Tutorial Mendesain PCB ini dibuat supaya proses yang pernah dijalani bisa terdokumentasi, akan lebih baik kalau bisa dapat masukan dan diperbaiki.
PCB (Printed Circuit Board) adalah sebuah papan sirkuit dimana komponen elektronik bisa saling terhubung dan beroperasi.
Untuk pembuatan PCB, dapat dipastikan langkah pertama yang dijalankan adalah membuat desain atau lebih dikenal dengan skematik elektroniknya. Sebagai catatan, pembuatan PCB dalam jumlah kecil, biasanya akan berharga lebih mahal dibandingkan dengan membeli PCB jadi ataupun modul siap pakai. Jadi mendesain PCB sendiri lebih cocok ditujukan untuk eksperimen, latihan atau produksi massal. Tutorial ini lebih ditujukan bagi yang baru belajar untuk mendesain PCB, sedangkan untuk desainer yang sudah expert sangat dinantikan feedbacknya supaya proses ini bisa lebih baik dan bermanfaat.
Proses ini pernah diimplementasikan untuk pembuatan PCB microcontroller dan rangkaian analog general-purpose. Sedangkan untuk rangkaian high-speed, radio frequency dan power akan membutuhkan step-step yang cukup berbeda.
Tahap dalam Pembuatan PCB
Berdasarkan flow chart yang ditampilkan berikut beberapa proses yang biasanya dilewati. Tidak setiap tahap wajib dilakukan untuk setiap proyek, tergantung dari kebutuhan saja.
- Membuat draft gambar Sirkuit (schematic)
- Mengecek ketersediaan komponen
- Menguji fungsionalitas rangkaian
- Verifikasi footprint yang digunakan di skematik
- Membuat Gambar PCB
- Meletakkan komponen pada gambar PCB (placement)
- Membuat jalur pada gambar PCB (routing)
- Mengecek Rule gambar PCB
Membuat Desain Sirkuit
Pada tahap paling awal ini, diharapkan desainer PCB dapat memahami sirkuit apa yang akan dibuat dan bagaimana cara kerjanya. Selain itu tentu saja desain sirkuit bisa di-”comot” dari beragam sumber misal buku tutorial, internet dan lain sebagainya. Sebagai contoh dari proses desain ini akan menggunakan skematik Development System Microcontroller ATMega8535.
Untuk setiap komponen yang diletakkan pada skematik, pastikan bahwa designator-nya unik, mis: U1, R1, C1, L1 dan lain sebagainya. Hal ini untuk mempermudah ketika melakukan placement dan routing pada dokumen PCB. Kemudian pada bagian comment, masukkan informasi sedetil mungkin yang dibutuhkan, misal: nilai komponen, tegangan maksimum, arus maksimum, toleransi nilai, toleransi suhu, ataupun atribut spesial lainnya. Untuk setiap koneksi yang dibuat, berikan penamaan menggunakan Net Label, untuk mempermudah melacak koneksi pada dokumen PCB, selain itu jangan lupa untuk meletakkan power source (VCC – ataupun sumber lain) dan GND dari rangkaian skematik.
Mengecek Ketersediaan Komponen
Langkah selanjutnya yang perlu dilakukan adalah mengecek ketersediaan komponen sesuai dengan skematik. Membuat Bill Of Material (BOM) alias daftar komponen akan sangat membantu dalam proses ini. Biasanya software EDA sudah dilengkapi dengan tools untuk membuat BOM secara otomatis dari dokumen skematik.
Setelah BOM lengkap, maka langkah selanjutnya adalah hunting komponen baik secara langsung ataupun online. Patut diperhatikan, pada saat memesan komponen pastikan seri yang dibutuhkan lengkap (mis: ATMega8535) serta tidak lupa menyertakan tipe footprintnya (mis: TQFP44).
Cara yang paling hemat tentunya berbelanja online dari toko lokal (sesuai dengan domisili). Jika toko online lokal tidak menyediakan komponen tersebut, cara lain bisa dengan mengunjungi toko/pasar komponen elektronik (misal glodok di Jakarta, atau Jaya Plaza di Bandung). Jika kedua alternatif tersebut tidak memberikan jawaban komponen yang dibutuhkan, jalan terakhir adalah berbelanja online dari worldwide, tapi biasanya ongkos kirimnya lumayan mahal, jadi perlu dihitung dengan cermat antara dana yang tersedia dengan jumlah belanja yang dibutuhkan. Jika ketiga alternatif tersebut juga tidak membuahkan hasil ataupun biaya jadi membengkak, solusi yang paling bijak adalah mencari alternatif skematik dengan komponen berbeda yang relatif lebih murah dan mudah untuk dicari. Secara pribadi, saya belum pernah sampai harus sourcing komponen hingga Online worldwide (mungkin karena projectnya masih jarang yah 
). Sebagai ringkasan, berikut urutan sourcing komponen yang biasa dipergunakan.
- Online Lokal
- Toko/Pasar Elektronik Lokal
- Online Worldwide
solusi yang paling bijak adalah mencari alternatif skematik dengan komponen berbeda yang relatif lebih murah dan mudah untuk dicari
Menguji Fungsionalitas Rangkaian
Untuk urusan menguji fungsionalitas rangkaian, disini hanya akan dijelaskan sekilas saja, mengingat materi ini mencakup teknik yang amat luas. untuk menguji fungsionalitas rangkaian dibutuhkan peralatan yang tidak sedikit, yang paling minimum adalah multimeter, led indicator, lcd dan lain sebagainya tergantung dari fungsi yang akan diuji. Kemudian, Teknik prototyping pun bermacam-macam, jika menggunakan komponen through hole dan malas untuk solder-menyolder bisa menggunakan breadboard tentunya dengan beragam keterbatasannya (tidak disarankan untuk rangkaian High Frequency ataupun High Power).
Bagi yang menggunakan komponen SMD, cara prototyping termudah tentu saja menggunakan stripboard ataupun lebih dikenal dengan nama lokalnya pcb bolong. Namun, untuk komponen IC SMD yang jarak antar kakinya sangat rapat, disarankan untuk menggunakan pcb adapter khusus sesuai dengan footprint dari komponen. Beberapa tutorial/sumber untuk prototyping menggunakan komponen SMD bisa ditemukan di sini:
- http://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1110
- http://tronixstuff.com/2012/02/12/experimenting-with-surface-mount-component-prototyping/
- http://www.proto-advantage.com/store/
- http://www.instructables.com/id/Convert-SMD-Chips-to-DIP-Breadboard-Friendly/
Verifikasi Footprint Skematik
Pada tahap akhir dalam pembuatan skematik adalah memverifikasi ukuran footprint yang dirancang sudah sesuai dengan yang digambarkan pada dokumen skematik. Dokumen BOM dapat dijadikan referensi untuk memverifikasi footprint yang dibutuhkan. Sebagai contoh berikut adalah BOM dari skematik Development Board Microcontroller AVR.
Dari BOM tersebut, untuk komponen ATMega8535-16AC menggunakan footprint 44A_N, jika dilihat lebih detil maka footprint tersebut akan berbentuk seperti gambar berikut
Deskripsi dari footprint tersebut adalah “QFP, 44-Leads, Body 10x10mm, Pitch 0.8mm, IPC Medium Density”.
Jika kita bandingkan dengan dokumen dari Atmel untuk ATMega8535, pada bagian Packaging Information (halaman 306), bisa dilihat bahwa dimensi yang digunakan sama antara dokumen dan footprint skematik, sehingga bisa kita simpulkan footprint sudah sesuai.
Kemudian jika diambil contoh kedua untuk komponen kapasitor (ceramic), akan ditunjukkan footprint berikut, yang menunjukkan footprint SMD 0603. Jika komponen yang akan digunakan memang SMD berukuran 0603, maka footprint ini sudah sesuai. Namun, jika komponen yang akan digunakan bukan SMD 0603, footprint perlu dirubah untuk menyesuaikan dengan komponen yang ada.
Lanjutkan proses verifikasi tersebut sehingga seluruh footprint yang akan digunakan sudah sesuai dengan komponen yang disiapkan/tersedia. Setelah proses ini selesai, maka bisa dilanjutkan ke proses selanjutnya pada tutorial #2.
Comments