Dari gambar desain hingga produksi massal yang sebenarnya, papan sirkuit harus mengatasi banyak rintangan, termasuk proses, manufaktur, integritas sinyal, dan EMC.Artikel ini akan secara sistematis menguraikan logika desain di sekitar 13 konsep inti umum tetapi penting dalam desain PCB, meningkatkan kemampuan berpikir dan desain rekayasa PCB Anda.

1. FR4 bahan papan: Batu penjuru dunia sinyal

FR-4, substrat PCB yang paling umum digunakan, adalah laminasi berlapis tembaga yang terbuat dari serat kaca dan resin epoksi.

• Low Tg Board (Tg≈130°C): Digunakan untuk aplikasi umum.
• Medium Tg Board (Tg>150°C): Cocok untuk sirkuit kompleksitas menengah.
• Papan Tg Tinggi (Tg≥170°C): Direkomendasikan untuk lingkungan pengelasan suhu tinggi, proses bebas timbal, dan skenario keandalan tinggi, seperti otomotif dan komunikasi.

Papan Tg tinggi tidak hanya memiliki ketahanan panas yang kuat tetapi juga ketahanan kelembaban dan kimia yang jauh lebih baik,memastikan stabilitas dimensi papan multilayer selama operasi jangka panjang.

2. Impedansi Pencocokan: "Pelihara High-Speed Routing Sinyal

Dalam sirkuit digital berkecepatan tinggi (seperti DDR, USB, PCIe), sinyal tanpa pencocokan impedansi yang tepat akan mengalami masalah seperti refleksi dan crosstalk.:

• Impedansi diferensial: 100Ω/90Ω
• Impedansi ujung tunggal: 50Ω

Cara mendesain pencocokan: Simulasi yang akurat diperlukan, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti lapisan tumpukan, lebar jejak dan jarak, bidang referensi, dan konstanta dielektrik.

3Proses Pengolahan Permukaan: Menentukan Kualitas dan Umur Soldering

Lima Perawatan Permukaan Umum:

Emas pencelupan atau timah pencelupan sangat direkomendasikan untuk kontrol impedansi frekuensi tinggi.

4. Core Board/Prepreg: Bahan Utama Menentukan Ketebalan Papan, Layer Stack-up, dan Kinerja Listrik

Core board (Core) + PP (Prepreg) menentukan struktur dan stabilitas multilayer board.dan konstanta listrik semua perlu dipertimbangkan dalam hubungannya dengan simulasi layer-stack-up.

• Inti: Papan kaku dengan laminasi tembaga dua sisi
• PP: Resin semi-padat yang digunakan untuk ikatan antarlapisan

Proporsi yang tepat sangat penting untuk menghindari masalah proses seperti penyimpangan papan, kekosongan, dan pengelupasan tembaga selama laminasi.

5Garis diferensial: Routing simetris sangat penting untuk integritas sinyal

Sinyal diferensial digunakan untuk transmisi data berkecepatan tinggi, seperti LVDS, USB, dan PCIe, dan harus memenuhi persyaratan berikut:

• Panjang, lebar, dan jarak yang sama
• Referensi bidang tanah yang konsisten
• Hindari bidang acuan diskontinu

Asimetri dalam jejak diferensial secara langsung mempengaruhi bias jam dan crosstalk, dan harus dipertimbangkan secara komprehensif selama fase tata letak.

6. Integritas Sinyal (SI): Jiwa desain PCB berkecepatan tinggi

Lima faktor utama yang mempengaruhi integritas sinyal:

• Refleksi (ketidakcocokan impedansi)
• Crosstalk (jejak terlalu dekat satu sama lain)
• Ground bounce (interferensi arus balik tanah yang dihasilkan oleh switching serentak dari beberapa chip)
• Desain penyaringan yang tidak tepat
• Desain struktur PCB yang tidak memadai

Masalah SI sering menyebabkan kegagalan sistem, reset yang sering, dan kesalahan data.

7. Refleksi Sinyal: Mencegah Sinyal dari "Kembali di Jalur yang Sama"

Refleksi sinyal dapat menyebabkan:

• Kehabisan tenaga
• Undershoot
• Mendengar
• Bentuk gelombang bertahap

Untuk mengontrol refleksi, selain pencocokan impedansi, pencocokan terminasi yang tepat (sumber dan ujung beban) diperlukan, dan istirahat bidang referensi harus dihindari.

8. Crosstalk: "Polusi Kebisingan" Antara Lini Sinyal

Garis kecepatan tinggi yang padat tanpa referensi tanah akan menghasilkan crosstalk yang parah, terutama terlihat dalam DDR atau rute paralel bus kecepatan tinggi.

Kopling kapasitif → arus crosstalk
Kopling induktif → Tegangan crosstalk
Solusi: Tambahkan pelindung pesawat darat, jaga jarak yang tepat antara jejak, dan kendalikan arah jejak.

9Lapisan Daya Internal: Senjata Rahasia untuk Pasokan Listrik yang Stabil dan Penghapusan Interferensi

Daya dan tanah harus dirancang sebagai bidang luas dengan partisi yang wajar dan padat melalui penempatan untuk menghindari pulau terapung dan loop daya yang rusak.

10. Blind/Buried Vias: Teknik Kunci dalam Desain PCB Densitas Tinggi

• Buta urutan pertama melalui: L2-TOP
• Buta urutan kedua melalui: L3-TOP
• Dibakar melalui: Terhubung antara L3-L6

Vias buta / terkubur banyak digunakan dalam papan HDI, secara signifikan meningkatkan pemanfaatan ruang, tetapi mereka memberlakukan biaya dan persyaratan pemrosesan yang tinggi.

11Titik pengujian: "Fuse" untuk debugging produksi massal

Digunakan untuk pengujian fungsional, pemrograman dalam sirkuit, dan penentuan posisi debugging.

12Poin Tanda: Memastikan Keakuratan Penempatan SMT

Digunakan untuk penempatan posisi SMT. Rekomendasi desain titik tanda:

• Sebagian besar melingkar 1 mm;
• Biarkan lubang topeng solder di sekitar titik tanda;
• Tiga titik tanda pada papan harus disusun secara simetris dengan foil tembaga latar belakang yang konsisten.

13Lubang PTH/NPTH: Pembawa untuk koneksi dan pemasangan

• PTH (Metallized Hole): Digunakan untuk koneksi listrik;
• NPTH (Non-metallic Hole): Digunakan untuk posisi struktural, pemasangan sekrup, dll.

Atribut lubang harus ditandai secara akurat dalam file teknik selama pengolahan untuk menghindari pengolahan ulang.

Kesimpulan: Menguasai Rincian Utama Memimpin ke Desain PCB Berkualitas Tinggi

Desain PCB bukan hanya "gambar", tetapi proyek rekayasa sistem yang kompleks yang mempertimbangkan kinerja listrik, kelayakan proses, biaya produksi, dan pemeliharaan di masa depan.Memahami logika desain dan signifikansi teknik di balik setiap istilah adalah titik awal untuk menjadi insinyur PCB profesional.