Thiết kế PCB là toàn bộ quá trình tạo Bảng mạch in (PCB) thông qua sự hợp tác và tích hợp giữa nhiều ngành và nhiều lĩnh vực bao gồm điện, cơ khí, phần mềm, hệ thống, thử nghiệm và sản xuất. Đó là một nỗ lực của nhóm đòi hỏi giao tiếp hai chiều liên tục.
Tình trạng thiết kế trong lĩnh vực điện tử ngày nay phức tạp và mạnh mẽ nhất chưa từng có trước đây. Các nhóm thiết kế phải cung cấp các sản phẩm phức tạp hơn với lịch trình dày đặc hơn, nhưng họ lại mất thời gian quý báu với các nhiệm vụ không hiệu quả. Kết nối họ thông qua tất cả các ngành kỹ thuật và cung cấp cho họ các giải pháp tốt nhất trong lớp để phát triển mạnh với phương pháp hợp tác thiết kế hệ thống điện tử.
Thiết kế PCB được ví như xây dựng cảnh quan của một thành phố
Một trong những cách giải thích hoặc phép ẩn dụ đơn giản nhất cho thiết kế PCB mà tôi thực sự thích, đó là nó giống như “thiết kế một thành phố”. Một thành phố bao gồm đất đai (bất động sản), nền móng công trình, tòa nhà, nhà cửa và đường xá, tất cả đều kết nối với nhau. Nền đất (bất động sản) và cấu trúc của một thành phố đại diện cho sự chồng chất của PCB. Tòa nhà và những ngôi nhà đại diện cho các thành phần điện và cơ khí được đặt trên PCB, còn những con đường đại diện cho dấu vết đồng và vias kết nối mọi thứ theo yêu cầu.
PCB trần được tạo thành từ các mẫu đất để các thành phần được gắn/hàn vào PCB. Chúng được kết nối với nhau bằng một dây in dẫn điện được gọi là dấu vết trên đế không dẫn điện. Chúng cung cấp một đường dẫn cho mạch điện hoạt động. Điều này thường được gọi là Bảng mạch in (PWB). Điều quan trọng cần lưu ý là nó không được coi là một bộ phận lắp ráp cho đến khi tất cả các bộ phận cần thiết được hàn vào PWB. Sau khi hàn vào PWB, nó sẽ làm cho mạch hoàn chỉnh. PCB được lắp ráp đầy đủ tạo ra một hệ sinh thái đầy đủ chức năng, là nơi tạo ra phép so sánh ẩn dụ giữa thiết kế PCB và thiết kế thành phố.
Sau khi PCB được điền đầy đủ tất cả các thành phần cần thiết, ở giai đoạn này hoặc cấp độ lắp ráp, nó thường được gọi là Bộ phận lắp ráp mạch in (PCA) hoặc Bộ phận lắp ráp bảng mạch in (PWBA) hoặc Bộ phận lắp ráp thẻ mạch, tùy thuộc vào cách bạn chọn tham chiếu đến một bảng mạch in được điền đầy đủ thông tin.
Vai trò của nhà thiết kế PCB
Giống như nhiều ngành kỹ thuật gắn liền với thiết kế PCB (thiết kế hệ thống điện tử), nhà thiết kế PCB (chuyên gia bố trí mạch in) đóng một vai trò quan trọng thường nằm trong bộ phận kỹ thuật điện. Tham khảo Hình 1 để xem các bên liên quan chính (các phòng ban) thường hợp tác trong quy trình thiết kế tổng thể để đạt được các mục tiêu cuối cùng của dự án, cho dù đó là mục tiêu/cột mốc nội bộ của công ty hay yêu cầu của khách hàng bên ngoài.Với nhiều người liên quan trong dự án như vậy (cả bên trong và bên ngoài), sự phức tạp có tổ chức đòi hỏi sự hợp tác và tích hợp đa ngành. Tham khảo Hình 2 để biết ví dụ về kết nối cấp hệ thống ngày nay – độ phức tạp của tổ chức.
- Yêu cầu mức hệ thống/định nghĩa kiến trúc
- Các yêu cầu/ràng buộc về Cơ khí, Điện, Phần mềm, Hệ thống và Thử nghiệm
- Bảo toàn tín hiệu (SI) / Tương thích điện từ (EMC), Bảo toàn năng lượng (PI) / Phân tích nhiệt
- Hướng dẫn Thiết kế cho Sản xuất (DFM) và Khả năng sản xuất
- Khả năng phục hồi chuỗi cung ứng liên quan đến tìm nguồn cung ứng linh kiện
Kỹ thuật mạch in: Một định nghĩa
Kiến thức, bộ kỹ năng và kinh nghiệm cần thiết để thành công trong thiết kế PCB đã phát triển thành kỹ thuật ngày nay được gọi là kỹ thuật mạch in. Sự phát triển này đòi hỏi sự hiểu biết toàn diện về thiết kế khả năng tính toán, hiệu suất và sản xuất. Chuyên gia bố trí mạch in trong ngành công nghiệp ngày nay kết hợp chéo bộ kỹ năng cần thiết giữa các ngành điện, cơ khí, phần mềm, thử nghiệm và sản xuất. Giờ đây, bạn có thể hiểu tại sao có thể nói rằng quy trình thiết kế PCB đã phát triển từ nỗ lực cá thể/ riêng lẻ thành nỗ lực của nhóm đa lĩnh vực.
Để giúp hướng dẫn các cá nhân tham gia hoặc tiếp tục trong nghề này, Ủy ban điều hành hoạt động kỹ thuật IPC (TAEC) năm 2017 đã chấp nhận một định nghĩa được đề xuất cho Printed Circuit Engineering Layout Professional sẽ được đưa vào tiêu chuẩn sê-ri IPC-2200. Điều quan trọng cần lưu ý là Printed Circuit Engineering Layout Professional chỉ là một trong những vai trò quan trọng trong sơ đồ lớn của thiết kế PCB. Nó không bao gồm tất cả các vai trò trong thiết kế PCB. Định nghĩa được đề xuất được chấp nhận đọc như sau và được hiển thị bằng hình ảnh.
Định nghĩa cho Bố cục kỹ thuật mạch in chuyên nghiệp
- Layout Solvability – Bộ kỹ năng đóng gói phức tạp
- Performance – Hiệu suất Tín hiệu, PWR và Nhiệt trên tất cả các Lớp
- Manufacturability – Cân nhắc DFX cho năng suất cao và chi phí thấp hơn
Kết quả cung cấp mật độ bố trí/định tuyến thành phần tối đa có thể đạt được, hiệu suất điện tối ưu và quá trình sản xuất hiệu quả, năng suất cao và không có khuyết tật.
Phương pháp tốt nhất về thiết kế PCB
Đưa tất cả các bên liên quan cần thiết vào bàn đàm phán ở giai đoạn đầu của quy trình thiết kế PCB và bằng cách triển khai các phương pháp hay nhất về thiết kế PCB trong ngành là chìa khóa dẫn đến thành công chung. Sự hợp tác và tích hợp đa lĩnh vực và đa lĩnh vực cùng với giao tiếp hai chiều liên tục giữa tất cả các bên liên quan là rất quan trọng trong việc phá vỡ các rào cản và làm việc trong các silo. Có 5 trụ cột của các phương pháp hay nhất về thiết kế PCB trong ngành rất được khuyến khích để đạt được thành công trong thiết kế PCB. 5 trụ cột này như sau:
- Tích hợp & tối ưu hóa kỹ thuật số
- Năng suất & hiệu quả kỹ thuật
- Xác minh dựa trên nguyên mẫu kỹ thuật số
- Kỹ thuật dựa trên mô hình cấp hệ thống
- Khả năng phục hồi của chuỗi cung ứng
Thiết kế PCB đã phát triển
Suy ngẫm về câu hỏi ban đầu: “Thiết kế PCB là gì?”, người ta có thể thấy tại sao có quá nhiều thứ liên quan đến thiết kế PCB và tại sao nó đòi hỏi nhiều hơn một định nghĩa đơn giản. Thiết kế PCB đã phát triển thành kỹ thuật mạch in của thiết kế hệ thống điện tử. Nói một cách đơn giản, thiết kế PCB đã trở thành một quy trình đa ngành, đa lĩnh vực, đòi hỏi sự hợp tác/tích hợp và chuyển đổi kỹ thuật số
Để biết thêm thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ:
Vietbay CAD/CAM/CAE/PLM Team
Phone/Viber/Zalo/Whatsapp: 091 929 5520
Email: [email protected]
Website: www.vietbay.com.vn * www.cadcamcae.vn * www.vietbay.edu.vn
