbangkan, tetapi ini adalah beberapa aspek paling krusial dari desain tata letak PCB yang harus Anda ketahui.

 

Langkah Dasar Desain PCB

Desain PCB memainkan peran di setiap langkah proses produksi papan sirkuit cetak sejak saat Anda tahu Anda membutuhkan PCB hingga produksi akhir. Proses desain dasar mencakup enam langkah.

 

1. Konsep

Setelah mengidentifikasi kebutuhan akan PCB, langkah berikutnya adalah menentukan konsep akhir papan. Fase awal ini melibatkan definisi fungsi yang akan dimiliki dan dilakukan PCB, fitur-fiturnya, keterhubungannya dengan sirkuit lain, penempatannya dalam produk akhir, dan dimensi perkiraannya. Juga, pertimbangkan rentang suhu perkiraan di mana papan akan beroperasi dan masalah lingkungan lainnya.

2. Skematik

Fase berikutnya adalah menggambar skematik sirkuit berdasarkan konsep akhir. Diagram ini mencakup semua informasi yang diperlukan untuk komponen listrik papan untuk berfungsi dengan baik, serta detail seperti nama komponen, nilai, rating, dan nomor bagian produsen.

Saat Anda membuat skematik Anda, Anda juga akan membuat daftar bahan Anda. BOM ini berisi informasi tentang semua komponen yang Anda butuhkan untuk PCB Anda. Selalu perbarui kedua dokumen ini.

 

3. Diagram Blok Tingkat Papan

Selanjutnya, Anda akan menyelesaikan diagram blok tingkat papan, gambar yang menggambarkan dimensi akhir PCB. Tandai area yang ditetapkan untuk setiap blok, bagian komponen yang terhubung untuk alasan listrik atau karena batasan. Menyimpan komponen yang terkait bersama akan memungkinkan Anda untuk menjaga jejak Anda pendek.

 

4. Penempatan Komponen

Langkah berikutnya adalah penempatan komponen, yang menentukan di mana Anda akan menempatkan setiap elemen pada papan. Seringkali, Anda mungkin melalui beberapa putaran penyempurnaan penempatan komponen.

5. Perutean Pertama

Selanjutnya, tentukan perutean dan prioritas perutean untuk sirkuit.

 

6. Pengujian

Setelah Anda menyelesaikan desain, Anda harus melakukan serangkaian tes untuk memastikan memenuhi semua kebutuhan Anda. Jika ya, desain selesai. Jika tidak, Anda akan kembali ke fase-fase di mana Anda perlu melakukan penyesuaian.

Dokumentasi Desain

Saat Anda menciptakan PCB Anda, Anda akan mengembangkan banyak dokumen. Dokumen-dokumen ini meliputi:

• Gambar Dimensi Hardware: Menguraikan ukuran papan polos
• Skematik: Memetakan fitur listrik papan
• Daftar Bahan: Menguraikan komponen yang dibutuhkan untuk proyek
• Berkas Tata Letak: Menguraikan tata letak dasar PCB
• Berkas Penempatan Komponen: Menguraikan lokasi komponen individual.
• Gambar dan Instruksi Perakitan: Menerangkan cara merakit papan
• Panduan Pengguna: Meskipun tidak diwajibkan, berguna untuk menyediakan informasi tambahan kepada pengguna
• Setyar Berkas Gerber: Kumpulan berkas keluaran dari tata letak yang akan digunakan produsen PCB untuk membuat PCB

 

Pertimbangan Tata Letak Desain PCB

Ada banyak hal yang perlu dipertimbangkan mengenai tata letak dan desain PCB. Beberapa pertimbangan berlaku untuk seluruh proses, sementara beberapa spesifik untuk langkah tertentu. Berikut adalah tujuh faktor yang relevan untuk diingat.

 

Minta Penawaran Gratis

 

1. Batasan Papan

Batasan pertama yang harus Anda lihat adalah yang terkait dengan papan polos. Beberapa batasan dasar ini meliputi ukuran dan bentuk papan.

Anda perlu memastikan Anda memiliki area papan yang cukup untuk sirkuit. Ukuran produk akhir, fungsionalitas yang harus disediakan papan, dan faktor-faktor lainnya menentukan seberapa besar papan harusnya. Produk elektronik dan papan sirkuit yang mereka sertakan semakin kecil. Sebelum Anda memulai proses desain, estimasikan ukuran papan. Jika Anda tidak memiliki cukup ruang untuk semua fungsionalitas yang diperlukan dengan desain yang lebih sederhana, Anda mungkin perlu menggunakan desain berlapis atau interkoneksi tingkat tinggi (HDI).

PCB standar berbentuk persegi panjang. Ini tetap, dengan kejelasan, bentuk paling umum untuk PCB. Namun, memungkinkan untuk membuat papan dalam bentuk lain. Desainer PCB paling sering melakukan ini karena batasan ukuran atau penggunaan dalam produk dengan bentuk tidak teratur.

Pertimbangan krusial lainnya adalah jumlah berlapis yang Anda butuhkan, yang akan ditentukan oleh tingkat daya dan kompleksitas desain. Terbaik untuk mengetahui berapa banyak yang Anda butuhkan sejak awal proses desain tata letak. Menambahkan lebih banyak berlapis dapat meningkatkan biaya produksi tetapi memungkinkan Anda untuk menyertakan lebih banyak jejak. Ini mungkin diperlukan untuk papan yang lebih kompleks dengan fungsionalitas canggih.

Gunakan setidaknya dua via untuk transisi berlapis untuk semua jalur arus tinggi. Penggunaan beberapa via pada transisi berlapis meningkatkan keandalan, meningkatkan konduktivitas termal, dan mengurangi kerugian induktif dan resistif.

 

2. Proses Manufaktur

Anda juga harus mempertimbangkan proses manufaktur yang ingin Anda gunakan untuk memproduksi papan. Berbagai metode memiliki keterbatasan dan batasan yang berbeda. Anda perlu menggunakan lubang atau titik referensi yang bekerja dengan proses manufaktur pada papan. Selalu pastikan lubang bebas dari komponen.

Juga, ingat metode pemasangan papan. Pendekatan berbeda mungkin mengharuskan Anda untuk meninggalkan berbagai area papan terbuka. Penggunaan beberapa jenis teknologi, seperti komponen through-hole dan surface mount sekaligus, dapat meningkatkan biaya papan Anda tetapi mungkin diperlukan dalam beberapa kasus.

Selalu periksa dengan pembuat Anda untuk memastikan mereka memiliki kemampuan untuk memproduksi jenis papan yang Anda butuhkan. Beberapa mungkin tidak, misalnya, dapat memproduksi papan dengan banyak berlapis atau yang menggunakan desain fleksibel.

 

3. Bahan dan Komponen

Pertimbangkan selama fase tata letak bahan dan komponen yang Anda rencanakan untuk digunakan pada papan Anda. Anda pertama-tama perlu memastikan item yang diinginkan tersedia. Beberapa bahan dan bagian sulit ditemukan, sementara yang lain sangat mahal sehingga melarang biaya. Berbagai komponen dan bahan mungkin juga datang dengan kebutuhan desain yang berbeda.

Luangkan waktu untuk memastikan Anda telah memilih bahan dan komponen optimal untuk papan Anda, dan juga bahwa Anda telah mendesain papan yang memanfaatkan kekuatan item-item tersebut.

 

4. Urutan Penempatan Komponen

Salah satu pedoman desain PCB paling dasar melibatkan urutan tempat Anda meletakkan komponen pada papan. Urutan yang direkomendasikan adalah konektor, kemudian sirkuit daya, kemudian sirkuit presisi, kemudian sirkuit kritis dan kemudian elemen lainnya. Tingkat daya, kerentanan terhadap kebisingan, generasi dan kemampuan perutean juga mempengaruhi prioritas perutean untuk sirkuit.

 

5. Orientasi

Saat meletakkan komponen, coba arahkan yang mirip satu sama lain ke arah yang sama. Ini akan membuat proses pengelasan lebih efisien dan membantu mencegah kesalahan yang terjadi selama proses tersebut.

 

6. Penempatan

Coba jangan menempatkan bagian di sisi pengelasan PCB yang akan berada di belakang bagian through-hole yang dilapisi.

 

7. Organisasi

Mengorganisir komponen Anda secara logis dapat mengurangi jumlah langkah perakitan yang diperlukan, meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya. Tuju untuk menempatkan semua komponen surface mount Anda di satu sisi papan dan semua komponen through-hole Anda di sisi atas.

 

Pertimbangan Jejak Daya, Ground, dan Sinyal

Tips di atas berfokus pada penempatan komponen PCB. Agar komponen tersebut bekerja sebagaimana diinginkan, Anda juga perlu merute jejak daya, ground, dan sinyal. Menyelesaikan langkah ini secara efisien akan membantu memastikan sinyal Anda memiliki jalur yang terpercaya untuk berpindah agar papan Anda berfungsi dengan baik. Berikut lima faktor yang perlu diingat.

 

1. Papan Daya dan Ground

Salah satu aturan desain tata letak PCB dasar adalah menjaga papan daya dan ground Anda secara internal di dalam papan Anda. Mereka juga harus terpusat dan simetris untuk mencegah papan Anda melengkung dan berputar. Melengkung dapat menyebabkan komponen bergerak dari posisi dan potensial merusak papan. Rekomendasi lain termasuk menggunakan rel umum untuk setiap pasokan, memastikan Anda memiliki jejak yang terpercaya dan luas, dan menghindari membuat rantai daisy untuk menghubungkan komponen.

Tegangan tinggi dalam sirkuit daya dapat mengganggu sirkuit kontrol tegangan rendah dan arus. Anda dapat menggunakan penempatan ground daya dan ground kontrol Anda untuk membantu meminimalkan gangguan ini. Coba jalankan ground untuk setiap tahap pasokan Anda terpisah. Jika Anda perlu menempatkan beberapa bersama-sama, pastikan mereka berada di akhir jalur pasokan Anda. Jika papan ground Anda berada di berlapis tengah papan Anda, sertakan jalur impedansi kecil untuk mencegah gangguan sirkuit daya.

Anda juga harus menjaga ground digital dan analog Anda terpisah dengan cara yang serupa. Coba hanya jalankan garis analog yang melintasi ground analog Anda untuk mengurangi kapasitif coupling.

 

2. Desain Jejak

Langkah ini juga melibatkan penghubungan jejak sinyal berdasarkan skematik Anda. Anda selalu ingin jejak Anda sependek dan selurus mungkin. Jika Anda memiliki perutean jejak horizontal di satu sisi PCB, tempatkan jejak vertikal di sisi lain.

Papan Anda mungkin memerlukan beberapa jaring dengan arus yang berbeda, yang akan menentukan lebar jaring yang Anda butuhkan. Penggunaan kalkulator lebar jejak dapat membantu pada langkah ini. Jejak tipis hanya dapat membawa begitu banyak arus. Jejak tebal 0.010 inci atau 10 mil hanya dapat menahan arus sekitar satu ampere, sementara jejak tebal 250 mil dapat membawa hingga 15 ampere dengan kenaikan suhu 30 derajat Celsius.

 

3. Dimensi Pading dan Lubang

Anda juga perlu menentukan dimensi pading dan lubang sejak awal proses desain PCB. Seiring berkurangnya ukuran pading dan lubang, mendapatkan rasio pading-ke-lubang yang tepat menjadi lebih krusial. Ini sangat kritis saat bekerja dengan lubang via. Produsen PCB polos mungkin dapat memberikan pedoman tentang standar dan rasio aspek yang mereka butuhkan.

Pertimbangan penting lainnya adalah bentuk pading PCB. Footprint PCB dapat bervariasi sesuai dengan proses manufaktur. Sebagai contoh, pengelasan gelombang biasanya memerlukan footprint yang lebih besar dibandingkan pengelasan reflow infra-merah.

 

4. Integritas Sinyal dan Masalah RF

Desain tata letak PCB memainkan peran krusial dalam memastikan integritas sinyal dan mencegah masalah listrik seperti interferensi, yang sering disebut interferensi radio-frekuensi atau interferensi elektromagnetik.

Menghindari masalah ini banyak berkaitan dengan cara Anda merute jejak Anda. Untuk mencegah masalah sinyal, hindari menjalankan jejak sejajar satu sama lain. Jejak sejajar akan memiliki lebih banyak crosstalk, yang dapat menyebabkan berbagai masalah yang sulit diperbaiki setelah Anda membangun PCB. Jika jejak perlu saling melintasi, pastikan mereka melakukannya pada sudut siku-siku. Ini akan mengurangi kapasitansi dan induktansi saling antara garis, mengurangi crosstalk sebaliknya.

Penggunaan komponen semiconductornya yang menghasilkan radiasi elektromagnetik rendah juga dapat membantu dengan integritas sinyal. Kadang-kadang, kebutuhan lain mungkin mengharuskan bagian yang memiliki generasi elektromagnetik yang lebih tinggi.

Saat mendesain PCB, eliminasi antena, yang dapat memancarkan energi elektromagnetik, serta looping besar garis sinyal dan ground-return yang membawa frekuensi tinggi. Anda harus memosisikan rangkaian terpadu dengan hati-hati untuk mencapai garis interkoneksi yang pendek.

Penempatan grid ground yang dekat di atas PCB adalah pedoman desain tata letak PCB RF yang penting lainnya yang membantu memastikan garis return berada di dekat garis sinyal. Ini menjaga area antena efektif tetap relatif kecil. Pada papan berlapis, Anda dapat mencapai ini dengan papan ground.

 

5. Masalah Termal

Masalah termal dapat mempengaruhi banyak bagian dari proses desain. Papan yang lebih besar dan yang memiliki kepadatan komponen yang lebih tinggi serta kecepatan pemrosesan yang lebih tinggi cenderung memiliki lebih banyak masalah terkait panas. Untuk papan yang lebih kecil, mereka mungkin bukan perhatian, tetapi untuk yang lebih canggih, mereka dapat menjadi tantangan signifikan.

Untuk mencegah masalah terkait panas, Anda perlu memungkinkan panas untuk menyebar. Pertama, identifikasi komponen yang menghasilkan banyak panas. Anda seharusnya dapat menemukan rating resistensi termal setiap komponen dalam datasheet-nya. Kemudian, Anda dapat mengikuti pedoman yang direkomendasikan untuk mengalihkan panas dari komponen tersebut.

Pastikan Anda menyisihkan ruang yang cukup di sekitar semua komponen yang mungkin panas. Semakin banyak panas yang mereka ciptakan, semakin banyak area yang akan mereka butuhkan untuk mendinginkan. Juga sangat penting untuk tidak meletakkan komponen kritis di dekat sumber panas.

Secara ideal, seluruh papan akan memiliki suhu operasi yang sama. Gunakan papan termal konduktif untuk menyebarkan panas di area yang luas, yang mempercepat tingkat penurunan suhu dengan meningkatkan area permukaan yang digunakan untuk transfer panas.

Jika masalah termal signifikan untuk papan Anda, Anda mungkin perlu menyertakan kipas pendingin, heat sink, dan thermal relief, yang krusial untuk pengelasan gelombang pada papan berlapis dan rangkaian dengan konten tembaga tinggi. Anda dapat membuat heat sink menggunakan pasta heat sink, polimer yang diisi dengan partikel padat yang terhalus merata. Anda dapat menerapkan pasta ini menggunakan cetak layar atau stencil. Setelah proses pengeringan atau pembakaran, ia menjadi tetap dan bertindak sebagai heat sink.

Selalu disarankan untuk menggunakan thermal relief pada komponen through-hole, yang memperlambat tingkat panas yang menurun melalui pelat komponen. Sebagai aturan umum, gunakan pola thermal relief setiap kali via atau lubang terhubung ke papan daya atau ground. Anda mungkin juga ingin menggunakan teardrop di mana jejak dan pading bertemu untuk memberikan dukungan tambahan dan mengurangi stres termal.

 

Pentingnya Pengujian

Seluruh proses desain PCB, serta sisa proses manufaktur PCB, Anda harus terus memeriksa pekerjaan Anda. Mengidentifikasi masalah sejak dini akan membantu meminimalkan dampaknya dan mengurangi biaya memperbaikinya.

Dua tes umum yang harus Anda lakukan adalah pemeriksaan aturan listrik dan pemeriksaan aturan desain. Tes ini akan membantu Anda menyelesaikan banyak masalah signifikan yang mungkin Anda hadapi.

Setelah Anda dapat lulus tes ERC dan DRC Anda tanpa masalah apa pun, Anda harus memeriksa perutean setiap sinyal dan membandingkan papan Anda dengan skematik Anda secara rinci.

 

Menyelesaikan Masalah Tata Letak Desain PCB dengan CAD

Saat ini, sebagian besar desainer PCB menggunakan sistem desain berbantu komputer (CAD) canggih untuk membuat PCB mereka. Demikian pula, produsen menggunakan perangkat lunak manufaktur berbantu komputer. Penggunaan sistem ini dapat membantu Anda menyelesaikan banyak masalah tata letak yang mungkin Anda hadapi. Beberapa keuntungan menggunakan sistem perangkat lunak ini meliputi:

• Proses Desain Sederhana, Semi-Otomatis: Program CAD memungkinkan Anda menarik dan meletakkan komponen di mana Anda memerlukannya pada desain Anda. Banyak sistem bahkan akan membuat jejak untuk Anda, dan kemudian Anda dapat memindahkan, menambah atau menghapus komponen atau merute ulang sesuai kebutuhan. Pendekatan ini dapat meningkatkan efisiensi dan akurasi proses desain Anda.
• Validasi Desain: Sebelum Anda mengirim desain Anda ke tahap manufaktur, Anda dapat mengujinya menggunakan sistem CAD untuk memverifikasi toleransi, kompatibilitas, penempatan komponen, dan aspek-aspek lainnya. Banyak sistem bahkan dapat menangkap kesalahan dasar secara real-time, meminimalkan atau menghilangkan dampaknya.
• Generasi Berkas Manufaktur: Anda dapat menghasilkan berkas Gerber dan format berkas lain yang mungkin Anda butuhkan untuk dikirim ke produsen dengan sistem CAD. Membuat berkas ini langsung dari perangkat lunak desain dapat membantu meningkatkan akurasinya dan memastikan transisi yang lancar ke tahap manufaktur.
• Dokumentasi: Anda juga dapat menggunakan sistem ini untuk menghasilkan dan menyimpan dokumentasi detail yang terkait dengan penggunaan komponen, laporan kesalahan, status desain, kontrol versi, dan lebih banyak lagi, yang dapat membantu proyek di masa depan.
• Penciptaan Aturan: Beberapa program ini memungkinkan Anda membuat dan menyimpan serangkaian aturan kustom, yang dapat Anda bagikan dengan desainer untuk meningkatkan fungsionalitas perangkat lunak.
• Penciptaan Template: Anda bahkan dapat membuat template untuk digunakan dalam proyek di masa depan. Setelah Anda membuat desain, Anda dapat menyimpannya dan menggunakannya ulang sebagai template untuk proyek lain.
• Efisiensi yang Ditingkatkan dan Biaya yang Dikurangi: Menggabungkan desain berbantu komputer ke dalam operasi Anda dapat meningkatkan efisiensi dan akurasi proses desain Anda, yang mengurangi biaya keseluruhan.

 

Memilih Pemasok PCB

Butuh papan sirkuit cetak? Millennium Circuits Limited adalah sumber pilihan Anda. Kami memiliki rentang kemampuan PCB yang pasti akan memenuhi kebutuhan proyek Anda, dan kami bangga menyediakan layanan pelanggan yang luar biasa. Kami menawarkan kemampuan PCB domestik dan offshore, jadi kami dapat menyediakan banyak opsi pembiayaan dan waktu pengiriman yang cepat. Tidak peduli solusi mana yang Anda pilih, Anda dapat yakin Anda akan menerima produk PCB berkualitas tertinggi saja.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang layanan PCB kami dan bagaimana mereka dapat membantu bisnis Anda, minta penawaran dengan uraikan informasi proyek Anda, termasuk berkas Gerber. Kami juga menawarkan pemeriksaan desain gratis melalui situs web kami sehingga Anda dapat yakin desain Anda siap untuk manufaktur. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang MCL dan banyak kemampuan kami, hubungi kami, minta penawaran atau terus jelajahi situs web kami hari ini.

 

Minta Penawaran Gratis