Proyek yang Lebih Baik Menggunakan PCB: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Jika Anda telah menghabiskan waktu bekerja dengan proyek elektronik, maka Anda tahu betapa menyenangkan dan mengasyikkannya itu. Tidak ada yang lebih menggembirakan daripada melihat sirkuit Anda menjadi hidup tepat di depan mata Anda. Itu menjadi lebih menarik ketika proyek Anda berubah menjadi gadget berguna yang ingin Anda jadikan perlengkapan permanen di sekitar rumah atau kantor Anda. Tapi apa cara terbaik untuk mencapai ini? Breadboard tentu bukan jawabannya, dan membangun sirkuit yang rumit pada proto-board bisa menjadi sangat membosankan. Kedua alat ini memiliki tempatnya masing-masing, tetapi tidak ideal untuk produksi yang realistis.

Solusinya? Buat proyek Anda menggunakan PCB (Papan sirkuit tercetak). Dengan jumlah pembuat dan penghobi yang bertambah setiap hari, produsen membuat layanan tingkat profesional tersedia (dan terjangkau) untuk semua orang. Pada suatu waktu itu sangat mahal untuk merancang dan membuat PCB. Dengan perangkat lunak CAD berkualitas tinggi yang tersedia secara gratis dalam beberapa kasus, dan pabrik membuat papan prototipe kecil hanya dengan $5 ditambah pengiriman. Ada sangat sedikit alasan untuk tidak memanfaatkan layanan ini.

Tujuan saya adalah untuk membawa Anda melalui proyek ini pada tingkat yang tinggi. Karena setiap perangkat lunak CAD sedikit berbeda, Anda perlu mengumpulkan beberapa pengetahuan dari sumber lain untuk mewujudkannya. Saya akan memposting tautan ke beberapa sumber yang menurut saya bermanfaat. Sebelum Anda khawatir tentang waktu yang diperlukan untuk mempelajari keterampilan ini, izinkan saya mengatakan bahwa saya memulai dengan pengetahuan dan pengalaman yang sama sekali nol, dan saya membuat desain yang sukses setelah menghabiskan kurang dari 8 jam belajar dari sumber daya online.

Saya pribadi telah menggunakan ketiga paket perangkat lunak CAD ini, tetapi saya menyarankan Anda untuk melihat video pengantar ini untuk mendapatkan gambaran tentang bagaimana masing-masing paket diatur.

• Pengenalan KICAD
• Pengantar webinar Eagle CAD
• Pengantar Altium

Dokter Peter Dalmaris memiliki kursus yang sangat baik berdasarkan KICAD yang telah saya selesaikan dan sangat merekomendasikan jika itu adalah perangkat lunak yang Anda pilih. Penjelasannya tentang cara kerja semua fitur mudah diikuti dan sangat lengkap. Berikut ini tautan ke kelasnya di Tech Explorations.

Pilihan lain untuk dipertimbangkan (walaupun ini bukan yang saya gunakan sendiri) Adalah EasyEDA. Saya telah melihat pembuat lain menggunakan perangkat lunak online ini untuk membuat beberapa desain yang sangat solid.

Ayo mendesain!

Perlengkapan

• PC dengan perangkat lunak CAD
• Besi solder
• Aliran
• 1 modul ESP-32 (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (paket SOIC)
• Pengatur 5 volt (L7805)
• Pengatur 3,3 volt (AP2114H)
• jack barel DC generik untuk colokan 2.1mm
• Pin-header Pria atau Wanita (opsional)
• Oven pemanggang roti dan pasta solder (opsional)
• Bor (Opsional)

Langkah 1: Perencanaan dan Desain

Sangat penting untuk memiliki dasar yang kuat untuk proyek apa pun. Sedikit waktu yang dihabiskan untuk perencanaan dapat menghemat berjam-jam frustrasi di jalan.

Tempat yang baik untuk memulai adalah membuat daftar fungsi dan fitur yang Anda inginkan untuk dimiliki desain Anda. Berikut ini adalah daftar yang saya gunakan ketika saya membuat proyek contoh ini.

• Papan berbasis ESP-32 yang kompatibel dengan desain ESP-32 yang ada
• Lebih banyak pin digital daripada kit ESP-32 Dev standar
• Tersedia 5v dan 3v3 untuk menyalakan aksesori yang terpasang pada PCB
• Port pemrograman sehingga saya dapat memperbarui unit di masa mendatang
• Kemampuan untuk berjalan pada input 6 hingga 12 volt

Kedua adalah mengumpulkan daftar bagian yang ingin Anda gunakan, dan temukan sumber yang tersedia. Hal terakhir yang ingin Anda lakukan adalah membuat PCB yang tidak dapat Anda beli suku cadangnya. Anda juga harus mengumpulkan lembar data pabrikan untuk setiap bagian yang Anda rencanakan untuk digunakan (percayalah ini SANGAT penting dan saya akan menjelaskan alasannya nanti).

Terakhir, kumpulkan catatan dan gambar apa pun yang mungkin telah Anda buat untuk desain ini. Ini akan mencakup kendala fisik yang mungkin Anda miliki. Seperti Anda ingin papan Anda kompatibel dengan perisai Arduino atau muat di dalam selungkup tertentu. Semua informasi ini akan dibutuhkan pada berbagai langkah dalam proses.

Langkah 2: Skema PCB Menggunakan CAD

Mari kita mulai membuat skema kita!

Secara umum saya suka menambahkan semua bagian saya ke skema dan meletakkannya dengan cara yang masuk akal bagi saya. Pada titik ini di mana Anda menempatkannya tidak berdampak pada lokasi fisik pada PCB, sehingga Anda dapat menggunakan fleksibilitas itu untuk keuntungan Anda. Jika Anda tidak memiliki jejak kaki untuk semua komponen Anda, saya sangat merekomendasikan SnapEDA dan Ultralibrarian. Sumber daya ini memiliki pilihan suku cadang yang tersedia untuk hampir setiap perangkat lunak CAD yang mungkin Anda gunakan. Cukup cari nomor bagian komponen, dan unduh file yang sesuai. Mereka memiliki tutorial yang mengajari Anda cara mengimpor file-file ini jika Anda belum tahu bagaimana melakukannya.

Sebelum menyambungkan bagian-bagian Anda, yang terbaik adalah memeriksa pin-out setiap komponen untuk akurasi. Inilah sebabnya mengapa memiliki lembar data bagian itu penting, saya memiliki seluruh batch PCB yang hancur (ingat jam-jam frustrasi itu?) Karena saya melewatkan langkah ini. Jika Anda tidak membuat bagian itu sendiri (dan terkadang bahkan jika Anda melakukannya), SELALU periksa kembali.

Ketika Anda pergi ke kabel skema Anda, saya telah menemukan manfaat untuk menggunakan label bersih untuk membuat koneksi. Jika Anda memiliki sejumlah besar kabel yang berjalan ke segala arah maka itu menjadi sulit untuk diikuti, dan juga meningkatkan kemungkinan membuat koneksi di tempat yang tidak seharusnya (lebih banyak jam frustrasi). Keseimbangan kabel dan label jaring biasanya yang terbaik, pastikan untuk menggunakan daftar label jaring yang masuk akal bagi siapa pun yang melihat desainnya. Ini akan mempermudah hidup jika Anda kembali ke desain ini di masa mendatang ingin membuat perubahan, atau memecahkan masalah desain aslinya.

Skema juga merupakan tempat yang baik untuk meninggalkan catatan tentang bagaimana berbagai bagian sirkuit seharusnya bekerja. Ini adalah cara yang baik untuk melacak semua detail yang diperlukan untuk membuat sesuatu bekerja sebagaimana mestinya. Contoh pada proyek ini adalah jumper diperlukan antara pin pengaktifan modul ESP dan suplai 3.3v untuk pemrograman. Meskipun ini mungkin bukan satu-satunya tempat Anda harus mendokumentasikan informasi semacam itu, pasti bagus untuk membiasakan menulis SEMUANYA.

Periksa skema Anda dengan baik sebelum melanjutkan ke langkah berikutnya. Ini perlu tepat agar proses tata letak PCB berjalan lancar. Pendekatan yang lambat dan metodis akan selalu memberi Anda hasil akhir terbaik. Periksa catatan apa pun yang mungkin Anda miliki dan verifikasikan masing-masing catatan tersebut dengan skema.

Langkah 3: Tata Letak PCB

Sebelum kami mulai mengatur komponen kami, sebaiknya lihat jejak kaki dan pastikan mereka benar untuk bagian yang ingin Anda gunakan. Misalnya beberapa bagian akan memiliki varian lubang dan SMD yang tersedia, pastikan Anda hanya menggunakan bagian yang dapat Anda pasang. Modul EPS-32 memiliki bantalan di bawahnya akan memerlukan penanganan khusus (lebih lanjut tentang ini nanti) Pastikan Anda memiliki rencana untuk situasi ini. Setelah memilih paket yang tepat untuk komponen kami, Anda harus kembali memeriksa pin setiap bagian terhadap lembar data (apakah Anda memperhatikan tren di sini?) Percayalah ketika saya mengatakan bahwa ini bisa salah dan itu akan membuat hari yang panjang jika Anda harus melacak masalah ini nanti

Saat mengatur komponen Anda, pastikan Anda memperhitungkan kendala fisik yang saya sebutkan sebelumnya. Dalam beberapa kasus, Anda mungkin perlu menempatkan bagian-bagian tertentu terlebih dahulu karena lokasinya sangat penting, dan sesuai dengan segala sesuatu yang lain di sekitarnya. Ingatlah untuk menempatkan bagian-bagian yang terhubung berdekatan, tetapi juga berikan ruang yang cukup bagi Anda untuk bekerja selama perakitan. Jika Anda memiliki penutup khusus yang Anda rencanakan untuk digunakan, mungkin masuk akal untuk membuat profil papan dan lubang bor terlebih dahulu.

Setelah semua komponen Anda berada di tempat yang Anda inginkan, saatnya untuk mulai merutekan trek Anda. Ada beberapa poin penting yang perlu diingat saat melakukan ini.

• Jejak sesingkat mungkin umumnya yang terbaik
• Lebih besar biasanya lebih baik (terutama untuk jalur catu daya)
• Anda perlu tahu berapa banyak arus yang harus ditangani trek tertentu dan pastikan ukuran yang Anda pilih dapat menangani jumlah itu dengan aman (Ini adalah masalah keamanan yang sangat penting, arus berlebih dapat menyebabkan pemanasan dan berpotensi menjadi bahaya kebakaran)
• Ketahui toleransi apa yang dapat dipertahankan oleh pabrikan Anda dan ikuti panduan tersebut. Berikut adalah tautan ke halaman kemampuan untuk satu pabrikan (perangkat lunak CAD Anda mungkin memiliki pemeriksa aturan desain yang akan mengingatkan Anda ke tempat-tempat yang tidak memenuhi standar yang dapat diikuti oleh pabrik)

Meskipun merutekan trek bisa menjadi teka-teki yang menyenangkan, terkadang desain kami bisa menjadi rumit sehingga menjadikannya tantangan yang ekstrem. Dalam kasus tersebut, menggunakan perangkat lunak perutean otomatis dapat menghemat banyak waktu Anda. Berikut ini tautan ke Auto-router yang saya gunakan di beberapa proyek. Router otomatis mengimpor proyek Anda dan menggunakan aturan desain Anda untuk membuat jejak yang sesuai untuk semua jaring Anda. Biasanya saya akan membiarkan Auto-router melakukan tugasnya, kemudian secara manual mengubah beberapa hal yang mungkin ingin saya bedakan. Anda juga dapat merutekan jejak yang Anda inginkan di lokasi tertentu, dan perute otomatis akan bekerja di sekitar lintasan yang ada saat ia bekerja di jaring yang tersisa.

Langkah 4: Sentuhan Akhir dan Persiapan Pembuatan

Dengan bagian-bagian yang ditempatkan dan trek yang dijalankan, PCB Anda hampir siap untuk digunakan. Sekarang adalah saat yang tepat untuk memberikan keseluruhan tata letak yang baik sekali lagi. Ikuti jejak menggunakan skema sebagai panduan dan pastikan semua koneksi yang Anda butuhkan telah dibuat.

Anda juga harus mempertimbangkan untuk menambahkan grafik ke papan Anda di lapisan silkscreen. Nama Anda atau tanda pembuat lainnya adalah cara yang baik untuk memberi tahu orang lain bahwa Anda bangga dengan pekerjaan Anda. Saya juga percaya dalam menandai sebagian besar jika tidak semua titik koneksi saya dengan tujuan mereka. Ini membantu ketika Anda menghubungkan benda itu setelah perakitan, dan memudahkan orang lain untuk memahami fungsi dari titik-titik koneksi ini.

Hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah menandai pengidentifikasi revisi, terutama jika ini adalah papan yang ingin Anda buat lebih dari sekali. Dengan cara ini Anda dapat membuat perubahan pada sirkuit di masa mendatang, dan melihat sekilas versi papan yang Anda gunakan.

Dengan semua itu selesai, waktunya untuk merencanakan/mengekspor desain Anda, dan mengirimkannya ke pabrikan. Secara umum ini adalah file Gerber, dan biasanya semuanya harus disimpan dalam satu folder.zip. Inilah yang akan Anda unggah saat Anda memesan PCB.

Berikut ini tautan ke file Gerber untuk proyek contoh saya di GitHub

Langkah 5: Memesan PCB Anda

Semakin banyak pilihan yang tersedia untuk ini daripada di masa lalu. Menjadi sangat mudah sehingga siapa pun dapat memiliki desain mereka yang dibuat secara profesional oleh pabrik-pabrik besar dan dengan harga yang sangat wajar.

Saya telah mendesain lebih dari 35+ PCB dan semuanya diproduksi oleh JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Sebuah perusahaan yang sangat baik yang saya tidak pernah memiliki masalah kualitas dengan. Berikut ini tautan ke video yang memberikan tur fasilitas mereka dan menjelaskan proses fabrikasi PCB secara rinci. Tur Pabrik

Buka situs web mereka dan mulai penawaran. Selanjutnya unggah.zip file Gerber Anda. Anda akan melihat rendering desain Anda setelah pengunggahan selesai. Pilih kuantitas, warna, dan kriteria lain yang ingin Anda tentukan saat ini. Maka itu masalah sederhana untuk melanjutkan ke checkout. Anda dapat dengan mudah mengunggah file Gerber Anda sendiri ke penampil Gerber online gratis dan melihat seperti apa file ini saat dirender.

Biasanya saya mencoba mengirimkan beberapa desain sekaligus untuk digabungkan dalam pengiriman. Biasanya saya mengharapkan untuk menerima ini dalam 1-2 minggu setelah pesanan dilakukan. Ini tentu saja dapat bervariasi tergantung pada berbagai faktor, tetapi mereka akan memberi Anda pembaruan tentang kemajuan pesanan Anda melalui situs web mereka dan nomor pelacakan setelah pesanan Anda dikirimkan.

Langkah 6: Mari Membangunnya

Saatnya untuk berkumpul!

Ingat sebelumnya saya menyebutkan bahwa ada trik untuk menyolder modul ESP-32? Jika Anda melihat jejak pada PCB, Anda akan melihat bantalan besar di bawah komponen. Yah itu bisa menjadi sedikit tantangan, tetapi saya harus mencari cara agar Anda bisa menyelesaikan pekerjaan.

Opsi 1: Gunakan pasta solder dan oven pemanggang roti kecil.

Ini benar-benar lurus ke depan, dan itu pasti akan memberi Anda hasil terbaik secara keseluruhan. Video ini menjelaskan prosesnya. Pastikan Anda memahami persyaratan suhu pasta solder yang Anda gunakan, dan Anda akan mendapatkan beberapa hasil yang sangat luar biasa tanpa banyak usaha. Ini akan menangani penyolderan sebagian besar jika tidak semua komponen SMD. Poin bonus jika oven pemanggang roti Anda berasal dari tumpukan sampah dan perlu diperbaiki sebelum digunakan.

Opsi 2: Keluar dari latihan!

Opsi ini pasti akan berhasil tetapi ini bukan yang paling ideal. Dengan hati-hati mengebor lubang kecil melalui PCB di tengah bantalan ini akan memungkinkan Anda untuk menyoldernya dari sisi belakang papan seperti komponen lubang tembus. Hal-hal bisa salah dengan mudah dengan pendekatan ini, jadi luangkan waktu Anda dan gunakan mata bor berkualitas tinggi. Jika Anda tidak bermaksud menggunakan proses oven reflow, Anda dapat menangani masalah seperti ini dalam desain Anda dengan menambahkan lubang berlapis di tengah bantalan ini. Ini akan memungkinkan Anda untuk menyolder dengan besi tanpa risiko merusak papan Anda.

Solder bagian yang tersisa melalui lubang (dan SMD jika Anda tidak menggunakan metode reflow). Untuk pin header saya akan menyolder satu pin untuk menahannya di tempatnya sementara saya membalik papan untuk memastikannya lurus. Ini juga bagus untuk memeriksa penyolderan dengan sangat hati-hati pada semua bagian SMD menggunakan semacam kaca pembesar. Jika Anda menemukan sesuatu yang perlu diperbaiki, gunakan fluks (percayalah ini membuat perbedaan besar) dan panaskan kembali sambungan solder. Saya menemukan pada contoh desain saya bahwa modul ESP-32 memiliki beberapa tempat yang perlu dikerjakan ulang. Perhatikan juga bahwa saya sengaja tidak menambahkan pin-header ke papan ini, itu karena saya bermaksud untuk langsung menyolder kabel dari perangkat periferal saya. Ini tidak selalu merupakan pendekatan terbaik, tetapi untuk aplikasi saya ini tidak menjadi masalah.

Itu dia! dari awal hingga akhir kami mengambil konsep sirkuit dan membuat PCB kustom kami sendiri untuk proyek ini. Setelah Anda menguasainya, kemungkinannya hampir tidak terbatas. Saya harap Instructable ini telah memberi Anda beberapa ide bagus, dan mengarahkan Anda ke beberapa sumber yang berguna untuk membantu Anda dalam perjalanan pembuatan PCB Anda. Terima kasih sudah membaca!

Selamat membuat, dan jangan biarkan asapnya keluar! (Serius itu membutuhkan asap ajaib)