6 Tips Esensial untuk Desain dan Tata Letak PCB yang Sukses

Apakah Anda tahu bahwa hampir setiap sirkuit elektronik mencakup Tata Letak PCB? Di era Internet of Things ini, permintaan dan kompleksitas PCB terus tumbuh setiap hari. Mendesain PCB bisa menakutkan, terutama karena menempatkan beberapa komponen elektronik dan routing optimal dalam ruang yang sangat terbatas. Mengetahui cara di sekitar tata letak PCB sangat penting untuk mendapatkannya dengan benar sejak kali pertama.

Artikel ini membahas enam hal esensial yang harus dipertimbangkan saat merancang PCB Anda, termasuk pilihan bahan dan komponen, penempatan komponen, stack-up PCB, jenis via PCB, daya, masalah termal, dan batasan papan.

1. Bahan dan Komponen

Anda harus mempertimbangkan bahan dan komponen yang Anda rencanakan untuk digunakan pada pencetakan Anda pada detail yang relevan; Anda harus terlebih dahulu mendefinisikan fungsi yang harus dilakukan PCB, ukuran perkiraan produk akhir, interkoneksi PCB dengan sirkuit lain, dan tentu saja, penempatannya dalam produk.

Beberapa bahan dapat beroperasi di suhu ekstrem; yang lain mungkin gagal dan mengakibatkan short-circuit. Karena alasan ini, ingatlah suhu kerja produk akhir terkait dengan bahan dan komponen yang Anda pilih untuk papan sirkuit cetak Anda.

Terakhir, pertimbangkan biaya dan ketersediaan bahan. Jika Anda menetapkan bahan yang sulit ditemukan, mereka mungkin mahal dan memakan waktu untuk ditemukan, yang akhirnya akan menunda pemasangan PCB Anda. Pertimbangkan untuk memilih pemasok PCB yang dapat menjamin pasokan stabil komponen yang diperlukan untuk PCB Anda. Area lain yang harus dipertimbangkan meliputi bagian cadangan, perbaikan, dan penggantian.

2. Tata Letak Komponen PCB

Menata komponen pada papan membutuhkan banyak keterampilan pemecahan masalah dan kreativitas. Karena setiap orang memiliki perspektif desain yang unik, penempatan komponen Anda akan unik dari ide orang lain.

Pertimbangkan manufaktur PCB karena itu adalah tujuan akhir. Misalnya, komponen yang sejenis seperti transistor harus menghadap ke arah yang sama saat Anda menempatkannya untuk pemasangan dan pemeriksaan yang lebih mudah oleh produsen.

Ingatlah ukuran dan tinggi suatu komponen individu. Beberapa komponen akan lebih besar dari yang lain dan mungkin menghasilkan bercak yang tidak merata pada papan sirkuit saat ditempatkan di samping satu sama lain. Beberapa detail yang lebih tinggi mungkin memblokir elemen yang lebih pendek, dan saat papan dilewatkan melalui oven soldering untuk mengukir bagian-bagian pada papan, itu mungkin kembali dengan sambungan solder yang buruk. Selalu pertimbangkan tinggi dan lebar komponen pada papan – detail dengan dimensi serupa dapat ditempatkan di satu sisi papan, memastikan gelombang solder mencapai bagian yang lebih kecil tanpa terhalang.

Izinkan ruang untuk routing. Jika Anda menempatkan komponen terlalu dekat, Anda akan kehabisan jangkauan saat Anda memulai routing. Sirkuit terpadu, misalnya, memiliki banyak pin yang harus dihubungkan di sekitar papan. Untuk mencegah kehabisan ruang dan melompat atas tata letak desain Anda lagi, berikan cukup ruang untuk komponen yang membutuhkan banyak pin untuk dihubungkan untuk membuat prosesnya mudah.

3. Stack Up Tata Letak PCB

Stack-up PCB membentuk fondasi dari seluruh PCB. Ini melibatkan penempatan lapisan isolasi dan lapisan tembaga. Stack terdiri dari berbagai lapisan dalam PCB dan memungkinkan Anda untuk menetapkan impedansi karakteristik pada setiap lapisan. Semakin banyak lapisan yang dimiliki PCB, semakin mahal harganya.

Papan Sirkuit Cetak memiliki lapisan dengan bahan yang berbeda yang dilaminasi bersama dengan perekat. Lapisan atas adalah silkscreen yang menambahkan indikator lain seperti huruf dan simbol ke papan. Lapisan bawah adalah FR4, dan memberikan papan kekakuannya dan tebalnya. Lapisan berikutnya adalah lapisan tembaga, diikuti oleh solder mask yang memberikan PCB warnanya yang khas hijau. Stack up multilayer yang optimal meminimalkan radiasi dan kebisingan eksternal. Ini juga memungkinkan kompatibilitas elektromagnetik yang ditingkatkan dari desain Anda, menjaga biaya dalam anggaran, dan memastikan efisiensi dalam teknik manufaktur.

4. Tata Letak Via PCB

Via PCB memungkinkan interkoneksi antara berbagai lapisan papan. Vias dapat menggabungkan jejak, pad, dan elemen konduktif lainnya serta menyediakan jalur untuk energi listrik dan termal yang bergerak dari satu lapisan ke lapisan lainnya. Karena kami membuat lubang melalui papan untuk membuat vias, Anda harus mempertimbangkan penempatan dan ukuran setiap lubang terkait dengan komponen PCB lainnya. Untuk efisiensi dalam proses manufaktur, baik untuk memastikan semua via pada papan memiliki ukuran yang sama.

Ada tiga jenis dasar via: Through vias, blind vias, dan buried vias. A through via menghubungkan dua lapisan luar yang terlihat. Blind vias menghubungkan lapisan luar yang terlihat dengan lapisan dalam yang tidak terlihat. Buried vias menghubungkan dua lapisan dalam yang tersembunyi. Jenis via lain meliputi thermal via untuk mentransfer panas dari lapisan atas ke bawah atau lapisan internal dan tented via yang tertutup dengan solder maseg untuk mencegah kebocoran komponen listrik dan termal. Pastikan untuk membahas kemampuan jenis via yang Anda rencanakan untuk digunakan dengan pemasok PCB Anda karena berbagai via memiliki kapasitas pembawa arus yang berbeda.

5. Masalah Daya dan Termal

Saat penempatan komponen sangat penting untuk desain, mendapatkan komponen tersebut untuk bekerja, Anda juga perlu mempertimbangkan routing daya. Daya dan ground plane harus internal dalam papan Anda dan simetris serta terpusat untuk mencegah kasus papan berbalok atau melengkung.

Masalah termal mempengaruhi papan sirkuit yang lebih besar dengan kepadatan tinggi dan kecepatan pemrosesan berlebihan. Untuk menghindari masalah tersebut, PCB Anda harus memungkinkan panas untuk membuang. Selama pemilihan bahan, identifikasi komponen yang menghasilkan banyak panas dan cari cara untuk mengalihkan panas dari mereka. Ruang permukaan di sekitar bagian yang cepat panas adalah pertimbangan tata letak desain yang krusial karena mereka akan membutuhkan ruang untuk pendingin. Anda dapat mempertimbangkan untuk menyertakan heat sink, kipas pendingin, dan thermal reliefs. Beberapa tempat untuk menambahkan cadangan termal termasuk lubang melalui-lubang untuk memperlambat laju penyerapan panas melalui lapisan PCB.

Itu mempengaruhi integritas sinyal. Anda harus menghadapi masalah listrik seperti interferensi elektromagnetik dalam perangkat elektronik. Untuk memastikan PCB Anda tidak menyebabkan masalah tersebut, hindari melacak jejak sejajar satu sama lain. Untuk jejak yang harus bersilang satu sama lain, pastikan mereka berada pada sudut siku-siku untuk meminimalkan kapasitansi dan induktansi saling.

6. Batasan Papan

Pertama, tergantung pada tujuan PCB yang Anda desain, Anda harus mempertimbangkan ukuran dan bentuk papan. Papan adalah komponen utama dari PCB karena memegang semua bagian lain. Faktor yang menentukan ukuran dan bentuk PCB meliputi fungsionalitas dan ukuran produk tujuan. Misalnya, produk wearable seperti pelacak aktivitas membutuhkan PCB yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan televisyen.

Beberapa produk membutuhkan PCB dengan lebih banyak sirkuit daripada yang dapat ditampung papan. Dalam situasi seperti itu, Anda mungkin perlu menggunakan multi-layer high density interconnect PCBs (HDI PCBs) yang memungkinkan memaketkan lebih banyak fungsionalitas dalam area yang lebih kecil. High density interconnect meningkatkan tingkat keandalan karena mereka memiliki interkoneksi yang kokoh dari stacked vias. Keuntungan lain dari HDI PCBs adalah memastikan sinyal listrik membutuhkan waktu lebih sedikit untuk berjalan karena kedekatan komponen.

Masalah Tata Letak PCB

Tahap pemasangan PCB. Papan yang dirancang dengan baik membantu menghindari masalah tata letak PCB seperti starved thermals, insufficient annular rings, missing solder masks, acid traps, dll. Starved thermals terjadi ketika thermal relief traces dan copper plane terkait tidak terhubung dengan baik. Missing solder masks kemungkinan besar terjadi pada papan yang rapat selama Bill Of Materials (BOM) dari sebuah PCB dipasang di atas papan. Acid traps dapat menyebabkan rangkaian terbuka pada papan PCB karena pemutusan jejak dari jaringan yang ditetapkan. Missed drill hits menyebabkan Annular rings. Penting untuk mempertimbangkan dalam pembuatan PCB; ada kemungkinan tinggi kegagalan tata letak, yang dapat berdampak negatif pada fungsionalitas produk akhir. Ada beberapa aturan tata letak PCB untuk menghindari masalah tersebut yang mengakibatkan kerugian, prototipe buruk, dan pemborosan waktu.

Kesimpulan

Artikel ini membahas berbagai masalah yang harus dipertimbangkan saat merancang papan sirkuit cetak dan beberapa masalah yang dapat disebabkan oleh PCB yang buruk. Beberapa topik yang dibahas meliputi penempatan komponen, batasan papan, stack-up PCB, bahan dan komponen, efek daya dan termal, dan jenis via PCB.

Untuk menghubungkan berbagai komponen PCB, kita mencetak jalur konduktif pada papan. Karena koneksi bersifat internal, kompleksitas desain secara keseluruhan sangat berkurang. Elemen seperti sirkuit terpadu, transistor, dan resistor dipasang ke papan melalui soldering.

PCB sangat penting untuk fungsi perangkat IoT dan kartu grafis, motherboard, kartu antarmuka jaringan, TV, ponsel, tablet, dan lainnya. Seiring berjalannya waktu teknologi terus berkembang, demikian pula kompleksitas tata letak PCB. Dengan demikian, mendapatkan desain yang tepat untuk produksi akan membuahkan hasil berupa papan sirkuit cetak berkualitas tinggi. Produk akhir Anda tidak hanya harus berfungsi dengan andal seperti yang diharapkan tetapi juga tetap dalam anggaran. Kami harap artikel ini memandu Anda menuju tata letak PCB yang baik.