Altium Designer: PCB 101

Devremizin schematic tasarımını yaptıktan sonra, fiziksel kartın tasarımına geçebiliriz. Schematic editöre eklediğimiz birkaç parçayı PCB'ye eklemeyi, devre yollarını çizmeyi ve karta şekil vermeyi ele alacağız.

Altium Designer: PCB 101

Devremizin schematic tasarımını yaptıktan sonra, fiziksel kartın tasarımına geçebiliriz. Bu yazı, Altium Designer serisindeki "Schematic 101" in devamıdır. Schematic editöre eklediğimiz birkaç parçayı PCB'ye eklemeyi, devre yollarını çizmeyi ve karta şekil vermeyi ele alacağız.

Her ne kadar normal şartlar altında ilerleyiş; schematic tamamlanır, ardından PCB tasarımına geçilir şeklinde görünse de gerçek hayatta tamamen böyle olmaz. Parçaların alana sığmaması, tasarım sırasında stokların tükenmesi, projenin yol değiştirmesi gibi bir çok sebepten schematic ve PCB editörler arasında gidip gelebiliriz.

Serinin önceki yazısında schematic üzerinde birkaç komponent ve bunları bağlayan wire'larımız vardı. Bu yazıyı takip edip kendi devrenizi yapmak isterseniz, aşağıdaki gibi bir schematic oluşturabilirsiniz.

Dikkat etmeniz gerekenler, wire uçlarıyla komponent uçlarının kesintisiz devam etmesi, dönüşlerin direkt komponent ucundan değil de bir sonraki kareden yapılması ve başlarda yolların üst üste geçmemesi olabilir.

PCB Dokümanı Oluşturmak

Projects panelinden projenize sağ tıklayarak Add New to Project > PCB'yi seçin. Ardından, save butonu ile tasarımınıza isim vererek kaydedin. Vereceğiniz isim, üretim dosyalarınızın da varsayılan ismi olacak. Bu yüzden, dışarıyla paylaşabileceğiniz bir isim verin. Örneğin, "Sensor Shield PCB".

Altium Designer, nadiren de olsa hata yaparak kapanabiliyor. Yeni versiyonlarda hata yönetimi oldukça başarılı. Yine de eliniz sıklıkla CTRL + S'de olsun. Tedbirli olmak, sonradan üzülmekten iyidir.

Temel PCB Ayarları

Tasarıma başlamadan önce, PCB dokümanımızın temel ayarları üzerinden geçelim. Properties panelinde altlara doğru Other sekmesi altında Units'i mm olarak ayarlayalım. (TH, yani delikli üretimlerde mils - Imperial sistem kullanılır. SMT üretimlerde mm - metrik sistem kullanılır. Ben tüm tasarımlarımda metrik sistem kullanıyorum.) Bu ayar, PCB'nizin ölçüm birimini ve koordinat sistemini mm olarak belirler.

Ardından, yine properties panelinden Grid Manager altındaki Global Board Snap Grid satırına çift tıklayın.

Steps > Step X değerini 1.0 mm olarak ayarlayın. Bu ayar, komponentlerin otomatik hizzalama (snap to grid) aralığını belirler. Kullandığınız parçalar küçüldükçe, bu ayarı da küçültmeniz gerekir. Tasarım yaparken bu değeri defalarca ayarlayacaksınız.

Son olarak, Project > Project Options menüsünden proje ayarlarına gelin. Class Generation sekmesini açın.

Projenizdeki tüm schematic dosyaları için, component classes altındaki generate rooms seçimlerini kaldırın. Başlangıç aşamasında room özelliğini kullanmak işinizi zorlaştırır. PCB Dokümanının bu ayarlarını düzenlemeniz yeterlidir.

Origin

PCB Dokümanımızın 0,0 noktası, origin olarak adlandırılır. Standard origin noktası sol alttır. Eklediğiniz komponentler, sol alttaki origin noktasına uzaklığına göre, örneğin 2.0 , 3.5mm kaydedilir. PCB Üretiminde, SMT dizgisinde bu koordinata göre işlem yapılır.

Origin noktasını belirlemek için PCB dokümanınız açıkken Edit > Origin > Set ile imleç moduna gelin ve PCB'nizin sol altına doğru bir yere tıklatın. Grid görevi alan noktaların yeni belirlediğiniz origine göre konumlandığını göreceksiniz.

PCB'de göreceğiniz yuvarlak içinde X işareti, origin noktasını belirler.

Schematic'den PCB'ye Aktarım

İlk PCB'nizi tasarlayanlar için en heyecanlı kısımlardan birine geldik. Bu adımda schematic dokümanınızı PCB tasarımınıza aktaracağız. Menüden Design > Import Changes From ... u seçin.

Bu liste, schematic ve PCB dokümanlarınız arasundaki farkları gösterir. Action başlıklarındaki Add, schematicde olup PCB de olmayan ve az sonra eklenecek objeleri içerir. Burada güncellenecek ve silinecek objeleri de görebilirsiniz. Varsayılan olarak tüm objeler seçilidir. O an eklemek istemediğiniz bir obje varsa başındaki işareti kaldırıp daha sonra ekleyebilirsiniz.

Şimdi sol alttaki validate changes butonuyla değişiklikleri onaylatın. Status bölümünde her satır için yeşil onay simgesi göreceksiniz. Zamanla burada uyarı simgeleri görüp hataları düzeltip sonradan aktarımı yapmanız açısından önemli bir adımdır.

Son adım olarak execute changes butonuyla objeleri PCB'ye aktarın, close butonuyla devam edin.

Komponentler PCB alanının sağ altından itibaren dizilecekler.

Komponentlerin Yerleştirilmesi

Komponentleri PCB alanına sürüklemeye başlayabilirsiniz. Yerleşimi yaparken sol alttan itibaren başlayabilirsiniz. Sürükleme sırasında space tuşu komponentleri 90 derece çevirir.

Komponentler arasında beliren sarı çizgiler, schematicde belirlediğiniz bağlantılardır. Bu çizgiler arasında devre yolları çizeceğiz. Yerleşimleri yaparken objeleri şekildeki gibi, olabildiğinde kolay yol çizilebilecek şekilde konumlandırabilirsiniz.

Kartın Şekillendirilmesi

Komponentleri yerleştirdikten sonra kartımızın ortalama boyutu kendini belli eder. Bu aşamada kartın son şeklini ayarlayabiliriz. Boyutları belli bir tasarım yapıyorsanız (Arduino shield ya da kutu içine tasarım gibi) şekillendirmeyi daha önceden yapmalısınız.

Altium Designer PCB editörünün alt bölümünde Top Layer, Bottom Layer olarak devam eden sekmeler bulunur. Her bir sekme, farklı bir layer, yani katmandır. Örneğin, Top Layer PCB'nin üst bakır katmanı, Bottom Layer alt bakır katmanıdır. Yazılar, grafikler, maske, elek açıklıkları gibi zamanla değineceğimiz her şey kendi layerı üzerinde yerini alır. Kartın çevresini (ve gerekiyorsa kart içindeki olukları) belirlediğimiz katman Outlinedır. Outline layerı varsayılan olarak Mechanical 1 adında görünür. Mechanical 1'e çift tıkladığınızda adını değiştirebileceğiniz bir pencere açılır. Bu penceredeki name bölümüne Outline yazarak kaydedin.

Artık Bottom Layer'ın sağında Outline'ı göreceksiniz. Outline'ı seçin. Altium Designer'ın üst toolbarından sağdaki çizgiye uzun süre tıklayın, Line'ı seçin. (Normal tıklamayla menüdeki en son seçimi tekrarlayabilirsiniz.)

Line aracı ile komponentlerinizin etrafında dikdörtgen çizin. Köşeleri dönerken her Shift + Space'e bastığınızda köşe modu yuvarlak, dik ve birkaç farklı şekilde değişecektir.

Çizgi çizerken properties sekmesinde Line Width'i 0.1mm olarak ayarlayabilirsiniz.

İpucu: Çizim yaparken, çiziminizi dondurup properties gibi bir panele ulaşmak için TAB'a basın. Ekranın ortasında bir pause işareti çıkacak, işleminizi yapabileceksiniz. Ardından çizime devam etmek için pause'a basın.

Açık noktası olmayan bir şekil, PCB'nizin CNC kesimi, yani şekillendirilmesi için yeterlidir. Bunun için çizim yaparken başladığınız noktada sonlandırmanız gerekir.

Altium Designer'ın özelliklerinden biri de çizdiğinizi anında 3 boyutlu görebilmenizdir. PCB'nizi çizdiğiniz şekliyle 3 boyutlu görebilmek için, Outline layer'ı seçiliyken tüm çerçeveyi seçin. Objelerin de seçilmesinin bir zararı olmaz. Design > Board Shape > Define Board Shape from Selected Objects'i seçin.

Çerçevenizde açık nokta bulunmuyorsa siyah alanın yalnız çizdiğiniz alan altında kaldığını göreceksiniz. Hata alırsanız bir yerde açıklık vardır, bulup çizgiyi birleştirin.

Tasarımınızı 3 boyutlu görmek için 3 tuşuna basın. Kartı çevirmek için imleç PCB'nizin ortasındayken Shift'i basılı tutun ve farenizin sağ tuşuyla PCB'yi çevirin.

2 Boyutlu tasarıma dönmek için 2'ye basın.

Temel Design Rules

Altium Designer'da sonu gelmeyecek kadar ayar bulunuyor. Tasarımlarınız geliştikçe bu özelliklere ihtiyacınız olacak ve işinizi hızlandıracaklar. Bu aşamada tek bir ayar değiştireceğiz. Birazdan açacağınız pencerenin detayı korkutmasın. Zamanla çözdüğünüzde en büyük yardımcınız olacak.

Design > Rules ile PCB Rules penceresini açın. Soldan Routing > Width > Width seçimine gidin.

Bu bölümde PCB yollarınızın en ince, tercih ettiğiniz ve en kalın alabilecekleri kalınlığı belirlemelisiniz. Üst ve alt katmanlar için ayrı ayrı bu ayarlar yapılsa da şu aşamada ortada gördüğünüz sarı devre yolu görseli üzerinden her katmanda geçerli olacak şekilde kalınlıkları ayarlayabilirsiniz. (Min Width: 0.2mm, Preferred Width: 0.3mm, Max Width: 1mm) Bu ayardan sonra OK ile ayarları kaydedip çıkabilirsiniz.

Devre Yollarının Çizimi

Top Layer'ı seçin ve toolbardan Interactive Routing'i (CTRL + W) seçin.

Komponentler arasındaki sarı çizgileri birleştirmeye başlayın. Kırmızı renk varsayılan olarak Top Layer'ı belirtir.

Yol kalınlığını ayarlamak için TAB'a basıp Properties panelinden Width değerini değiştirebilirsiniz.

Yollarınızı çizmeyi tamamladığınızda, yukarıdaki gibi bir tasarım göreceksiniz.

Tebrikler! Üretime hazır ilk çiziminizi yaptınız. Bu adımları birkaç kez  farklı tasarımlarla tekrarlayarak üzerinden geçin. Farklı hatalar almaya, sebeplerini öğrenmeye ve çözmeye gayret edin. Ne kadar hata yaparsanız, o kadar şey öğrenmiş olursunuz ve ilerlersiniz. En iyi tasarımcıların da bu yoldan geçtiğini ve aynı hataları çözmek için saatlerini harcadığını unutmayın.

Sonraki aşamalarda çoklu katmanlarla çalışma ve üretim için Gerber dosyaları hazırlama gibi konular üzerinde duracağız.