กฎทองสิบประการของการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

แม้ว่าระดับการบูรณาการของเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบันจะสูงขึ้นเรื่อย ๆ มีระบบบนชิปสำหรับการใช้งานหลายประเภทที่สามารถนำมาใช้ได้ตลอดเวลา และบอร์ดพัฒนาที่ทรงพลังพร้อมใช้งานก็หาซื้อได้ง่ายขึ้นเรื่อย ๆ แต่การใช้งานจำนวนมากในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ยังคงจำเป็นต้องใช้แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) แบบกำหนดเอง ในการพัฒนาแบบครั้งเดียว แม้แต่ PCB ทั่วไปก็สามารถมีบทบาทที่สำคัญมากได้ PCB เป็นแพลตฟอร์มทางกายภาพสำหรับการออกแบบ และเป็นส่วนที่ยืดหยุ่นที่สุดสำหรับการออกแบบระบบอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์ต้นแบบ

บทความนี้จะแนะนำกฎทองสิบข้อที่วิศวกรออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ควรจดจำและปฏิบัติเมื่อใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบสำหรับการออกแบบเลย์เอาต์ PCB และการผลิตเชิงพาณิชย์ กฎส่วนใหญ่เหล่านี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปตั้งแต่การออกแบบ PCB เชิงพาณิชย์ถือกำเนิดขึ้นเมื่อ 25 ปีก่อน และสามารถประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวางกับโครงการออกแบบ PCB หลากหลายประเภท กฎเหล่านี้มีบทบาทชี้นำอย่างยิ่งต่อวิศวกรออกแบบอิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่และผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ที่มีประสบการณ์

กฎข้อที่ 1: เลือกชุดกริดที่เหมาะสมและใช้ระยะห่างของกริดที่ตรงกับจำนวนคอมโพเนนต์มากที่สุดเสมอ

แม้ว่าระบบหลายกริดจะดูมีประสิทธิภาพ หากวิศวกรสามารถคิดให้มากขึ้นในระยะเริ่มต้นของการออกแบบเลย์เอาต์ PCBพวกเขาสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาที่พบในระหว่างการตั้งค่าช่วง และเพิ่มการประยุกต์ใช้งานแผงวงจรให้สูงสุดได้ เนื่องจากอุปกรณ์จำนวนมากใช้ขนาดแพ็กเกจหลายแบบ วิศวกรจึงควรใช้ผลิตภัณฑ์ที่เอื้อต่อการออกแบบของตนเองมากที่สุด นอกจากนี้ รูปหลายเหลี่ยมยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเคลือบทองแดงบนแผงวงจร แผงวงจรแบบหลายกริดมักเกิดความคลาดเคลื่อนของการเติมรูปหลายเหลี่ยมเมื่อมีการเคลือบทองแดงแบบรูปหลายเหลี่ยม แม้ว่าจะไม่เป็นมาตรฐานเท่ากับการอ้างอิงบนกริดเดียว แต่ก็สามารถให้อายุการใช้งานของแผงวงจรได้มากกว่าที่ต้องการ

กฎข้อที่ 2: รักษาเส้นทางให้สั้นที่สุดและตรงที่สุด

ฟังดูเหมือนเป็นเรื่องง่ายและพบได้ทั่วไป แต่ควรคำนึงถึงในทุกขั้นตอน แม้ว่าจะหมายถึงการต้องเปลี่ยนเลย์เอาต์ของแผงวงจรเพื่อให้เหมาะสมกับความยาวของสายไฟก็ตาม

กฎข้อที่ 3: ใช้เลเยอร์พลังงานให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อจัดการการกระจายของสายไฟและสายกราวด์

ชั้นทองแดงสำหรับเพาเวอร์เป็นตัวเลือกที่รวดเร็วและง่ายกว่าสำหรับซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB ส่วนใหญ่ โดยการเชื่อมต่อสายจำนวนมากเข้าด้วยกันเป็นจุดร่วม สามารถทำให้มั่นใจได้ว่ามีกระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงสุดและมีอิมพีแดนซ์หรือแรงดันตกคร่อมต่ำที่สุด พร้อมทั้งยังให้เส้นทางการไหลกลับของกราวด์ที่เพียงพอ

กฎข้อที่ 4: จัดกลุ่มส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องเข้าด้วยกันพร้อมจุดทดสอบที่จำเป็น

กฎข้อที่ 5: คัดลอกแผงวงจรที่ต้องการไปยังแผงวงจรขนาดใหญ่กว่าอีกแผ่นหนึ่งหลาย ๆ ครั้งเพื่อทำการจัดวาง PCB

การเลือกขนาดที่เหมาะสมที่สุดกับอุปกรณ์ที่ผู้ผลิตใช้งานจะช่วยลดต้นทุนของการสร้างต้นแบบและการผลิตได้ ขั้นแรกให้ทำเลย์เอาต์แผงวงจรบนแผง ติดต่อผู้ผลิตแผงวงจรเพื่อขอรับข้อมูลสเปกขนาดแผงที่พวกเขาแนะนำ จากนั้นปรับเปลี่ยนสเปกการออกแบบของคุณ และพยายามจัดวางแบบของคุณซ้ำหลาย ๆ ครั้งภายในขนาดแผงเหล่านี้

กฎข้อที่ 6: ผสานรวมค่าของคอมโพเนนต์

ในฐานะนักออกแบบ คุณจะเลือกใช้คอมโพเนนต์แบบแยกชิ้นที่มีค่าคอมโพเนนต์สูงหรือต่ำกว่า แต่ให้ประสิทธิภาพเหมือนกัน โดยการบูรณาการให้อยู่ภายในช่วงค่ามาตรฐานที่แคบลง จะช่วยให้สามารถทำให้บิลวัสดุ (BOM) เรียบง่ายขึ้นและลดต้นทุนได้ หากคุณมีชุดผลิตภัณฑ์แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่อิงตามค่าของคอมโพเนนต์ที่ต้องการ ก็จะเอื้อต่อการตัดสินใจบริหารจัดการสต็อกจากมุมมองระยะยาวได้อย่างถูกต้องมากยิ่งขึ้น

กฎข้อที่ 7: ดำเนินการตรวจสอบกฎการออกแบบ (DRC) ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

แม้ว่าการรันฟังก์ชัน DRC บนซอฟต์แวร์ PCB จะใช้เวลาเพียงสั้น ๆ แต่ในสภาพแวดล้อมการออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น ตราบใดที่คุณทำการตรวจสอบอยู่เสมอระหว่างกระบวนการออกแบบ คุณก็สามารถประหยัดเวลาได้มาก นี่เป็นนิสัยที่ดีซึ่งควรรักษาไว้

กฎข้อที่ 8: ใช้งานการพิมพ์สกรีนอย่างยืดหยุ่น

การพิมพ์สกรีนสามารถใช้ทำเครื่องหมายข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่าง ๆ สำหรับการใช้งานในอนาคตโดยผู้ผลิตแผงวงจร วิศวกรบริการหรือทดสอบ ช่างติดตั้ง หรือผู้ปรับแต่งอุปกรณ์ ไม่เพียงแต่ทำเครื่องหมายฟังก์ชันและจุดทดสอบให้ชัดเจนเท่านั้น แต่ยังทำเครื่องหมายทิศทางของอุปกรณ์และขั้วต่อให้ได้มากที่สุด แม้ว่าเครื่องหมายเหล่านี้จะถูกพิมพ์ไว้บนพื้นผิวด้านล่างของอุปกรณ์ที่ใช้บนแผงวงจร (หลังจากที่แผงวงจรถูกประกอบแล้ว) การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สกรีนอย่างเต็มรูปแบบบนพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของแผงวงจรสามารถลดงานที่ซ้ำซ้อนและทำให้กระบวนการผลิตมีความคล่องตัวมากขึ้น

กฎข้อที่ 9: ต้องเลือกใช้ตัวเก็บประจุแบบดีคัปปลิง

อย่าพยายามปรับให้การออกแบบของคุณเหมาะสมขึ้นด้วยการหลีกเลี่ยงการดีคัปปลิงสายไฟเลี้ยง และอ้างอิงจากค่าขีดจำกัดในแผ่นข้อมูลสเปกของชิ้นส่วนเพียงอย่างเดียว ตัวเก็บประจุนั้นมีราคาถูกและทนทาน คุณสามารถใช้เวลาให้มากที่สุดเท่าที่ต้องการในการติดตั้งตัวเก็บประจุได้ ในขณะเดียวกัน ให้ปฏิบัติตามกฎข้อที่ 6 และใช้ช่วงค่ามาตรฐานเพื่อให้สต็อกของคุณเป็นระเบียบเรียบร้อย

กฎข้อที่ 10: สร้างพารามิเตอร์การผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) และตรวจสอบให้เรียบร้อยก่อนส่งเข้าสู่กระบวนการผลิต

แม้ว่าผู้ผลิตแผงวงจรส่วนใหญ่จะยินดีดาวน์โหลดไฟล์โดยตรงและตรวจสอบให้คุณ แต่คุณควรส่งออกไฟล์ Gerber ด้วยตนเองและใช้โปรแกรมดูฟรีเพื่อตรวจสอบว่าไฟล์นั้นเป็นไปตามที่คาดหวังหรือไม่เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิด ผ่านการตรวจสอบด้วยตนเอง คุณอาจพบข้อผิดพลาดเล็กน้อยที่เกิดจากความประมาท และด้วยเหตุนี้จึงสามารถหลีกเลี่ยงความสูญเสียที่เกิดจากการผลิตตามพารามิเตอร์ที่ไม่ถูกต้องได้