Top 10 mẹo layout PCB

10 mẹo và thủ thuật thiết kế bảng mạch in

Sau khi bạn đã lên kế hoạch cho mạch của mình, tạo sơ đồ và thử nghiệm nó trên một bảng mẫu, đã đến lúc thực hiện các bước quan trọng của thiết kế bảng mạch in (còn được gọi là định tuyến bảng mạch in). Thiết kế bảng mạch in là quá trình bố trí mạch của bạn giống như trên bảng mạch in ngoài đời thực.

Thiết kế luôn được thực hiện trên phần mềm định tuyến PCB.

Quy trình thiết kế PCB là bắt buộc đối với sự thành công của bảng mạch in của bạn. Hiểu sai và bạn có thể kết thúc với một bảng in hoạt động kém và không đáng tin cậy.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem qua 10 mẹo và thủ thuật đã được kiểm chứng về cách thiết kế/bố trí và mua bảng mạch.

1. Đừng vội vàng sử dụng Autorouter
Hầu hết các phần mềm thiết kế bảng mạch in đều có tính năng tự động định tuyến tự động thực hiện định tuyến cho bạn. Nhưng đừng quá hào hứng với công cụ này vì tự động định tuyến không phải là sự thay thế hoàn hảo cho việc tự định tuyến.

Có một số trường hợp bạn nên sử dụng tính năng tự động định tuyến. Những kịch bản này bao gồm:

• Sau khi đặt tất cả các linh kiện của mình, bạn có thể sử dụng công cụ định tuyến tự động để kiểm tra xếp hạng hoàn thành của mình. Nếu nó thấp hơn 85%, thì bạn cần điều chỉnh vị trí linh kiện của mình.
• Các nút cổ chai và các điểm kết nối quan trọng khác có thể lọt qua các trace nứt khi định tuyến. Bạn có thể dễ dàng xác định những thứ này bằng tính năng tự động định tuyến.
• Cuối cùng, nếu bạn không biết cách bắt đầu định tuyến hoặc bạn gặp khó khăn vào một thời điểm nào đó, thì định tuyến tự động có thể được sử dụng như một nguồn cảm hứng.

Ngoài những trường hợp này, chúng tôi khuyên bạn không nên sử dụng tính năng định tuyến tự động. Định tuyến tự động không phải lúc nào cũng chính xác và thường có thể bỏ qua tính đối xứng. Vì vậy, nếu bạn là người yêu thích sự đối xứng, thì tốt nhất bạn nên tự định tuyến.

Tóm lại, vì định tuyến là một môn khoa học cũng như nghệ thuật, chúng tôi khuyên bạn nên định tuyến bảng mạch in của mình theo cách thủ công khi có thể để đạt được cả độ chính xác và độ tin cậy. Autorouting cuối cùng nên được sử dụng để hướng dẫn.

2. Sử dụng đủ chiều rộng trace
Sẽ không tuyệt vời sao nếu các trace đồng mang dòng điện trên bảng mạch in có thể thực hiện nhiệm vụ của chúng mà không bị cản trở? Tuy nhiên, thực tế là những trace này có điện trở vốn có. Vì vậy, khi dòng điện chạy qua chúng, sẽ có sự sụt giảm điện áp, năng lượng bị tiêu tán và nhiệt được tạo ra.

Bạn muốn tránh nhiệt dư thừa trong mạch của bạn. Để giảm lượng nhiệt tích tụ, phải giảm điện trở của trace bằng cách tăng chiều rộng của trace.

Dòng điện ước tính của bạn phải được tính đến trong khi điều chỉnh độ rộng trace. Để tính chiều rộng trace phù hợp cho bảng mạch in của bạn, bạn có thể sử dụng máy tính chiều rộng trace. Chỉ cần nhập dòng điện ước tính và độ dày của trace của bạn, và thế là xong! Một giá trị độ rộng trace phù hợp được tính toán. Miễn là nó phù hợp với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất của bạn, vui lòng sử dụng độ rộng trace lớn hơn so với quy định của máy tính. Trace của bạn càng rộng thì khả năng bạn nhận được bảng có kết nối có vấn đề càng thấp.

3. Biết thông số kỹ thuật của nhà sản xuất của bạn
Trước khi đặt trace đầu tiên, bạn phải tìm hiểu thông số kỹ thuật của nhà sản xuất ưa thích của bạn. Một số nhà sản xuất cung cấp thông số kỹ thuật của họ trên trang web của họ. Nếu không, bạn nên liên hệ với họ để tránh bảng mạch in của bạn không hoạt động hoặc không đáp ứng được kỳ vọng.

Điều cần thiết là phải biết trước các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất chẳng hạn như chiều rộng trace, số lớp bảng mạch và khoảng cách trace để bạn có thể thiết kế bảng mạch in của mình theo các thông số kỹ thuật này. Điều này ngăn cản sự thất vọng khi phải định tuyến lại toàn bộ thiết kế của bạn vào phút cuối và làm việc với nó trong nhiều giờ hơn.

4. Vị trí linh kiện
Cách các linh kiện được đặt xác định thành công cuối cùng của thiết kế. Để đặt đúng các linh kiện tạo nên mạch của bạn, bạn phải hiểu đặc điểm của chúng. Có những linh kiện cụ thể không nên đặt gần những linh kiện khác. Ngoài ra, vị trí linh kiện thích hợp là cần thiết để thuận tiện.

Ví dụ, các tụ điện điện phân nhạy cảm với nhiệt phải được đặt cách xa các điốt, điện trở và cuộn cảm sinh nhiệt.

Dưới đây là một số quy tắc tốt khi thiết kế:

• Hãy chú ý đến các linh kiện có nhiều chân hơn vì chúng sẽ cần nhiều không gian hơn. Đó là một sai lầm phổ biến khi đóng gói các linh kiện lại với nhau, chỉ để nhận ra rằng không còn chỗ trống cho trace định tuyến.
• Giữ các linh kiện được đặt theo cùng một hướng. Các linh kiện thường có cách đánh số chân tiêu chuẩn để hỗ trợ việc này.
• Hãy tính đến chức năng của từng linh kiện và mối quan hệ của nó với các linh kiện khác trước khi bố trí.
• Nếu các linh kiện đã được mua, thì chúng tôi khuyên bạn nên in bố cục trên giấy đúng với kích thước và xem các linh kiện có vừa vặn không.

5. Sử dụng góc 45° khi định tuyến trace
Các trace chạy khắp bảng mạch in và xung quanh các linh kiện. Tạo góc 90° ở các góc và khúc cua có vẻ là một ý tưởng hay nhưng đây có thể là một ý tưởng tồi. Để bắt đầu, có khả năng cao là góc ngoài của trace 90° có thể được khắc hẹp hơn mức cần thiết.

Điểm ngọt ngào là 45°.

Các góc đi dây 45° giúp đan xen giữa các miếng đệm dễ dàng hơn mà vẫn tạo ra một thiết kế đẹp mắt. Trên hết, việc khắc sẽ dễ dàng hơn nhiều và nhà sản xuất của bạn sẽ rất biết ơn.

6. Tạo mặt phẳng nối đất
Để cung cấp cho tất cả các trace của bạn một điểm tham chiếu duy nhất để đo điện áp, chúng phải có một mặt bằng chung. Điều này đặc biệt quan trọng trong các mạch tương tự. Có tùy chọn sử dụng trace để định tuyến tới mặt đất. Tuy nhiên, bạn có thể có nhiều kết nối khác nhau trên bảng mạch in của mình nếu bạn làm điều này. Điều này là do các giá trị điện trở khác nhau của các trace có thể gây ra các sụt áp khác nhau.

Để tránh tạo ra cơn ác mộng về nhiều kết nối tiếp đất và sụt áp, hãy đưa một mặt phẳng tiếp đất chuyên dụng vào thiết kế bảng mạch in của bạn. Mặt nền có thể là một lớp đồng lớn hoặc tốt hơn là toàn bộ mặt phẳng trên một bảng mạch nhiều lớp. Với mặt phẳng nối đất tại chỗ, tất cả những gì bạn phải làm là kết nối các linh kiện cần nối đất với mặt phẳng thông qua via.

7. Sử dụng Via để tiêu tán nhiệt
Via cung cấp kết nối điện giữa các lớp khác nhau trên bảng mạch in nhiều lớp. Đồng thời có khả năng loại truyền nhiệt, tiêu tán nhiệt. Để truyền nhiệt ra khỏi một linh kiện, chỉ cần định tuyến via bên dưới nó. Các via này sẽ giúp loại bỏ nhiệt không mong muốn khỏi linh kiện một cách hiệu quả.

Chỉ cần nhớ giữ các chân của linh kiện cách xa via.

8. Để lại đủ khoảng trống giữa các trace
Trước đó, chúng ta đã thảo luận về việc cung cấp cho các trace của bạn càng nhiều chiều rộng càng tốt. Điều này phải được cân bằng với khoảng cách của trace. Khoảng cách không đủ giữa các trace sẽ gây ra đoản mạch do các trace có thể vô tình kết nối trong khi được sản xuất.

9. Sử dụng lớp in silkcreen
Silkcreen đi kèm với các bảng mạch in, rất hữu ích cho việc dán nhãn và được đặc trưng trong các ứng dụng phần mềm định tuyến. Bằng cách sử dụng lớp này, bạn có thể gắn nhãn các linh kiện của mình và bao gồm thông tin nếu cần.

Một số điều cần nhớ:

• Đừng nhóm bảng của bạn với quá nhiều văn bản. Bạn không cần phải viết ra mọi thông tin có sẵn. Ví dụ, hoàn toàn không cần ghi nhãn các giá trị điện trở.
• Cố gắng làm cho văn bản của bạn đủ lớn để chúng có thể được in rõ ràng.
• Không dán nhãn lên các miếng đồng lộ ra ngoài sẽ được hàn vì mực có thể cản trở dòng chảy của chất hàn, dẫn đến mối nối không tốt.

10. Chừa khoảng trống giữa các trace và các lỗ lắp đặt
Khi đặt các lỗ lắp đặt cho các linh kiện, các nhà thiết kế thường quên chừa đủ khoảng trống giữa chúng. Điều này tạo ra nguy cơ tạo ra nguy cơ sốc. Luôn đảm bảo chừa đủ không gian xung quanh các lỗ lắp của bạn để bảo vệ chúng khỏi các linh kiện và trace khác ở gần.

Kết luận
Những lời khuyên nêu trên sẽ giúp hướng dẫn một thiết kế bảng mạch in thành công. Luôn nhớ rằng có thể giảm chi phí PCB bằng cách lập kế hoạch.  Lập kế hoạch là rất quan trọng, vì vậy hãy dành thời gian và lên kế hoạch cẩn thận cho bố cục của bạn trước khi cam kết thực hiện. Thiết kế bảng mạch in vừa là nghệ thuật vừa là khoa học, vì vậy cần có sự kiên nhẫn và thời gian để tạo ra một bố cục thiết kế tuyệt vời, có chức năng và đẹp mắt.