Kinh nghiệm bố trí linh kiện và đi dây trong thiết kế PCB

Xin chào các bạn, cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết này!

Đây là chia sẽ của cá nhân mình dựa trên kiến thức và kinh nghiệm có được trong gần 20 năm thiết kế PCB tính từ thời sinh viên năm 2 (2007), thời kỹ sư thiết kế PCB trong công ty Nhật (từ 2011), thời làm tại phòng Lab Hàn Quốc (từ 2024). Mỗi người có thể có một phương pháp khác nhau, vậy nên hãy lựa chọn phương pháp nào mà bạn thấy phù hợp nhất với bạn nhé! Và chia sẽ của mình nêu lên là một trong những phương pháp mà bạn có thể tham khảo.

Giai đoạn 1: Tìm hiểu trước khi thiết kế PCB

• Yêu cầu đầu tiên là bạn cần phải hiểu rõ về mạch nguyên lý, những yêu cầu đặc biệt trên bo mạch mà bạn sắp layout!
• Yêu cầu thứ hai là bạn phải hiểu rõ bản chất, cấu tạo và đặc tính của các thành phần có trên bo mạch PCB.

Giai đoạn 2: Bố trí linh kiện trên bo

Trước khi bố trí linh kiện cần xem xét đến các khía cạnh sau (ví dụ cho bài mạch nhấp nháy hình trái tim):

• Về tính năng: Bạn đã bố trí được LED hình trái tim theo thứ tự nhấp nháy hay chưa, đã đáp ứng được yêu cầu về tính năng của mạch là nhấp nháy LED hình trái tim?
• Về tính kỹ thuật: Bạn bố trí linh kiện trên bao nhiêu lớp? Các đường mạch dự kiến to như thế nào để trừa không gian sau này sẽ đi dây. Các linh kiện trong các khối mạch bạn đã bố trí khá hợp lý so với sơ đồ nguyên lý hay chưa? Đã có sự phân chia cách ly theo các khối mạch phù hợp chưa?
• Về tính người dùng: Bạn đã có làm chỉ thị chú thích vị trí nguồn cấp vào chưa? Chỉ thị này bàn có làm bằng hoặc to hơn những chữ khác để nhấn mạnh với người dùng biết ngay là chỗ này là nguồn cấp vào và thứ tự 5V -0V là như vậy hay chưa? Thao tác điều chỉnh biến trở (điều chỉnh chế độ nháy LED) có thuận tiện hay không, vị trí cắm dây nguồn vào có bất tiện không? Nếu bo mạch có làm nối tắc đi dây ngoài thì vị trí các nối tắt dễ thực hiện không? Và cuối cùng bo mạch nên thiết kế bo tròn đều các góc tránh sát thương người dùng.
• Về tính thẫm mỹ: Bo mạch bố trí linh kiện có chỉnh chu đẹp mắt, dễ nhìn không?

Khi thao tác trên một phần mềm bất kỳ:

• Nên chỉ bật một số lớp đơn giản và cần thiết trong quá trình bố trí linh kiện, ví dụ như hình chiếu bằng và tắt lớp overlay/silkscreen để nhìn được tốt hơn.
• Nên tạm tắt các dây nối để đỡ rối, có thể thi thoảng bật lên lại để kiểm tra chiều hướng xoắn dây, có thể bật tính năng màu sắc theo NET để dễ phân biệt.
• Bố trí thô (làm nhanh) theo từng khối mạch, theo từng vị trí chức năng của linh kiện, và theo yêu cầu bố trí cho trước nếu có.
• Bố trí tinh (làm tỉ mĩ) lại các linh kiện trong từng khối.

Giai đoạn 3: Đi dây

• Bước 1: Phải suy nghĩ trước khi vẽ bất kỳ một đường dây nào đó, cụ thể đây là đường gì (tín hiệu hay công suất, single hay differential pair …), có đặc tính gì (bình thường hay analog, highspeed hay anten …), có mối quan hệ như thế nào giữa hai linh kiện nối với nó (dài hay ngắn, theo cụm từng bó hay đơn lẻ từng sợi, thông thoáng hay cấn nhiều linh kiện, cấn nhiều vùng đặc biệt).
• Bước 2: Căn cứ vào cấu trúc bo mạch đang thiết lập (bo mạch bao nhiêu lớp, các lớp đi dây nằm ở những vị trí nào trong cấu trúc ấy). Đi dây giữa các lớp nên phân theo từng phương (xu hướng ngang hoặc dọc, chứ không phải là ngang hay dọc thẳng tuyệt đối như cây thước, hoặc cũng không phải là tiện đâu đi náy, phải có quy hoạch trước) và cũng không phải là nhất nhất toàn bộ layer đều theo xu hướng đó, cái này đã có ví dụ minh hoạ trong slide bài học.
• Bước 3: Căn cứ vào thứ tự ưu tiên khi vẽ (đây là kinh nghiệm riêng của mình, các bạn có thể tham khảo hoặc không nhé). Đó là: dây nhạy cảm (anten, analog, highspeed, differential pair) -> đi dây nguồn (vì dây to mà đi sau cùng thì không còn chỗ mà đi được) -> các dây ngắn (vì cho dù đi trước hay đi sau cũng chỉ một cách đi bởi vì nó quá ngắn) -> các dây theo cụm (bó dây) -> các dây đơn lẻ -> tinh chỉnh lại các dây nếu bị vướng.

Nếu bạn muốn biết mình hàn IC có nhiều chân nhỏ như QFP, TSSOP, SOIC như thế nào:

• Bước 1: Chuẩn bị sẵn dụng cụ cần thiết như linh kiện, thiếc hàn, mỏ hàn loại đầu dẹp và loại đầu tròn nhỏ, mỡ hàn, quạt hút khói hàn, bùi nhùi đồng, nhíp, kính lúp, đồng hồ đo thông mạch v.v..
• Bước 2: Bôi một lớp mỏng mỡ hàn vừa phải lên vùng đặt linh kiện, sau đó đặt linh kiện lên khớp với vị trí của nó trên PCB (chú ý chân số 1).
• Bước 3: Cố định IC khỏi bị xê dịch sau khi đã căn chỉnh đặt đúng vị trí trên PCB, bằng cách dùng mỏ hàn đầu nhỏ cùng với thiếc, hàn một chân bất kỳ (có thể chạm 2,3 chân kề nó và chúng ta sẽ làm sạch ở bước 5).
• Bước 4: Tiếp tục dùng mỏ hàn đầu nhỏ đã được “ăn” thiếc trước (chêm trước một đoạn thiếc vào đầu mỏ hàn), rê vào tất cả các chân IC (cho phép dính thiếc hàn ở giữa các chân kề nhau, và chúng ta sẽ làm sạch ở bước 5), nếu hết lượng thiếc trên mỏ hàn thì tiếp tục chêm thêm thiếc để hàn hết các chân còn lại của IC.
• Bước 5: Đây là bước quan trọng nhất đó là làm sạch thiếc dính giữa kẻ hở của hai chân kề nhau. Nhờ vào mỏ hàn đầu dẹp cùng với mỡ hàn được bôi bổ sung (sao cho ngập hết các chân IC) bạn có thể tháo bớt thiếc hàn dư trên chân IC. Cụ thể, bạn dùng mỏ hàn đầu dẹp vuốt nhẹ từ mép trên của chân (đoạn dính với thân IC) dọc theo chân và xuống dưới mép dưới của chân (đoạn dính với PCB) theo từng cụm (khoảng 4-5 chân), thiếc hàn dư sẽ tự động bám vào đầu mỏ hàn, và bạn chỉ cần làm sạch đầu mỏ hàn bằng bùi nhùi đồng trước khi làm tiếp các cụm chân IC tiếp theo. Mỗi lần vuốt cần phải làm sạch mỏ hàn ngay, và ở mỗi cụm có thể làm 1-3 lần cho đến khi bạn nhìn vào kính lúp thấy đã sạch thiếc dư.
• Bước 6: Bước cuối cùng, bạn dùng xăng thơm hoặc chất làm sạch chuyên dụng tương tự, làm sạch mỡ và muội đen vùng mới hàn. Sau đó, hoặc là bạn có thể dùng đồng hồ vạn năng ở chức năng đo thông mạch để kiểm tra thông mạch giữa hai chân kề nhau (chú ý kiểm tra mạch nguyên lý vì có thể hai chân kề nhau có nối với nhau). Hoặc nếu có điều kiện bạn cũng có thể soi dưới kính hiển vi để quan sát giữa các chân.

Bài biết này sẽ tiếp tục cập nhật thêm dựa trên các ý kiến phản hồi mong được chia sẽ thêm về một vấn đề cụ thể nào đó mà các bạn đề xuất, mình sẽ bổ sung tiếp ở đây, cảm ơn các bạn đã quan tâm và theo dõi đọc nhé! Chúc các bạn thành công!