แผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นกระดูกสันหลังของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มทางกายภาพที่สามารถติดตั้งชิ้นส่วนต่าง ๆ และทำให้ทำงานร่วมกันได้ ด้านสำคัญอย่างหนึ่งของการออกแบบ PCB คือการสร้างฟุตพรินต์ที่แม่นยำ ซึ่งก็คือรูปร่างซิลูเอตทองแดงและแผ่นรองบัดกรีที่ชิ้นส่วนถูกบัดกรีและวางไว้อย่างถูกต้อง แต่อย่างไรก็ตาม แม้แต่วิศวกรที่มีประสบการณ์ก็ยังอาจทำผิดพลาดเกี่ยวกับฟุตพรินต์ ซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักในการผลิต ต้นทุนการแก้ไขงาน หรือแม้กระทั่งความล้มเหลวของบอร์ด บทความนี้กล่าวถึงข้อผิดพลาดของฟุตพรินต์ PCB ที่พบบ่อยที่สุด ผลกระทบของข้อผิดพลาดเหล่านั้น และแนวทางปฏิบัติในโลกความเป็นจริงเพื่อป้องกัน ไม่ว่าคุณจะกำลังออกแบบวงจร RF ความเร็วสูงหรืออุปกรณ์ IoT นวัตกรรมใหม่ การตระหนักถึงกับดักเหล่านี้สามารถช่วยลดเวลาและต้นทุนได้
รอยเท้า PCB และความสำคัญของมัน
ฟุตพริ้นต์ PCB หรือรูปแบบแผ่นลงจอด เป็นตัวสร้างอินเทอร์เฟซระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) โดยจะประกอบด้วยแผ่นทองแดงสำหรับบัดกรี สัญลักษณ์ซิลค์สกรีนสำหรับระบุอุปกรณ์ และรูยึดหรือนิยามของซอลเดอร์มาสก์ อุปกรณ์ทุกชิ้น ตั้งแต่ตัวต้านทานแบบง่ายไปจนถึงอุปกรณ์ที่ซับซ้อนตะแกรงตะกั่วแบบบอล (BGA)จำเป็นต้องมีฟุตพริ้นต์ของตัวเองที่ออกแบบตามขนาดและรูปแบบขา ข้อผิดพลาดของฟุตพริ้นต์อาจขัดขวางกระบวนการประกอบ ทำให้เกิดข้อบกพร่องทางไฟฟ้า และทำให้บอร์ดไม่สามารถใช้งานได้ ข้อผิดพลาดในการออกแบบ รวมถึงความผิดพลาดของฟุตพริ้นต์ คิดเป็นสัดส่วนสูงถึง 60% ของต้นแบบ PCBความล้มเหลว และโดยการขยายความ ยังเน้นให้เห็นถึงผลกระทบที่สำคัญของมันต่อค่าใช้จ่ายและกำหนดเวลา
ข้อผิดพลาดทั่วไปของฟุตพริ้นต์ PCB และวิธีป้องกัน
ขนาดหรือระยะห่างของแผ่นรองไม่เหมาะสม
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือการสร้างแผ่นรองที่มีขนาดเล็กเกินไป ใหญ่เกินไป หรืออยู่ห่างกันเกินไปสำหรับขาของอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น ตัวต้านทานขนาด 0805 ที่มีแผ่นรองห่างกัน 0.5 มม. แทนระยะห่างที่ต้องการ 0.8 มม. จะทำให้เกิดปัญหาการบัดกรีและการเยื้องศูนย์
ผลที่ตามมา
รอยบัดกรีไม่ดี มีความเสี่ยงต่อการเกิดวงจรเปิด
การจัดวางชิ้นส่วนไม่ตรงแนวและการประกอบที่ล่าช้า
ความเสี่ยงของการเกิด “ทอมบ์สโตน” ในอุปกรณ์เมาท์ติดผิว (Surface-mount device)
วิธีหลีกเลี่ยง:
ตรวจสอบขนาดแผ่นแพดตามดาต้าชีตของคอมโพเนนต์ มาตรฐานอย่างเช่น IPC-7351B แนะนำให้จัดแนวหน้ากากบัดกรีและแผ่นทองแดงให้ตรงกัน
ใช้คอมโพเนนต์ไลบรารี CAD ที่เชื่อถือได้จากซัพพลายเออร์อย่าง Ultra Librarian หรือ SnapEDA
เรียกใช้การตรวจสอบกฎการออกแบบ (DRC) เพื่อระบุข้อบกพร่องด้านระยะห่างล่วงหน้า
การกำหนดหมายเลขขาไม่ตรงกัน
ข้อผิดพลาดในการกำหนดหมายเลขขา เช่น การสลับขาหนึ่งกับอีกขาหนึ่ง เป็นปัญหาร้ายแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงจรรวม (IC) เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งอาจทำให้เกิดการวางทิศทางผิดพลาดระหว่างการประกอบ
ผลที่ตามมา:
การลัดวงจรหรือวงจรเปิดทางไฟฟ้า ซึ่งอาจทำให้ชิ้นส่วนหรือแผงวงจรเสียหายได้
การทำงานล้มเหลวเนื่องจากการกำหนดเส้นทางสัญญาณไม่ถูกต้อง
การทำงานซ้ำหรือการทิ้งต้นแบบที่มีค่าใช้จ่ายสูง
วิธีหลีกเลี่ยง:
ตรวจสอบการกำหนดขา (pin) ของฟุตพรินต์กับข้อมูลในดาต้าชีตและสัญลักษณ์ในสเกแมติกให้ครบถ้วนสองรอบ
ตัวบ่งชี้ขา 1 ที่ชัดเจน เช่น จุดหรือสามเหลี่ยม บนซิลค์สกรีน
ใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB แบบสามมิติในการแสดงภาพตำแหน่งและทิศทางการวางอุปกรณ์ก่อนการผลิต
ระยะห่างระหว่างแผ่นรองไม่เพียงพอ
การเว้นระยะระหว่างแผ่นรองบัดกรีที่ใกล้กันเกินไป โดยเฉพาะบนชิ้นส่วนที่มีระยะพิทช์ละเอียด จะทำให้เกิดสะพานหน้ากากบัดกรีและส่งผลให้เกิดการลัดวงจรและความสมบูรณ์ของสัญญาณลดลง
ผลที่ตามมา
สะพานบัดกรีลัดวงจร
คุณภาพสัญญาณลดลง มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับความถี่สูงการใช้งาน
ข้อบกพร่องที่เพิ่มขึ้น ทำให้ผลผลิตการผลิตลดลง
วิธีหลีกเลี่ยง:
ใช้ระยะห่างขั้นต่ำตามมาตรฐาน IPC-7351B เป็นแนวทาง
ฝากแนวกันบัดกรีระหว่างแผ่นแพดเพื่อยับยั้งการไหลของบัดกรี
แสดงการออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต (DFM)การตรวจสอบเพื่อระบุการละเมิดระดับการอนุมัติ
การออกแบบหน้ากากครีมบัดกรีไม่เพียงพอ
การใช้หน้ากากบัดกรีมากเกินไปหรือน้อยเกินไปทำให้การกระจายตัวของประสานไม่สม่ำเสมอ ส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือของข้อต่อ ตัวอย่างเช่น การออกแบบที่ไม่ดีสำหรับขนาดใหญ่QFNแผ่นรองอาจทำให้เกิดช่องว่างของบัดกรีหรือการเชื่อมต่อ
ผลที่ตามมา:
ช่องว่างของบัดกรี ซึ่งลดการนำไฟฟ้า
ส่วนประกอบลอย ทำให้เกิดการไม่ตรงแนวหรือการตั้งชัน (tombstoning)
ความไวต่อความล้มเหลวทางกลที่เพิ่มสูงขึ้น
วิธีหลีกเลี่ยง:
แบ่งแผ่นรองบัดกรีขนาดใหญ่ที่เปิดโล่งออกเป็นตารางแบบสมมาตรเพื่อให้การกระจายของบัดกรีสม่ำเสมอ
ตรวจสอบขนาดหน้ากากครีมบัดกรีให้ตรงตามเอกสารข้อมูลและแนวทางกำกับ
แสดงภาพการทาบัดกรีแบบสามมิติด้วยซอฟต์แวร์ออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
การละเลยปัญหาด้านความร้อน
รอยเท้าของชิ้นส่วนกำลังสูงต้องมีการระบายความร้อนที่เพียงพอเพื่อกระจายความร้อน ข้อต่อบัดกรีเย็นหรือปัญหาความร้อนสูงเกินไปของชิ้นส่วนเกิดจากการออกแบบที่ไม่ดี
ผลที่ตามมา:
รอยบัดกรีเย็น ทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่ไม่น่าเชื่อถือ
ความร้อนสูงเกินไป ทำให้อายุการใช้งานของชิ้นส่วนลดลง
การบิดงอของแผ่น PCB ระหว่างการรีโฟลว์เนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนไม่สม่ำเสมอ
วิธีหลีกเลี่ยง:
สร้างเทอร์มอลรีลีฟโดยมีซี่เชื่อมต่อแผ่นแพดเข้ากับระนาบทองแดง
ใช้รูผ่านความร้อนใต้แผ่นรองขนาดใหญ่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน
จำลองประสิทธิภาพทางความร้อนด้วยเครื่องมืออย่างAltium Designerตัววิเคราะห์ PDN
แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับฟุตพริ้นต์ PCB ที่เหมาะสม
ใช้ประโยชน์จากมาตรฐานอุตสาหกรรม
การปฏิบัติตามมาตรฐานอย่าง IPC-7351B ช่วยลดข้อผิดพลาดโดยการจัดหาข้อกำหนดสำหรับขนาดแผ่นรอง ระยะห่าง และการออกแบบซอลเดอร์มาสก์
ใช้ไลบรารีคอมโพเนนต์ที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว
หลีกเลี่ยงการสร้างฟุตพรินต์ขึ้นมาใหม่ตั้งแต่ต้น ให้ใช้ไลบรารีที่ผ่านการรับรองแล้วจากเว็บไซต์อย่าง DigiKey, Mouser หรือซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB อย่าง KiCad และAltium Designer.
ทำการตรวจสอบการออกแบบให้สมบูรณ์
ทำการตรวจสอบ DRC และ DFM เพื่อจับข้อผิดพลาดในฟุตพรินต์ก่อนการผลิต ส่งแบบให้วิศวกรคนอื่นช่วยตรวจทานเพื่อจับข้อบกพร่องที่อาจมองข้าม
ต้นแบบและทดสอบ
สร้างต้นแบบเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของขนาดพื้นที่วางแผงวงจร ทดสอบบอร์ดภายใต้สภาพการทำงานจริงเพื่อตรวจสอบข้อบกพร่องของการบัดกรี การถ่ายเทความร้อน และการสัมผัสทางไฟฟ้า
มีส่วนร่วมกับผู้ผลิตตั้งแต่เนิ่น ๆ
ให้ผู้ผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ของคุณมีส่วนร่วมตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบ เพื่อยืนยันว่าฟุตพริ้นต์สอดคล้องกับขีดความสามารถของพวกเขาก่อนที่จะต้องเสียค่าใช้จ่ายในการแก้ไขแบบ
ที่ PCBCart เราเข้าใจดีถึงความท้าทายที่วิศวกรต้องเผชิญในการสร้างฟุตพริ้นต์ PCB ให้สมบูรณ์แบบ โรงงานการผลิตที่ล้ำสมัยและบริการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วของเราช่วยให้นักออกแบบสามารถทดลอง ปรับเปลี่ยน และปรับแต่งดีไซน์ได้อย่างอิสระ การตรวจสอบ DFM แบบครบวงจรของเราช่วยจับข้อผิดพลาดของฟุตพริ้นต์ก่อนการผลิต เพื่อให้มั่นใจได้ถึงอัตราผลิตที่สูงและแผงวงจรที่ไร้ที่ติ ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์สวมใส่ขนาดเล็กหรือคอนโทรลเลอร์อุตสาหกรรมที่ซับซ้อน ความเชี่ยวชาญด้านเทคนิคของ PCBCart จะเปลี่ยนวิสัยทัศน์ของคุณให้กลายเป็นความจริงได้อย่างคุ้มค่าและมีประสิทธิภาพ
ข้อผิดพลาดของฟุตพริ้นต์ PCB สามารถทำให้โครงการที่วางแผนมาอย่างดีต้องสะดุด นำไปสู่ความล่าช้า ต้นทุนที่สูงขึ้น และบอร์ดที่ไม่น่าเชื่อถือ ผ่านการเรียนรู้จากความล้มเหลวและการยึดมั่นในแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด นักออกแบบสามารถสร้างงานออกแบบที่ปราศจากข้อผิดพลาดได้ การออกแบบตามมาตรฐานอุตสาหกรรม การใช้ไลบรารีที่ผ่านการพิสูจน์แล้ว และการตรวจสอบอย่างเข้มงวดควบคู่ไปกับการทำงานร่วมกับผู้ผลิต คือเส้นทางสู่ความสำเร็จ ที่ PCBCart เรามุ่งมั่นที่จะช่วยเหล่าวิศวกรด้วยเครื่องมือและความเชี่ยวชาญที่จำเป็นในการหลีกเลี่ยงหลุมพรางเหล่านี้ เริ่มต้นโครงการ PCB ถัดไปของคุณอย่างมั่นใจ โดยรู้ว่าคุณมีความพร้อมในการสร้างงานออกแบบที่แข็งแรงและมีคุณภาพสูง
ขอใบเสนอราคาประกอบและผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) คุณภาพสูงตอนนี้
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์:
•คู่มือการออกแบบแผงวงจรพิมพ์
•กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) — คู่มือทีละขั้นตอน
•หลักการออกแบบการจัดการความร้อนสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ครอบคลุมที่สุด
•แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการออกแบบเลย์เอาต์ PCB
•ข้อควรพิจารณาในการจัดวางเลย์เอาต์สำหรับ PCB คืออะไร?
•ข้อบกพร่องที่พบบ่อยในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และวิธีป้องกัน
