6 Tips Desain PCB Praktis untuk Menghindari 90% Kesalahan Manufaktur! Bahkan Pemula Bisa Cepat Memulai

Saat merancang sirkuit, banyak orang memfokuskan seluruh energinya pada skema dan pemilihan komponen, dengan tergesa-gesa menyelesaikan tahap tata letak dan perutean PCB. Hasilnya? Entah kesalahan sering terjadi selama produksi pabrik, atau papan sirkuit rusak setelah digunakan dalam waktu singkat—panas berlebih, interferensi sinyal, penyolderan yang buruk—masalah ini sebenarnya dapat dihindari sebelumnya melalui desain yang ilmiah. Hari ini, kita akan menguraikan teknik inti desain PCB untuk membantu Anda dengan cepat membuat papan sirkuit yang dapat diproduksi dan stabil secara fungsional!

I. Penempatan Komponen: Lebih dari Sekadar Kerapian, Kemudahan Penyolderan dan Kegunaan

Penempatan komponen adalah fondasi desain PCB, yang membutuhkan kepatuhan terhadap logika sirkuit dan kompatibilitas dengan proses produksi. Banyak pemula hanya mengejar "penampilan yang rapi," mengabaikan persyaratan penyolderan dan perakitan yang sebenarnya.

Orientasi Seragam Menghemat Waktu

Menempatkan komponen serupa seperti resistor dan kapasitor dalam arah yang sama mengurangi kebutuhan akan penyesuaian sudut yang sering dilakukan oleh mesin selama penyolderan, meningkatkan efisiensi dan mengurangi kemungkinan sambungan solder dingin dan penyolderan yang salah. Komponen dengan ukuran berbeda tidak boleh saling menghalangi.

Hindari menempatkan komponen kecil langsung di bawah atau di belakang komponen besar. Jika tidak, saat menyolder komponen besar, komponen kecil akan terhalang, menciptakan "area bayangan" yang menghambat penyolderan.

Sederhanakan perakitan dengan mengkategorikan komponen.
Usahakan untuk menempatkan komponen pemasangan permukaan (SMT) pada sisi yang sama dari papan sirkuit, dan konsentrasikan komponen melalui lubang (TH) di bagian atas. Ini menghindari pembalikan berulang selama perakitan pabrik, mengurangi biaya produksi. Jika dua jenis komponen harus digunakan bersama, pertimbangkan biaya proses perakitan tambahan sebelumnya.

II. Desain Jalur: Daya, Ground, dan Rute Sinyal Harus Teliti.

Setelah menempatkan komponen, rencanakan perutean daya, ground, dan jalur sinyal, karena ini secara langsung memengaruhi stabilitas sirkuit. Banyak masalah interferensi sinyal dan ketidakstabilan daya berasal dari masalah perutean.

Lapisan Daya dan Ground pada Lapisan Dalam.
Tempatkan lapisan daya dan ground di dalam papan sirkuit, pertahankan simetri dan pemusatan. Ini mencegah papan sirkuit menekuk dan memungkinkan penempatan komponen yang lebih presisi. Saat memberi daya pada chip, gunakan jalur yang lebih tebal dan hindari koneksi daisy-chain (menghubungkan komponen secara seri) untuk mencegah ketidakstabilan tegangan.

Jalur sinyal harus "pendek dan lurus." Jalur sinyal antara komponen harus mengikuti jalur terpendek yang memungkinkan; koneksi langsung lebih disukai daripada tekukan. Jika suatu komponen perlu diperbaiki secara horizontal, jalankan jalur secara horizontal untuk jarak pendek sebelum berbelok secara vertikal. Ini mencegah aliran solder selama penyolderan menyebabkan ketidaksejajaran komponen; sebaliknya, menjalankan jalur secara vertikal terlebih dahulu dapat menyebabkan komponen miring.

Lebar jalur harus mengikuti arus. Untuk sinyal arus rendah biasa (seperti sinyal digital dan analog), jalur selebar 0,010 inci (10mil) sudah cukup. Jika arus melebihi 0,3 amp, lebar jalur harus ditingkatkan; semakin tinggi arusnya, semakin lebar jalur harus untuk mencegah panas berlebih dan terbakar.

III. Desain Isolasi: Digital, Analog, dan Catu Daya Harus Terpisah.

Sirkuit catu daya tegangan tinggi, arus tinggi dapat dengan mudah mengganggu sirkuit kontrol atau analog yang sensitif, yang mengarah pada masalah "jitter sinyal" yang dialami banyak orang. Isolasi yang tepat secara signifikan mengurangi interferensi.

Ground Daya dan Ground Kontrol Harus Terpisah. Ground daya dan ground kontrol dari setiap catu daya harus dirutekan secara terpisah, tidak dicampur. Jika koneksi diperlukan, itu hanya boleh dibuat di akhir jalur daya untuk menghindari konduksi interferensi. Isolasi Ketat Sirkuit Digital dan Analog

Jika papan sirkuit berisi sirkuit digital (seperti mikrokontroler) dan sirkuit analog (seperti sensor), mereka harus ditata secara terpisah, dan jalur impedansi yang tepat harus disediakan untuk bidang ground dari lapisan menengah. Sinyal analog hanya boleh berjalan pada ground analog dan tidak boleh bersilangan dengan ground digital untuk mengurangi interferensi kopling kapasitif.

IV. Disipasi Panas: Jangan Biarkan Panas Merusak Papan Sirkuit Anda

Banyak papan sirkuit mengalami penurunan kinerja atau bahkan terbakar setelah digunakan dalam jangka waktu tertentu, kemungkinan besar karena disipasi panas yang tidak memadai. Ini terutama berlaku untuk komponen daya, di mana penumpukan panas dapat sangat memengaruhi masa pakainya.

Identifikasi "Raksasa Panas"

Periksa lembar data komponen untuk parameter resistansi termal (TRT)-nya. Hasil TRT yang lebih rendah menghasilkan disipasi panas yang lebih baik. Jauhkan komponen berdaya tinggi (seperti transistor dan chip daya) dari komponen sensitif, dan tambahkan heat sink atau kipas kecil jika perlu.

Pad Udara Panas adalah Kuncinya

Komponen melalui lubang harus menggunakan pad udara panas. Ini memperlambat disipasi panas dari pin, memastikan suhu yang cukup selama penyolderan dan mencegah sambungan solder dingin. Selain itu, menambahkan pad "teardrop" pada titik koneksi antara pad dan jalur memperkuat dukungan foil tembaga dan mengurangi tekanan termal dan mekanis.

Metode Koneksi Pad Udara Panas Khas

V. Pad Udara Panas: "Alat Ajaib" untuk Cacat Penyolderan

Banyak pemula tidak menyadari fungsi pad udara panas, yang mengakibatkan rangkaian terbuka, sambungan solder dingin, dan sambungan solder yang buruk, yang tidak dapat diselesaikan dengan berulang kali menyesuaikan suhu oven. Akar masalahnya terletak pada desain kabel.

Area besar foil tembaga daya atau ground memanas secara perlahan dan membuang panas dengan cepat. Jika timah solder dari komponen kecil (seperti resistor dan kapasitor kemasan 0402) terhubung langsung ke foil tembaga besar, suhu tidak akan mencapai titik leleh solder selama penyolderan, yang mengakibatkan sambungan solder dingin. Selama penyolderan manual, panas dengan cepat dihantarkan, juga mencegah penyolderan yang berhasil.

Prinsip pad udara panas sederhana: menghubungkan pad ke area besar foil tembaga melalui beberapa strip tembaga tipis memastikan konduktivitas listrik sambil mengurangi area disipasi panas. Ini memungkinkan pad untuk mempertahankan suhu yang cukup selama penyolderan, memastikan solder menempel erat ke pad.

VI. Pemeriksaan Desain: Jangan Menghemat Langkah Terakhir

Setelah menyelesaikan desain, selalu lakukan pemeriksaan ganda; jika tidak, bahkan kesalahan kecil dapat membuat seluruh papan sirkuit tidak dapat digunakan.

Pertama, jalankan "pemeriksaan aturan": Gunakan fungsi Electrical Rule Check (ERC) dan Design Rule Check (DRC) dalam perangkat lunak desain untuk memeriksa lebar jalur, spasi, hubungan pendek, jaringan yang tidak dirutekan, dll., untuk memastikan kepatuhan terhadap persyaratan manufaktur.

Kedua, verifikasi sinyal demi sinyal: Dari skema ke PCB, periksa koneksi setiap saluran sinyal untuk menghindari kelalaian atau kesalahan. Gunakan fungsi pelindung perangkat lunak untuk mengonfirmasi bahwa tata letak cocok dengan skema.

Kesimpulan

Desain PCB mungkin tampak rumit, tetapi intinya berkisar pada "kemampuan manufaktur" dan "stabilitas." Penempatan komponen yang tepat, memastikan jalur yang pendek dan lebar, menerapkan isolasi dan disipasi panas yang baik, memanfaatkan pad udara panas secara efektif, dan akhirnya, melakukan pemeriksaan menyeluruh—enam langkah ini akan membantu Anda menghindari sebagian besar jebakan.

Pemula tidak perlu berusaha untuk mencapai kesempurnaan di awal. Kuasai keterampilan dasar ini terlebih dahulu, lalu optimalkan bersama dengan proyek dunia nyata. Anda akan dengan cepat dapat merancang papan sirkuit berkualitas tinggi. Ingat, desain PCB yang baik tidak hanya mengurangi biaya produksi tetapi juga membuat kinerja sirkuit lebih stabil dan memperpanjang masa pakainya.