Dasar Desain PCB: Aturan Langkah-demi-Langkah & Alat Gratis untuk Papan Andalan

Proses desain papan sirkuit melibatkan langkah-langkah yang memakan waktu yang harus diikuti secara maksimal. Gagal untuk mengikuti instruksi sering kali membiayai desain PCB dalam proyek desain mereka.

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

Apa itu Desain PCB?

Desain papan sirkuit cetak adalah proses yang melibatkan penggunaan perangkat lunak tata letak untuk menggabungkan routing dan penempatan komponen. Kombinasi ini lebih 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 serta memastikan PCB kecepatan tinggi. Sementara fokus pada desain sirkuit dan pemilihan komponen sangat penting, mengabaikan aturan dapat membiayai proyek Anda secara digital dan fisik.

Jadi, apa saja beberapa aturan selama desain untuk manufacturability?

Aturan Desain PCB untuk Sirkuit Analog

Proses tata letak meliputi;

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 kembali berjalan dekat dengan ground plane saat mencari jalur langsung dan terpendek ke asalnya.
2. Kedua, gunakan ground plane analog untuk memisahkannya dari ground plane digital, sehingga menghindari interferensi.
3. Ketiga, pertahankan lapisan sinyal yang langsung dan pendek. Ini mencegah interferensi elektromagnetik pada elemen PCB karena ketidakseimbangan impedansi yang menyebabkan refleksi pada frekuensi tinggi.
4. Terakhir, pisahkan bagian pada Sirkuit Analog dan Digital untuk meminimalkan kebisingan. Juga, jangan merute bagian sirkuit analog ke komponen digital kecepatan tinggi karena itu akan mencegah pengaruh kebisingan.
5. Terakhir, letakkan komponen analog Anda erat untuk mencapai routing langsung yang disederhanakan dan pisahkan sirkuit digital dan analog.

Pemeriksaan Aturan Desain PCB SMD

Biasanya, memelihara jarak yang baik antara komponen elektronik dan sejumlah jejak yang sedikit membuatnya lebih mudah untuk menyprint rute permukaan.

(mikrochip dengan teknologi permukaan pemasang)

Aturan opsi routing

Pertama, paket komponen permukaan pemilihan Anda mempengaruhi opsi routing. Selain itu, ruang fanout dan kompleksitas rute dapat mempengaruhi pilihan Anda. Oleh karena itu, Anda dapat memilih;

Routing PCB satu sisi; Digunakan dalam sirkuit sederhana dan pembatasan dan harus memiliki klaransi yang cukup untuk lubang bor, komponen, tepi papan, dan jejak.

Routing PCB dua sisi; Di sini, menggunakan permukaan atas dan bawah memberikan area yang excelente untuk komponen dan routing.

Aturan pemilihan komponen

Ketahui tipe kemasan yang benar untuk SMD yang digunakan dalam komponen lubang melalui atau SMD karena itu menentukan fabrikasi papan dan rangkaian PCB.

Tips Desain PCB 2 Lapis

Produsen sering membuat papan sirkuit 2 lapis dengan performa terbatas. Jadi, menjadi tantang untuk merute paket BGA seperti FPGA atau mikroprosesor high-end pada papan desain.

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

1. Pertama, jangan selalu mengikuti pedoman standar. Misalnya, menggunakan copper fill mungkin sulit, sebaliknya merute daya sebagai jejak. Selain itu, Anda dapat merute tiga kapasitor dengan induktansi loop rendah (menambah hingga 22uF) daripada menggunakan tiga kapasitor yang berbeda untuk pin daya (1uF, 10uF, dan 0,1uF).
2. Ketika memungkinkan, hanya miliki satu return untuk setiap sinyal digital pada semua konektor untuk menghindari ground bounce/kebisingan switching.

Sirkuit menjelaskan ground bounce

3. Juga, letakkan kapasitor decoupling besar ukuran, seperti 22uF MLCC, dekat dengan pin daya IC. Kapasitor dapat berada dalam badan kompakt dengan tegangan sekitar 2x aplikasi rail yang direkomendasikan.
4. Keempat, buat rute pendek pada lapisan bawah/plane copper, terkadang menggunakan return straps untuk kependekan. Prosedur ini memastikan pemeliharaan rendah dari induktansi saling dalam jalur return sinyal (integritas sinyal yang ditingkatkan).
5. Selanjutnya, gunakan jejak sinyal yang berjarak dan penyesuaian komponen untuk routing yang kurang padat.
6. Terakhir, miliki ground return dan rute komponen pada lapisan kedua sementara jalur sinyal dan daya tetap pada lapisan pertama. Di sini, Anda akan menggunakan ground plane yang tahan lama di bawah papan desain.
7. Terakhir, gunakan diameter bor 13mils, jejak sinyal lebar 6mils (dengan 1A DC), dan jejak daya lebar 20mils (menahan 3A DC). Fitur kecil ini mencapai kepadatan routing tinggi dengan biaya rendah.

Aturan Desain PCB 28 Lapis

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

Aturan Pemasangan Komponen

Properti listriknya adalah sebagai berikut;

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

Desain skematik PCB 4 lapis memiliki jejak daya/sinyal + bentuk, referensi GND, split VOUT/VIN, dan power GND. Flutkan area yang tidak digunakan dengan lapisan copper Vout, Vin, dan GND. Kemudian, hubungkan semua pad suplai daya ke lapisan atas.

Panduan Desain PCB Langkah-demi-Langkah

Sebagai perancang PCB, gunakan metode pemasangan dalam pedoman untuk mencapai tujuan desain berkualitas untuk papan PCB Anda.

• Selalu pahami parameter listrik sistem tata letak papan Anda, misalnya, batasan kapasitansi, sirkuit terintegrasi, tegangan, dll.
• Kedua, buat diagram skematik yang akan Anda desain PCB pada tingkat listrik fungsinya/tujuannya.
• Selanjutnya, buat tata letak PCB dengan perangkat lunak capture skematik seperti Altium designer. Ini akan menampilkan di mana meletakkan komponen dan operasi papan dalam perangkat yang dimaksud.
• Setelah itu, desain tumpukan PCB Anda karena itu akan menentukan impedansi (seberapa cepat/banyak listrik yang berjalan melalui jejak PCB).
• Kelima, definisikan persyaratan dan aturan desain melalui kriteria penerimaan dan standar dari IPC. Selain itu, Anda dapat menemukan penyedia papan sirkuit dengan pengetahuan aturan standar untuk membatasi penundaan proyek dan revisi berulang.
• Sekarang, letakkan komponen dengan lembut menggunakan datasheet pada masing-masing dengan solder leleh. Kemudian, Anda dapat melanjutkan dengan penempatan melalui tata letak mekanis dan desain PCB.

(komponen elektronik)

• Sisipkan lubang bor tergantung pada koneksi dan komponen. Setengah papan sirkuit fleksibel memiliki dua sisi, yang berarti mereka terhubung ke lubang bor pada lapisan terendah.

(sirkuit fleksibel)

• Nanti, rute jejak individual setelah mencabut lubang bor dan komponen seperti komponen pasif. Kemudian, sertakan tanda, label, dan pengidentifikasi, dalam tata letak papan untuk menunjukkan di mana komponen tertentu berada pada papan.
• Terakhir namun tidak kalah penting, buat file tata letak/desain Anda saat garis papan selesai. Sekarang Anda secara resmi siap untuk rangkaian PCB, manufaktur, dan fabrikasi (dari konsep ke produksi).

Perangkat Lunak Desain PCB Terbaik Gratis

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

Mereka adalah sebagai berikut;

1. DipTrace; Ini adalah perangkat lunak desain dengan fitur yang mudah digunakan yang tidak mengorbankan fungsionalitasnya. Yang lebih baik, ini ideal untuk semua tingkat pembelajaran dan dapat beroperasi pada sistem seperti Linux, Mac, dan Windows.
2. EasyEDA; Selain gratis, EasyEDA menyediakan kolaborator tim, alat manajemen proyek, desainer perpustakaan, editor PCB, dan capture skematik yang canggih. Juga, memiliki fungsionalitas tanpa batas (berfungsi baik offline maupun online) dan dapat bekerja pada OS Linux, Mac, dan Windows.

EasyEDA

3. CircuitMaker; Mengizinkan Anda merancang tanpa batasan pada dimensi PCB dan hingga 16 plane layers + 16 signals. Ini dapat lebih membantu dalam pemeriksaan aturan desain, visualisasi 3D asli, dan routing canggih. Namun, ini hanya bekerja pada Windows.
4. Autodesk Eagle; Alat desain memiliki editor tata letak PCB untuk merancang PCB dan editor skematik yang merancang diagram sirkuit. Selain tersedia di Mac, Linux, dan Windows, ia memiliki fitur seperti isi perpustakaan komprehensif, routing PCB, penempatan komponen, dll.
5. Osmond PCB; Ini adalah perangkat lunak desain EDA berbasis MAC tunggal dan mendukung desain tata letak PCB dan capture skematik. Selain itu, ia dapat merancang papan dengan hingga 700 pin dan memiliki banyak lapisan papan serta ukuran papan tanpa batas.
6. Fritzing; Ini adalah alat desain PCB ideal untuk beberapa sumber daya pendidikan karena mendukung sirkuit sederhana dengan perangkat lunak untuk menerjemahkan desain ke PCB, stripboard yang dilapisi, atau breadboard tanpa solder.
7. KiCad; KiCad adalah program desain open-source 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 suite fungsionalitas dan fitur yang canggih untuk ahli dan pemula.
8. Easily Applicable Graphical Layout Editor (EAGLE); Ini adalah program desain EDA yang menawarkan para perancang isi perpustakaan komprehensif, routing PCB, penempatan komponen, dll. Selain itu, ia dapat menyimpan file bor Sieb & Myer dan Excellon, plus file tata letak PostScript dan Gerber.

Kesimpulan

Untuk merangkum, kami mungkin telah merumuskan beberapa aturan pada desain PCB dan menyediakan daftar perangkat lunak. Namun, kami mungkin telah melupakan beberapa tantangan desain. Oleh karena itu, jika Anda membutuhkan bantuan, hubungi kami hari ini, dan kami akan menghubungkan Anda dengan ahli engineering dari tim kami untuk bantuan.