GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH IN

9 Hình 1.16 Bảng mạch in có lớp ký hiệu quy ước kích thước lỗ và lớp đường viền. 50 Hình 5.6 Phương pháp hàn các thành phần dạng sóng có màn hình dọc [1].

GIỚI THIỆU

• Phần mềm hỗ trợ thiết kế và OrCAD
• Quy trình gia công mạch in
• Chức năng của OrCAD Layout trong quy trình thiết kế mạch in
• Định dạng file trong Layout

Bảng mạch in (PCB) bao gồm hai phần chính là bảng mạch (chất nền) và bảng mạch in (mạch đồng). Trình bày ba cách sắp xếp các lớp lõi trong chế tạo mạch in nhiều lớp.

QUY TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH IN

Giới thiệu chung

Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý với Capture

Khi khôi phục thành phần xong chúng ta có thể nhấn chuột phải chọn End Mode hoặc nhấn phím ESC để thoát chức năng này. Để kết nối sơ đồ mạch, chúng ta chọn công cụ Place Wire như hình 2.10 hoặc nhấn phím W trên bàn phím.

Thiết kế sơ đồ mạch in với Layout

Nếu chọn mục này chúng ta sẽ bỏ qua và để phần mềm tự động gán track cho các thành phần. Sau khi đã cố định được dấu vết của các linh kiện, chúng ta tiến hành vẽ đường nét của mạch in.

CẤU TRÚC CỦA MỘT PROJECT VÀ CÁC CÔNG CỤ TRONG

Môi trường và công cụ thiết kế mạch in trong Layout

Chúng ta có thể sử dụng công cụ này để tạo và xóa các đường mạch trực tiếp trong bố cục. Chúng ta có thể sử dụng công cụ Chỉnh sửa Chế độ Phân đoạn để vẽ các đường mạch in cho các mạch chính như công cụ Thêm/Chỉnh sửa Chế độ Tuyến đường.

CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MẠCH IN TRONG CÔNG

• Phân loại mạch in
• Các tiêu chuẩn chế tạo
• Kích thước và sai số bo mạch in
• Đường mạch đồng và sai số ăn mòn
• Kích thước lỗ khoan tiêu chuẩn

Tuy nhiên, không phải nhà sản xuất panel nào cũng khoan được tất cả các kích thước lỗ này. Trình bày các thông số tiêu chuẩn về độ dày của mạch in.

QUY TRÌNH SẢN XUẤT BO MẠCH

• Quy trình lắp ráp linh kiện
• Quy trình hàn linh kiện
• Vị trí đặt và hướng của linh kiện
• Khoảng cách tối thiểu giữa các linh kiện bố trí trên PCB
• Thiết kế footprint và padstack theo yêu cầu sản xuất

Các thành phần kết dính thường được đóng gói trong ống, khay ma trận, băng keo và cuộn hoặc khối. Các thành phần này có thể được dán trên một hoặc cả hai mặt của bảng mạch in. Dấu chân trong Bố cục bao gồm hình dạng của từng chân thành phần (padstack), tên thành phần (in lụa) và đường viền thành phần (phác thảo).

Các bộ phận xuyên lỗ thường ở dạng chân xuyên tâm hoặc chân hình trụ.

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ VỚI ORCAD CAPTURE. 63

Chỉnh sửa linh kiện

Để chỉnh sửa các thành phần, chúng ta sử dụng công cụ Select để chọn thành phần muốn chỉnh sửa, nhấp chuột phải và chọn một trong các chức năng, như trong Hình 6.36 [2]. Chức năng Mirror Horizontally được sử dụng để phản chiếu một thành phần theo chiều ngang, như trong Hình 6.38. Chức năng Mirror Vertical được sử dụng để phản chiếu một thành phần theo chiều dọc, như trong Hình 6.38.

Chọn Cập nhật hiện tại nếu chúng ta chỉ muốn thay đổi một thành phần đang được sửa đổi.

Thay đổi kích thước trang vẽ mạch nguyên lý

Lưu ý: Sau khi thực hiện thay đổi, chúng ta cần chọn Visible Pin như trên Hình 6.41 để có thể thấy sự thay đổi về thuộc tính của ghim khi chỉnh sửa xong. Sau khi chỉnh sửa phần này, chúng ta đóng cửa sổ Chỉnh sửa phần, như trong Hình 6.44, hộp thoại Lưu phiên bản phần xuất hiện, như trong Hình 6.45. Chọn Update All nếu chúng ta muốn thay đổi thành phần đang chỉnh sửa cũng như các thành phần khác cùng loại.

Ví dụ trong mạch ta có 5 IC 7447 thì ta chỉ cần chỉnh sửa 1 rồi chọn Update All để lưu thay đổi cho cả 5 IC mà không cần chỉnh sửa lại.

Tạo linh kiện mới

Hộp thoại Thuộc tính phần mới xuất hiện. Chúng ta nhập tên của phần cần tạo vào phần Name, như trong Hình 6.49, rồi chọn OK. Sau khi tạo xong thành phần chúng ta đóng cửa sổ tạo thành phần và lưu thành phần vừa tạo vào thư viện. Nếu việc này thành công trong thư mục Thư viện, chúng ta sẽ thấy thành phần mới được tạo trong thư viện LIBRARY1.OLB.

Chúng ta có thể quan sát các thành phần mới được tạo trong thư viện LIBRARY1.OLB như trong Hình 6.51.

Các bước thiết lập chuẩn bị cho việc thiết kế mạch in trên Layout

Để tìm dấu chân cho thành phần trong thư viện dấu chân, chúng ta mở phần mềm Bố cục rồi chọn Trình quản lý thư viện từ menu Công cụ. Để gán dấu chân cho một thành phần, chúng ta chọn thành phần đó trên trang bản vẽ, nhấn chuột phải và chọn Edit Properties. Để thêm thành phần vào nhóm, chọn thành phần muốn thêm, nhấp chuột phải và chọn Edit Properties.

Trong bảng thuộc tính thành phần ở phần Filter by chúng ta chọn Orcad Layout.

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH IN VỚI ORCAD LAYOUT

Tạo file Layout mới

Khoảng cách ghim dọc theo chiều dài của gói: khoảng cách giữa hai ghim liên tiếp theo chiều dài của bộ phận (inch). Khoảng cách ghim trên chiều rộng gói: khoảng cách giữa hai chân theo chiều rộng của bộ phận (inch). 98 Không phải tất cả các dấu chân thành phần trong thư viện đều được đặt tên theo quy ước trên.

Các thành phần riêng lẻ thường được đặt tên theo tên và chức năng của thành phần đó.

Chỉnh sửa footprint

Chúng ta có thể thay đổi độ rộng (line width), chiều cao (high text), góc xoay của văn bản (rotation), góc xoay của từng ký tự trong văn bản (char rot). Để quan sát tốt hơn các thành phần trên màn hình, chúng ta có thể sử dụng công cụ Zoom trên thanh công cụ hoặc sử dụng các phím tắt I (Phóng to), O (Thu nhỏ), C (Zoom Center). Để sửa đổi vị trí của các chân thành phần, chúng ta sử dụng công cụ Pin như trong Hình 7.13.

Tiếp theo, chúng ta sử dụng công cụ Constraint như Hình 7.15 để sửa đổi ranh giới của thành phần bằng cách click vào ranh giới, sau đó di chuyển ranh giới đến vị trí yêu cầu, nhấn lại để điều chỉnh ranh giới theo các góc mong muốn.

Thay đổi hệ đơn vị đo và kích thước lưới trang vẽ

101 Sau khi chỉnh sửa các thành phần liên quan, chọn Save hoặc Save As trong cửa sổ Trình quản lý Thư viện nếu chúng ta muốn lưu với tên và thư viện khác để hoàn tất việc chỉnh sửa các thành phần.

Tạo footprint mới

Chúng ta tiếp tục đặt các chân pin còn lại vào linh kiện theo kích thước thực tế như hình 7.21 để hoàn thành việc bố trí các chân cắm. Sau khi chọn công cụ Chướng ngại vật, chúng ta click vào công cụ Color Options và chọn lớp SSTOP (lớp số 9, màu trắng) như trong Hình 7.22. Để thay đổi hình dạng pad cho tất cả các chốt cùng lúc, hãy vào công cụ View Spreadsheet và chọn Padstacks như trong Hình 7.28.

Tương tự như trên, để thay đổi kích thước mũi khoan các bạn bôi đen mục DRILL, nhấn chuột phải chọn Properties, nhập kích thước mũi khoan vào rồi chọn OK là xong.

Vẽ đường mạch in

Chúng tôi sử dụng các công cụ được trình bày trong phần tiếp theo để vẽ các đường của mạch in. Sau khi điều chỉnh đường vẽ đúng cách, chúng ta sử dụng công cụ Edit Segment Mode để vẽ đường mạch in. Sau đó chúng ta quay lại cửa sổ Design và sử dụng công cụ Edit Segment Mode để vẽ đường mạch in.

Chúng tôi sử dụng công cụ cản trở để vẽ ranh giới bảng mạch hoặc lớp phủ khối.

Thiết kế mạch in nhiều lớp

Để đo kích thước thực tế của bảng mạch in sau khi hoàn thành, chọn Tools >. Tiếp theo chúng ta chọn vị trí bắt đầu rồi click và di chuyển chuột ở trạng thái tự do, giá trị kích thước sẽ hiển thị trên trang bản vẽ. Để dễ dàng xác định vị trí bắt đầu và vị trí kết thúc trên trang vẽ, chúng ta có thể thay đổi hình dạng con trỏ trên màn hình bằng cách nhấn một nút.

Chúng tôi lựa chọn vị trí xuất xứ của bảng mạch in sao cho có thể lắp ráp nhiều bảng mạch theo cùng một kích thước tiêu chuẩn để giảm chi phí gia công.

Chỉnh sửa đường mạch nguyên lý trong Layout

126 Tool>Demension>Move Datum, sau đó di chuyển chuột đến vị trí thích hợp và nhấp chuột để định vị gốc của tấm.

Vẽ đường mạch in tự động

Sau đó chúng ta vào công cụ View Spreadsheet chọn Nets để thiết lập kích thước các đường mạch in. Cũng trong công cụ View Spreadsheet chúng ta chọn Strategy.. > Route Layer để chọn số lớp cho phép vẽ đường mạch in. Cuối cùng, để vẽ đường mạch in, chọn Auto>Auto Route>Board.

Để xóa các dòng mạch in mới tạo, vào Auto>Unroute> Board.

VÍ DỤ MINH HỌA

Tổng quan các bước thiết kế

Xuất file thiết kế sang bố cục OrCAD bằng công cụ AutoECO (a) Chọn file chuẩn kỹ thuật (.TCH). Thực hiện các bước thiết lập cơ bản cho mạch in (a) Thiết lập vật lý. o Tạo đường viền của mạch in bằng công cụ vượt chướng ngại vật o Đặt vị trí của các lỗ khoan. Sử dụng công cụ vẽ mạch thủ công để vẽ trước các đường đặc biệt và giới hạn các vùng để vẽ mạch tự động.

Vẽ tay các đường mạch in có yêu cầu đặc biệt (b) Kiểm tra và sửa chữa các lỗi phát sinh.

Ví dụ minh họa về thiết kế sơ đồ mạch in

LED 7 đoạn là linh kiện chưa có trong thư viện nên chúng ta cần tạo mới. Để tạo một đèn LED 7 đoạn mới, chúng ta có thể tham khảo hướng dẫn tạo các thành phần mới ở chương 6, mục 6.4. 139 Bảng 8.3 Danh sách thư viện dấu chân của các thành phần được sử dụng trong dự án.

Chúng ta cần tìm thành phần cần chỉnh sửa và di chuyển thành phần đó vào bên trong đường viền. Có một số thao tác giúp chúng ta quan sát cột thành phần tốt hơn. Tương tự như trên, chúng ta có thể tạo danh sách các thành phần theo dấu chân hoặc theo nhóm.