การออกแบบ PCB สำหรับผู้เริ่มต้น: คำแนะนำทีละขั้นตอนในการสร้างบอร์ดแรกของคุณ

บอร์ดแรกที่มือใหม่ส่งออกมักจะกลับมาพร้อมกับปัญหา 1 ใน 3 ประการ ได้แก่ รอยเท้าของตัวเชื่อมต่ออยู่ห่างจากแผ่นรองประมาณครึ่งมิลลิเมตร ร่องรอยพลังงานอุ่นขณะโหลด หรือแพ็คเกจ Gerber ที่ผู้ผลิตต้องส่งอีเมลถึงคุณก่อนที่งานจะเริ่มได้ ไม่มีข้อผิดพลาดของวงจรเลย เป็นการตัดสินใจเกี่ยวกับเลย์เอาต์และแฮนด์ออฟหลังจากแผนผังทำงานบนหน้าจอแล้ว

สำหรับการออกแบบครั้งแรก เส้นทางที่เชื่อถือได้นั้นแคบ เก็บบอร์ดไว้ด้านเดียวหรือสองชั้น วางตัวเชื่อมต่อและรูยึดทุกตัวก่อนกำหนดเส้นทางการติดตามเดียว ติดตามขนาดกำลังจากตารางปัจจุบันแทนที่จะใช้ตา และปิดท้ายด้วยการตรวจสอบกฎการออกแบบที่ตรงกับสิ่งที่ผู้สร้างของคุณสามารถสร้างได้จริง ส่วนด้านล่างนี้จะอธิบายว่าทำไมจึงมีแต่ละขั้นตอนเหล่านั้น และมีค่าใช้จ่ายเท่าไรเมื่อคุณข้ามไป

เริ่มต้นด้วยแผนผังและรอยเท้าที่คุณสามารถตรวจสอบได้

แผนผังไม่ใช่เอกสารที่คุณทำเสร็จก่อนเริ่มงานออกแบบ "ของจริง" netlist เป็นตัวขับเคลื่อนโครงร่าง รายการวัสดุ และแบบประกอบ และทุกๆ ความไม่ตรงกันที่เหลืออยู่ในนั้นจะกลายเป็นรอยทองแดงที่คุณต้องตัดในภายหลัง

ใช้เวลาชั่วโมงพิเศษในห้องสมุดแทนการจัดวาง พื้นที่เก็บข้อมูลแบบเปิดและไซต์ผู้จัดจำหน่ายเต็มไปด้วยรอยเท้าที่ผู้ใช้รายอื่นวาดไว้ และแผ่นที่แคบเกินไป 0.2 มม. ยังคงดูน่าเชื่อถือบนหน้าจอ ในขณะที่ทำให้การบัดกรีด้วยมือแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

• คัดลอกรูปแบบที่ดินที่แนะนำจากแผ่นข้อมูลส่วนประกอบแทนที่จะวาดด้วยตัวเอง
• ยืนยันการวางแนวของพิน 1 และตรวจสอบว่าชิ้นส่วนนั้นสะท้อนอยู่หรือไม่เมื่ออยู่ด้านล่าง
• ตรวจสอบว่าลานรอยเท้าแต่ละแห่งไม่ทับซ้อนกับเพื่อนบ้าน
• จับคู่จำนวนแผ่นของรอยเท้ากับสัญลักษณ์ก่อนที่จะนำเข้าทั้งสองรายการลงในเค้าโครง

หากคุณยังคงสร้างแบบจำลองทางจิตของโฟลว์ทั้งหมด คำแนะนำเบื้องต้นเกี่ยวกับการออกแบบ PCB ตัวเลือกการเรียงซ้อน และเคล็ดลับในการแก้ไขปัญหานั้นคุ้มค่าที่จะอ่านก่อนที่คุณจะตัดสินใจใช้เครื่องมือเลย์เอาต์ในช่วงสุดสัปดาห์

โดยทั่วไปกระดานแบบด้านเดียวหรือสองชั้นก็เพียงพอแล้ว

สำหรับโปรเจ็กต์แรก หนึ่งหรือสองชั้นมักจะแบกวงจรไว้เสมอ และบอร์ดที่เรียบง่ายกว่านั้นถูกกว่าในการทำ มาถึงเร็วกว่า และง่ายกว่ามากในการทำงานใหม่เมื่อมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น

กระดานด้านเดียววางทุกร่องรอยไว้บนทองแดงด้านล่างและทุกส่วนอยู่ด้านบน ไม่มีจุดอ่อนที่ต้องกังวล และหากร่องรอยหนึ่งต้องข้ามอีกจุดหนึ่ง คุณจะต้องแก้ไขโดยใช้การเชื่อมต่อแบบลวดแทนการออกแบบใหม่ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมโปรเจ็กต์แรกๆ มากมาย — ตัวจับเวลา, การแยกเซ็นเซอร์, ไดรเวอร์ทรานซิสเตอร์ตัวเดียว — ยังคงเป็นด้านเดียว

การตกแต่งพื้นผิวมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้เริ่มต้นคาดหวัง OSP ซึ่งเป็นสารกันบูดในการบัดกรีแบบออร์แกนิก ปล่อยให้ทองแดงแบนที่บัดกรีได้ดี เก็บอายุการเก็บรักษาที่เหมาะสม และมีราคาถูกกว่าการชุบทอง บอร์ด OSP แบบด้านเดียวถือเป็นลำดับแรกที่สมเหตุสมผล เนื่องจากมีน้อยมากที่หัวแร้งที่งุ่มง่ามสามารถสร้างความเสียหายได้

บอร์ด OSP PCB ด้านเดียว OSP PCB ด้านเดียวใช้การเคลือบพื้นผิวแบบฟิล์มบัดกรีอินทรีย์ (OSP) ซึ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและปลอดสารพิษ พวกเขามีแผ่นแบนสูง มากิ... ดูผลิตภัณฑ์ →

สองชั้นทำให้คุณได้ระนาบกราวด์ต่อเนื่องที่ด้านหนึ่ง ซึ่งเป็นการปรับปรุงคุณภาพเสียงและสัญญาณที่ใหญ่ที่สุดด้วยเงินเพียงเล็กน้อย หากการออกแบบของคุณมีตัวควบคุมสวิตช์ บัส SPI หรือคริสตัล ให้เริ่มต้นที่สองชั้น

ย้ายไปที่สี่เลเยอร์เมื่อต้องการการกำหนดเส้นทางหรือเสียงรบกวน

สี่ชั้นจะไม่หรูหราอีกต่อไปเมื่อความหนาแน่นของสัญญาณหรือความเร็วสัญญาณนาฬิกาเพิ่มขึ้น การจัดเรียงมาตรฐานที่เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นคือ สัญญาณ กราวด์ กำลัง และสัญญาณ: ทุกร่องรอยจะมีระนาบอ้างอิงที่ต่อเนื่องอยู่ข้างใต้ ซึ่งจะลบการคาดเดาเส้นทางกลับส่วนใหญ่ที่รบกวนเค้าโครงสองชั้น

ขั้นจากสองชั้นเป็นสี่ขั้นนั้นเป็นเรื่องจริง แต่มักจะเล็กกว่าที่ผู้คนกลัว และซื้อบอร์ดที่เงียบกว่าและมีเวลาในการจัดวางน้อยกว่ามาก โครงสร้างสี่ชั้นมาตรฐานพร้อมหน้ากากประสานสีเขียวและการเคลือบผิว OSP คือจุดที่การออกแบบจริงจังครั้งแรกๆ จำนวนมากสิ้นสุดลง

PCB OSP สีเขียว 4 ชั้น สี่ชั้น double-sided green OSP boards, using high-Tg FR-4 substrate and environmentally friendly OSP (organic soldering flux) surface treatment process, the green s... ดูผลิตภัณฑ์ →

วางส่วนประกอบต่างๆ ก่อนที่คุณจะกำหนดเส้นทางใดๆ

ตำแหน่งจะตัดสินความยากในการกำหนดเส้นทางส่วนใหญ่ของคุณ ผู้เริ่มต้นมักจะวางชิ้นส่วนคร่าวๆ เริ่มกำหนดเส้นทาง จากนั้นจึงพบว่าตัวเชื่อมต่อต้องเคลื่อนที่

1. วางขั้วต่อ สวิตช์ ไฟ LED และรูสำหรับติดตั้งก่อน เนื่องจากกล่องหุ้มจะตัดสินใจว่าจะไปที่ใด
2. เพิ่มชิ้นส่วนที่มีข้อจำกัดทางกล ถัดไป: คริสตัล เสาอากาศ ฮีทซิงค์ หรืออะไรก็ตามที่มีพื้นที่กั้น
3. วางตัวเก็บประจุแบบแยกตัวแต่ละตัวให้ใกล้กับพินกำลังที่ทำหน้าที่ให้บริการมากที่สุด โดยจะอยู่ด้านเดียวกันหากมีพื้นที่ว่าง
4. จัดเรียงส่วนประกอบที่เหลือเพื่อให้การเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบเหล่านั้นสั้นลง จากนั้นจึงเริ่มกำหนดเส้นทาง

เก็บทองแดงให้ห่างจากโครงร่างของบอร์ดอย่างน้อย 0.3 มม. เว้นแต่ผู้ผลิตจะระบุไว้เป็นอย่างอื่น และโปรดจำไว้ว่าขอบที่มีรอยหยักหรือเป็นเส้นรูปตัว V จะนำวัสดุออกหลังการประกอบ อย่าฝังจุดทดสอบไว้ใต้ส่วนสูง และปล่อยให้มีห้องตรวจรอบๆ ทุกสิ่งที่คุณต้องการวัด เพราะคุณจะวัดเอง

ขนาดร่องรอยจากปัจจุบัน ไม่ใช่จากนิสัย

ความกว้างของการติดตามคือการตัดสินใจเรื่องความร้อนก่อนที่จะเป็นอย่างอื่น ร่องรอยที่แคบเกินไปสำหรับกระแสความร้อนที่เพิ่มขึ้น และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น — ไม่ใช่กระแสเพียงอย่างเดียว — คือสิ่งที่สร้างความเสียหายให้กับลามิเนตหรือข้อต่อประสานในที่สุด

เส้นโค้ง IPC-2221 อยู่เบื้องหลังเครื่องคิดเลขความกว้างการติดตามออนไลน์เกือบทุกเครื่อง และมีรูปแบบที่เรียบง่าย: ความกว้างจะขยายเร็วกว่ากระแสไฟฟ้า การเปลี่ยนจาก 1 ก เป็น 2 ก บนความหนาทองแดงเท่ากัน ความกว้างที่ต้องการจะคูณประมาณ 2.6 ไม่ใช่ 2 ร่องรอยของชั้นในยังร้อนกว่าเนื่องจากลามิเนตกักเก็บความร้อน ดังนั้น ร่องรอยภายในจึงต้องการความกว้างประมาณ 2.6 เท่าของความกว้างเทียบเท่าของชั้นนอก

ถือว่าตัวเลขเหล่านี้เป็นค่าต่ำสุดสำหรับอุณหภูมิเท่านั้น แรงดันตกคร่อม อิมพีแดนซ์ที่ควบคุม และกระแสฟิวส์ ความกว้างของพุชทั้งหมดสูงขึ้น

เมื่อการออกแบบเป็นไปตามกระแสอย่างแท้จริง น้ำหนักทองแดงและการตกแต่งพื้นผิวจะกลายเป็นการตัดสินใจเกี่ยวกับเลย์เอาต์ แทนที่จะซื้อรายละเอียด ทองแดงสองออนซ์จะลดความกว้างของโต๊ะลงครึ่งหนึ่งโดยประมาณ และการบัดกรีแบบไร้สารตะกั่ว เช่น ที่ใช้บนกระดานไร้สารตะกั่วสองด้านที่สร้างขึ้นสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การระบุตั้งแต่เนิ่นๆ เนื่องจากจะทำให้ทั้งกระบวนการและพื้นผิวที่คุณจะบัดกรีเปลี่ยนไป

PCB บัดกรีไร้สารตะกั่วสีเขียวสองด้านสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและยานยนต์ กระดานชุบดีบุกไร้สารตะกั่วสีเขียวสองด้าน แผงกั้นโลหะหนาที่เกิดจากการเคลือบดีบุกมีประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่ดีเยี่ยม และความสามารถในการจัดการเ... ดูผลิตภัณฑ์ →

เรขาคณิตก็มีความสำคัญเช่นกัน กำหนดเส้นทางที่ 45 องศา แทนที่จะเป็น 90 รักษาลูปกระแสสูงให้มีขนาดเล็ก และดำเนินการติดตามสัญญาณบนพื้นที่ไม่ขาดตอนในทุกที่ที่การซ้อนกันอนุญาต

เรียกใช้ DRC กับขีดจำกัดที่แท้จริงของ Fabricator

การตรวจสอบกฎการออกแบบไม่ใช่พิธีการที่บันทึกไว้ในตอนท้าย ตั้งกฎของคุณจากความสามารถที่เผยแพร่ของ Fabricator ก่อนที่คุณจะเริ่มต้น จากนั้นรันการตรวจสอบหลังการจัดวาง และอีกครั้งหลังจากการกำหนดเส้นทาง

โรงงานหลายชั้นสามารถรองรับความกว้างของเส้นและระยะห่างได้ 3/3 mil — กระดานเคลือบทอง 6 ชั้นในรูปทรงนั้นเป็นการผลิตตามปกติสำหรับโรงงานหลายแห่ง — แต่การออกแบบที่ 6/6 mil นั้นทำให้บอร์ดแรกที่ช้าไม่มีประสิทธิภาพเลย และเหลือส่วนต่างจากการเปลี่ยนแปลงจำหลักและราคาที่ถูกกว่า

ก่อนส่งออก ให้ล้างการตรวจสอบเหล่านี้:

• ตาข่ายแบบแผ่นเดียวที่ไม่ได้เชื่อมต่อ ซึ่งโดยปกติหมายความว่าสัญลักษณ์แผนผังไม่เคยถูกเชื่อมต่อ
• การละเมิดระยะห่างระหว่างร่องรอย แผ่นอิเล็กโทรด และการเททองแดง
• ซิลค์สกรีนที่พิมพ์บนแผ่นสัมผัส ซึ่งรบกวนการบัดกรี
• แหวนวงแหวนและขนาดดอกสว่านที่ต่ำกว่าขนาดขั้นต่ำของผู้ผลิต
• แผ่นอิเล็กโทรดที่ทับซ้อนกันหรือซ้ำกัน ซึ่งมักจะทิ้งไว้เมื่อมีการแก้ไขรอยเท้า

จากนั้นส่งออก Gerbers ในรูปแบบ RS-274X หนึ่งไฟล์ต่อเลเยอร์ รวมถึงไฟล์เจาะ NC ในหน่วยที่ตรงกันและบันทึกข้อความสั้นๆ ที่แสดงจำนวนชั้น ความหนาของบอร์ด น้ำหนักทองแดง ผิวสำเร็จ และข้อกำหนดด้านอิมพีแดนซ์ใดๆ ทุกคำถามที่ผู้ผลิตต้องถามคุณจะเพิ่มวันในใบเสนอราคา

สิ่งที่ต้องส่งและสิ่งที่ได้รับกลับมา

การผลิตจะรวดเร็วเมื่อไฟล์ถูกต้อง ระยะเวลารอคอยสินค้ามาตรฐานสำหรับบอร์ดที่ไม่ซับซ้อนมีลักษณะดังนี้:

• ชุดใหญ่ด้านเดียวและสองด้าน: 6 ถึง 7 วัน
• 4 ถึง 8 ชั้น: 9 ถึง 20 วัน
• 10 ถึง 16 ชั้น: 20 ถึง 25 วัน
• 16 ถึง 32 ชั้น: 25 ถึง 45 วัน
• บอร์ด HDI: ภายใน 25 วัน
• ต้นแบบสองด้าน: เร็วถึง 24 ชั่วโมง

ราคาขึ้นอยู่กับขนาด จำนวนชั้น น้ำหนักทองแดง ผิวสำเร็จ ปริมาณ และแรงกดที่คุณยอมรับได้ การรับรองแสดงให้เห็นว่าตลาดใดที่โรงงานสามารถรองรับได้: ISO 9001, ISO 14001 และ ISO 45001 ครอบคลุมการจัดการคุณภาพ สิ่งแวดล้อม และความปลอดภัยโดยทั่วไป ในขณะที่ IATF 16949 มีความสำคัญเมื่อคณะกรรมการไปอยู่ในยานพาหนะ และ UL มีความสำคัญเมื่อมีการจำหน่ายผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปในอเมริกาเหนือ การอ่านหน้าบริการของผู้ที่คาดว่าจะเป็นซัพพลายเออร์ก่อนที่คุณจะล็อค Gerbers จะบอกคุณว่าพิกัดความเผื่อและระยะเวลาสิ้นสุดของการทำงานในแต่ละวันจะเป็นอย่างไร ซึ่งมีประโยชน์มากกว่าค่าขั้นต่ำที่พิมพ์ไว้ในตารางความสามารถ

หากคุณนำลำดับหนึ่งออกไปจากบทความนี้ ให้สร้างเป็นลำดับนี้:

1. วาดแผนผังและตรวจสอบทุกรอยเท้าเทียบกับแผ่นข้อมูล
2. เลือกจำนวนเลเยอร์ต่ำสุดที่นำสัญญาณของคุณ และเพิ่มระนาบกราวด์ทันทีที่คุณย้ายไปยังสองชั้น
3. วางขั้วต่อ รูสำหรับติดตั้ง และแยกตัวเก็บประจุออกก่อนกำหนดเส้นทางใดๆ
4. ปรับขนาดการติดตามกำลังจากตารางปัจจุบัน และทำให้ลูปปัจจุบันสั้น
5. เรียกใช้ DRC ส่งออก RS-274X Gerbers ด้วยไฟล์เจาะ NC และส่งแพ็คเกจพร้อมบันทึกสแต็กอัพที่เป็นลายลักษณ์อักษร

จากนั้นสั่งซื้อต้นแบบจำนวนเล็กน้อย เพิ่มกำลังอย่างช้าๆ และจดบันทึกสิ่งที่คุณต้องการเปลี่ยนแปลง บอร์ดที่สองย่อมดีกว่าบอร์ดแรกเสมอ และวิธีที่เร็วที่สุดในการเรียนรู้การออกแบบ PCB ก็คือเรียนให้จบหนึ่งแผ่น