Desain PCB – Panduan Komprehensif untuk Langkah dan Aturan Desain Dasar

Proses perancangan papan sirkuit melibatkan langkah-langkah yang menuntut waktu yang harus diikuti secara maksimal. Kegagalan untuk mematuhi instruksi sering kali membebani desain PCB dalam proyek desain mereka.

Oleh karena itu, kami telah menguraikan aturan, langkah-langkah desain PCB, dan beberapa perangkat lunak desain gratis yang dapat Anda coba untuk daya tahan, kinerja, dan fungsionalitas yang lebih baik.

Apa itu desain PCB?

Desain papan sirkuit tercetak adalah proses yang melibatkan penggunaan perangkat lunak tata letak untuk menggabungkan perutean dan penempatan komponen. Kombinasi lebih lanjut mendefinisikan konektivitas listrik pada PCB, sehingga secara fisik menghidupkannya.

(proses desain sirkuit elektronik) 

Aturan proses Desain PCB

Mengikuti aturan desain papan yang benar sering kali membatasi penundaan yang tidak perlu dan pemeliharaan PCB dan memastikan PCB berkecepatan tinggi. Sementara berkonsentrasi pada desain sirkuit dan pemilihan komponen sangat penting, mengabaikan aturan dapat merugikan proyek Anda secara digital dan fisik.

Jadi, apa saja aturan selama desain untuk kemampuan manufaktur?

Aturan Desain PCB untuk Sirkuit Analog

Proses tata letak terdiri dari;

1. Memastikan jalur kembali yang jelas dari sinyal analog dan mengisi jalur dengan jejak komponen yang pendek dan langsung. Jalur yang terhalang menyebabkan kebisingan yang tidak perlu karena sinyal analog yang kembali berjalan di dekat bidang dasar ketika menemukan jalur langsung dan terpendek ke titik asal.
2. Kedua, gunakan bidang tanah analog untuk memisahkannya dari bidang digital, sehingga menghindari interferensi.
3. Ketiga, pertahankan lapisan sinyal langsung dan pendek. Ini mencegah interferensi elektromagnetik pada elemen PCB karena perbedaan impedansi yang menyebabkan pantulan pada frekuensi yang lebih tinggi.
4. Kemudian, pisahkan bagian pada Sirkuit Analog dan Digital untuk meminimalkan noise. Juga, jangan merutekan divisi sirkuit analog ke komponen digital berkecepatan tinggi karena akan mencegah pengaruh kebisingan.
5. Terakhir, tempatkan komponen analog Anda dengan erat untuk mencapai perutean langsung yang disederhanakan dan memisahkan sirkuit digital dan analog.

Pemeriksaan Aturan Desain PCB SMD

Biasanya, menjaga jarak yang baik antara komponen elektronik dan beberapa nomor jejak membuatnya lebih mudah untuk sprint rute permukaan.

(microchip dengan teknologi pemasangan di permukaan)

Aturan tentang opsi perutean

Pertama, paket komponen pemasangan permukaan pilihan Anda memengaruhi opsi perutean. Selain itu, ruang fanout dan kompleksitas rute dapat memengaruhi pilihan Anda. Oleh karena itu, Anda dapat memilih;

Perutean PCB satu sisi; Digunakan di sirkuit sederhana dan terbatas dan harus memiliki jarak yang cukup untuk lubang bor, komponen, tepi papan, dan jejak.

Perutean PCB dua sisi; Di sini, menggunakan permukaan atas dan bawah memberikan area yang sangat baik untuk komponen dan perutean.

Aturan pemilihan komponen

Ketahui jenis kemasan yang benar untuk SMD untuk digunakan dalam komponen lubang tembus atau SMD karena menentukan fabrikasi papan dan perakitan PCB.

Tips Desain PCB 2 Lapisan

Pabrikan sering membuat papan desain papan sirkuit 2 lapis dengan kinerja terbatas. Dengan demikian, menjadi tantangan untuk merutekan paket BGA seperti FPGA atau mikroprosesor kelas atas pada papan desain.

Untungnya, Anda dapat memperbaiki tantangan dengan mengikuti tips di bawah ini;

1. Pertama, jangan selalu mengikuti pedoman standar. Misalnya, menggunakan isian tembaga mungkin sulit, bertentangan dengan daya perutean sebagai jejak. Selain itu, Anda dapat merutekan tiga kapasitor dengan induktansi loop rendah (menambahkan ke 22uF) daripada menggunakan tiga kapasitor berbeda untuk pin daya (1uF, 10uF, dan 0,1uF).
2. Bila memungkinkan, hanya satu pengembalian untuk setiap sinyal digital di semua konektor untuk menghindari gangguan pemantulan/pengalihan ground.

Sirkuit yang menjelaskan pantulan tanah

3. Juga, letakkan kapasitor decoupling ukuran besar, seperti MLCC 22uF, di dekat pin daya IC. Kapasitor dapat berada dalam bodi yang ringkas dengan laju tegangan mendekati 2x aplikasi rel yang direkomendasikan.
4. Keempat, buat rute pendek pada lapisan bawah/bidang tembaga, terkadang menggunakan tali pengikat untuk memperpendek. Prosedur ini memastikan pemeliharaan induktansi timbal balik yang rendah di jalur pengembalian sinyal (integritas sinyal yang ditambah).
5. Selanjutnya, gunakan jejak sinyal spasi dan penyesuaian komponen untuk perutean yang tidak terlalu ramai.
6. Kemudian, buat komponen ground return dan route di lapisan kedua sementara jalur sinyal dan daya tetap di lapisan pertama. Di sini, Anda akan menggunakan ground plane yang tahan lama di bawah papan desain.
7. Terakhir, gunakan diameter bor 13mil, jejak sinyal lebar 6mil (dengan 1A DC), dan jejak daya lebar 20mil (memegang 3A DC). Fitur-fitur kecil mencapai kepadatan perutean yang tinggi dengan biaya rendah.

Aturan Desain PCB 28 Lapisan

Pedoman pada 28 lapisan desain PCB memastikan Anda meminimalkan risiko kesalahan, mengurangi biaya selama pembuatan papan. Juga, perhatikan bahwa produsen memiliki persyaratan yang berbeda-beda. Oleh karena itu, aturan papan daya tinggi juga dapat bervariasi dalam hal isolasi daya, ukuran jejak, dan jarak.

Aturan pemasangan kabel komponen

Sifat kelistrikannya adalah sebagai berikut;

1. Pastikan saluran sinyal tidak muncul loopback, dan ground serta saluran listrik radial.
2. Kedua, aperture harus 40mil sedangkan pad harus 60mil di double in-line.
3. Selain itu, komponen lubang tembus tidak boleh kurang dari 30 juta.
4. Selanjutnya, jarak baris harus lebih tinggi dari 10jt, output dan input CPU>8/10jt, kabel daya>18jt (sangat lebar), dan garis sinyal>12jt.
5. Terakhir, gambar kabel Anda di mana area kabel berada dalam jarak 1mm di sekitar lubang pemasangan dan 1mm dari tepi papan sirkuit.
6. Desain PCB 4 lapis

Desain skema PCB 4 lapis memiliki jejak/sinyal + bentuk daya, GND referensi, VOUT/VIN split, dan GND daya. Banjiri area yang tidak digunakan dengan lapisan tembaga Vout, Vin, dan GND. Kemudian, sambungkan semua bantalan catu daya ke lapisan atas.

Panduan Desain PCB Langkah-demi-Langkah

Sebagai desainer PCB, gunakan metode perakitan dalam pedoman untuk mencapai tujuan desain berkualitas untuk papan PCB Anda.

• Selalu pahami parameter kelistrikan sistem tata letak papan Anda, misalnya, batasan kapasitansi, sirkuit terpadu, voltase, dll. 
• Kedua, buat diagram skematik di mana Anda akan mendesain PCB pada tingkat listrik dari fungsi/tujuannya.
• Selanjutnya, buat tata letak PCB dengan perangkat lunak penangkap skematik seperti desainer Altium. Ini akan menampilkan di mana menempatkan komponen dan operasi papan di perangkat yang dimaksud.
• Setelah itu, rancang susunan PCB Anda karena akan menentukan impedansi (seberapa cepat/banyak listrik mengalir ke jejak PCB).
• Kelima, tentukan persyaratan dan aturan desain melalui kriteria dan standar yang dapat diterima dari IPC. Selanjutnya, Anda dapat menemukan penyedia papan sirkuit dengan pengetahuan tentang aturan standar untuk membatasi penundaan proyek dan revisi konstan.
• Sekarang, letakkan komponen dengan hati-hati menggunakan lembar data pada masing-masing komponen menggunakan solder mol. Kemudian, Anda dapat melanjutkan penempatan melalui tata letak mekanis dan desain PCB.

(komponen elektronik)

• Masukkan lubang bor tergantung pada sambungan dan komponennya. Setengah dari papan sirkuit fleksibel memiliki sisi ganda, yang berarti mereka terhubung ke lubang bor di lapisan paling bawah.

(sirkuit fleksibel)

• Kemudian, rutekan jejak individu setelah mengikat lubang bor dan komponen seperti komponen pasif. Kemudian, sertakan tanda, label, dan pengidentifikasi, dalam tata letak papan untuk menunjukkan di mana komponen tertentu berada di papan tulis.
• Terakhir, buat file tata letak/desain Anda saat kerangka papan selesai. Sekarang Anda secara resmi siap untuk perakitan, manufaktur, dan fabrikasi PCB (dari konsep hingga produksi).

Perangkat Lunak Desain PCB Gratis Terbaik

Bagian ini berisi daftar kompilasi perangkat lunak/alat desain papan sirkuit yang sah dan gratis untuk penggemar.

Mereka adalah sebagai berikut;

1. DipTrace; Ini adalah perangkat lunak desain dengan fitur yang mudah digunakan yang tidak mengganggu fungsinya. Terlebih lagi, ini ideal untuk semua tingkat pembelajaran dan dapat beroperasi di sistem seperti Linux, Mac, dan Windows.
2. EDA Mudah; Selain gratis, EasyEDA menyediakan kolaborator tim, alat manajemen proyek, perancang perpustakaan, editor PCB, dan tangkapan skema yang kuat. Selain itu, ia memiliki fungsionalitas tidak terbatas (berfungsi baik offline maupun online) dan dapat bekerja di OS Linux, Mac, dan Windows.

EDA Mudah

3. Pembuat Sirkuit; Ini memungkinkan Anda untuk mendesain tanpa batasan pada dimensi PCB dan hingga 16 lapisan bidang + 16 sinyal. Ini lebih lanjut dapat membantu dalam pemeriksaan aturan desain, visualisasi 3D asli, dan perutean lanjutan. Namun, ini hanya berfungsi di Windows.
4. Elang Autodesk; Alat desain memiliki editor tata letak PCB untuk mendesain PCB dan editor skematis yang mendesain diagram sirkuit. Selain tersedia di Mac, Linux, dan Windows, ia memiliki fitur seperti konten perpustakaan yang komprehensif, perutean PCB, penempatan komponen, dll.
5. Osmond PCB; Ini adalah satu-satunya perangkat lunak desain EDA berbasis MAC dan mendukung desain tata letak PCB dan pengambilan skema. Selain itu, ia dapat mendesain papan dengan hingga 700 pin dan memiliki beberapa lapisan papan dan ukuran papan yang tidak terbatas.
6. Mengecek; Ini adalah alat desain PCB yang ideal untuk beberapa sumber pendidikan karena mendukung sirkuit sederhana dengan perangkat lunak untuk menerjemahkan desain ke PCB, stripboard disolder, atau papan tempat memotong roti tanpa solder.
7. KiCad; KiCad adalah program desain sumber terbuka populer yang terhubung dengan FreeCAD untuk desain fisik, mendukung GitHub untuk kontrol versi, dan terintegrasi dengan simulasi sirkuit (Ngspice). Meskipun memiliki struktur perpustakaan yang agak kuno, ia memiliki rangkaian fungsionalitas dan fitur yang kuat untuk para ahli dan pemula.
8. Editor Tata Letak Grafis yang Mudah Diterapkan (EAGLE); Ini adalah program desain EDA yang menawarkan kepada desainer konten perpustakaan yang komprehensif, perutean PCB, penempatan komponen, dll. Selain itu, program ini dapat menyimpan file bor Sieb &Myer dan Excellon, ditambah file tata letak PostScript dan Gerber.

Kesimpulan

Untuk meringkas, kami mungkin telah menguraikan beberapa aturan tentang desain PCB dan memberikan daftar alat perangkat lunak. Namun, kita bisa saja mengabaikan beberapa tantangan desain. Oleh karena itu, jika Anda memerlukan bantuan, hubungi kami hari ini, dan kami akan menghubungkan Anda dengan pakar teknik dari tim kami untuk mendapatkan bantuan.