PCB Blogu - PCB nedir ve PCB tasarım süreci

PCB nedir? PCB, tam adı basılı devre kartı, modern elektronik ürünlerin inşasının temel taşı ve kan çizgisidir, vazgeçilmez bir rol oynar. Elektronik saatlerin günlük giymesinden, öğrenciler hesap makinesi olmadan, vazgeçilmez bilgisayarın ofisine ve daha sonra iletişim elektronik ekipmanlarının dünyasına bağlanabilir ve hatta ülkenin askeri silah sisteminin askeri gücünün sembolü bile, bu görünüşte farklı, elektronik ekipmanların farklı işlevleri, iç yapılarında, her zaman karmaşık ve karmaşık bir pcb panosuna gömülüdür.

Baskılı devre kartları üç ana kategoriye bölünebilir: Esnek Baskılı devreler (FPC), sert devre kartları ve Sert-Esnek PCB'ler (Sert-Esnek PCB).

FPC veya Esnek Baskılı Devre, yüksek yoğunluklu kabloları, hafif ağırlığı, ultra inceliği ve mükemmel bükme özellikleri ile yaygın olarak tanınır. Örneğin, mevcut ürünlerimizden biri, hafif ağırlığı ve kolay bükme özellikleri için değerli olan kablolama olarak FPC kullanır.

Rigid-Flex PCB'ler (Rigid-Flex basılı devre kartları), laminasyon gibi bir dizi süreç yoluyla esnek bir pcb'yi sert bir devre kartıyla birleştirerek yapılır. Bu elektronik kartın avantajı, FPC ve PCB kartının ilgili avantajlarını birleştirmesidir, ancak dezavantajları da eşit derecede açıktır: karmaşık üretim süreci, nispeten düşük verim, üretim zorlukları ve nispeten uzun üretim döngüsü.

PCB Sınıflandırma

Katman sayısına ve bakır folyo dağılımına göre sınıflandırma

Bakır folyo katmanlarının sayısına göre, devre levhaları tek taraflı levhalara, çift taraflı levhalara ve çok katmanlı levhalara bölünebilir.

Tek Katmanlı Kartlar: Teller sadece bir tarafta sağlanır. Kablolama sadece bir tarafa sınırlı olduğundan, birçok tasarım kısıtlaması vardır. Bu kartlar erken devrelerde daha yaygındı, ancak şimdi çoğunlukla basit yapılara ve sıkı maliyet gereksinimlerine sahip ürünlerde kullanılıyor.

Çift Katmanlı Kartlar: Kartın her iki tarafında kablolama sağlanır. Çift taraflı kablolama sayesinde, aşamalı kablolamanın neden olduğu sorunları tek bir panelde çözmek ve böylece daha optimal bir düzen elde etmek mümkündür. Çift taraflı levhalar genellikle nispeten basit devrelerde kullanılır, çip pin dağıtımı yoğun durumlar değildir.

Çok katmanlı levhalar (Çok katmanlı levhalar): Kablolama alanını genişletmek için, çok katmanlı levhalar birden fazla katmanlı tek veya çift taraflı levhalar kullanır ve yalıtım malzemesi aracılığıyla bağlanır. Yaygın olarak kullanılan çok katmanlı levhalar genellikle 4 ile 8 katman arasındadır.

Substrate tarafından sınıflandırma

Substrate tarafından yaygın sınıflandırmalar şunları içerir: fenolik kağıt laminatları, epoksi kağıt laminatları, polyester cam mat laminatları ve epoksi cam kumaş laminatları.

Delikler türüne göre, pcb devre kartı şu şekilde sınıflandırılabilir:

Delikten: Bu tip delik tüm elektronik devre kartına tamamen nüfuz eder ve her uç kartın en dış katmanında yer alır.

Kör delik: Kör bir delik elektronik devre kartının dış yüzeylerinden birinde başlar, ancak tüm kartı nüfuz etmez, ancak iç katmanın bir yerinde sona erer.

Gömülmüş Yol: Gömülmüş bir yolu tamamen elektronik devre kartının içinde bulunur, her iki ucu da kartın dış katmanına dokunmaz ve yalnızca kartın içindeki farklı katmanları bağlamak için kullanılır.

PCB levhaları, geçiş deliğinin bakır olup olmadığına göre sınıflandırılabilir ve iki tür deliğe ayrılabilir: bakırlı kaplama delikler ve bakırsız delikler.

Kaplamalı Delik (PTH): Bu tip delik bakırla kaplanır ve bir iletken olarak hizmet eder ve pcb yönlendirmesi için kullanılan yaygın bir deliktir.

Kaplamamış Delik (NPTH): NPTH, genellikle pcb devre kartının konumunu sabitlemek için kullanılan deliğin içinde bakır bağlantısı olmadığı anlamına gelir.

Pratikte, çoğu devre kartı hem bakır hem de bakırsız delikler içerir.

Fonksiyona göre sınıflandırma

Impedans levhaları, yüksek hızlı sinyal iletiminde ve yüksek frekans uygulamalarında onlara bir avantaj sağlayan istikrarlı impedans özelliklerine sahiptir.

Öte yandan, mikrodalga pcb, mükemmel mikrodalga performansları ile öne çıkar ve bu da onları özellikle RF ve mikrodalga iletişim uygulamaları için uygun hale getirir.

Mükemmel bükme özellikleri ve yorgunluk direnci ile Flex PCB, bükme ve germe gerilimlerine tabi olan ekipmanlar için idealdir.

Yüzey işleme göre sınıflandırma

Bakır doğal ortamında oksidasyona eğilimli olduğundan, kötü lehim sonuçlarına yol açabilir, genellikle bakır yüzeyine koruyucu bir kaplama uygulanır. Aşağıda bazı yaygın yüzey tedavileri vardır:

Kurşunlu (HASL: Sıcak Hava Seviyesi Lehimleme): Bakır yüzey, sıcak hava düzeltme teknolojisi kullanarak kurşunlu bir ortamda teneke edilir.

Kurşunsuz Lehim (HASL / LF: Sıcak Hava Seviyesi Lehim Kurşunsuz): Aynı sıcak hava düzenleme teknolojisi kullanılır, ancak kurşunsuz bir ortamda.

Daldırma Altın (ENIG: Elektronsuz Nikel / Daldırma Altın): Bakır yüzeyine bir elektronsuz nikel katmanı biriktirilir, sonra altınla daldırılır.

Daldırma Kalay / Kimyasal Sn: Bir kalay katmanı bakır yüzeyine kimyasal olarak biriktirilir.

Daldırma Gümüş / Kimyasal Ag: Bir gümüş katmanı bakır yüzeyine kimyasal olarak biriktirilir.

Oksidasyon Koruma (OSP: Organik Lehimli Koruyucular / Entek / Pasife Bakır): Oksidasyonu önlemek için bakır yüzeyine organik bir koruyucu film kaplamak.

Altın kaplama / flaş altın: Elektrokaplama yoluyla bakır yüzeyine bir altın katmanı kaplama.

Karbon yağı: Belirli uygulamalar için bir pcb devre kartının yüzeyinde kaplanan bir karbon yağı katmanı.

Soyulabilir lehim maskesi: Bir PCB levhasının belirli alanlarını lehimden korumak için kullanılan soyulabilir bir lehim maskesi.

Kaplama Altın Parmak / Kenarlı Temas / Bağlantı Parmak: İletkenliği ve korozyon direncini artırmak için bir pcb devre kartının kenarlarında veya belirli alanlarında kaplama altın bir katman. IPC-6012 Sınıf 2 standartına göre, altın parmağın asgari altın kalınlığı 0.80UM (30U") ve asgari nikel kalınlığı (NI) 2UM'dur.

PCB kurulunun işlevleri

Elektrikli Bağlantı

Bir PCB kartındaki bakır izler, dirençler, kapasitörler ve entegre devreler gibi çeşitli elektronik bileşenleri birbirine bağlamak için dikkatli bir şekilde düzenlenir. Bu tür bağlantı sadece devre tasarım sürecini basitleştirmekle kalmaz, aynı zamanda devre güvenilirliğini de önemli ölçüde geliştirir.

Bileşen Desteği

PCB'ler, elektronik bileşenler için sağlam bir destek platformu sağlar ve sıkı ve düzenli bir şekilde düzenlenmelerini sağlar. Lehim ve diğer işlemler yoluyla, bileşenler PCB'ye sıkıca sabitlenebilir ve böylece ekipmanın yapısal istikrarını ve taşınabilirliğini artırabilir.

Devre Koruma

PCB kartlarında kullanılan yalıtım malzemesi devreleri elektromanyetik müdahaleden etkili bir şekilde korur ve onları nem ve toz gibi dış faktörlerden korur. Bu koruma, özellikle sert endüstriyel ortamlarda elektronik cihazların ömrünü uzatmak için çok önemlidir.

Termal Performans

Yüksek performanslı, güç aç elektronikte, ısı dağılımının özel bir sorun olduğu yerde, PCB kartındaki metal katmanlar, özellikle bakır folyolar, verimli ısı süpürgecileri olarak hareket etmek için dikkatlice tasarlanmıştır. Devre tarafından üretilen ısıyı hızlı bir şekilde emip dağıtırlar ve bileşenlerin aşırı ısınmadan zarar görmesini önler. PCB levhalarının ısı dağılım verimliliği, bakır folyoların kalınlığını artırarak, düzeni ve diğer tasarım araçlarını optimize ederek daha da geliştirilebilir.

Ayrıca, ısı süpürgecileri ve ısı süpürgecileri gibi yenilikçi ısı dağılım yapıları da PCB kartı tasarımında yaygın olarak kullanılır. Bu tasarımlar, PCB kartlarının kompaktlığını ve estetiğini korurken ısı dağılım etkisini artırır ve yüksek performanslı ve uzun ömürlü elektronik cihazlar inşa etmek için sağlam bir teknik destek sağlar.

Uzay optimizasyonu ve kompakt yapı

PCB kartlarının tasarımı sadece devre fonksiyonlarının gerçekleştirilmesiyle ilgili değil, aynı zamanda üretim maliyetlerini, üretim verimliliğini ve sonraki bakım ve değiştirmeyi de derinden etkiler. Üretim sürecinin seçiminde, disk içindeki delik süreci gibi ileri teknolojiler PCB panosu üretiminde yaygın olarak kullanılır. Bu süreçler, alanın kullanımını en üst düzeye çıkaran sınırlı PCB panosu alanı içinde bileşenlerin daha esnek bir düzenine izin verir. Reçine fiş deliklerinin + elektrokaplı kapakların kullanımı sadece düzeni ve kabloları optimize etmekle kalmaz, aynı zamanda kalay sızıntısı gibi sorunlardan kaçınır ve elektronik cihazların iç yapısını daha kompakt ve güzel hale getirir.

PCB kurulu için yaygın olarak kullanılan hammaddeler

1. PCB devre kartının orijinal malzemesi, substrat olarak adlandırılan bakır kaplı substrattır. Bir substrat temelde her iki tarafta da lamine edilmiş bakır folyosu olan bir reçine levhasıdır. Birçok üretici arasında, FR-4 kartları mükemmel performansları nedeniyle bilgisayarlar ve iletişim ekipmanları gibi yüksek kaliteli elektronik ürünler alanında ilk seçim haline gelmiştir.

FR-4 levha için, endüstrinin üç çekirdek gereksinimi vardır: Birincisi alev direncidir, yani tahta yanmaz, yalnızca yumuşatmaya devam etmek için yüksek sıcaklıklarla karşılaşabilmelidir; malzemenin yüksek sıcaklıklarda istikrarını yansıtan Tg noktası (cam geçiş sıcaklığı) tarafından takip edilir; ve sonra dielektrik sabit, devre kartının sinyal iletim verimliliği ve kalitesi ile doğrudan ilişkili bir parametredir. Kısacası, pcb devre kartında kullanılan FR-4 kartları, formu yanmadan belirli bir sıcaklıkta koruyabilmek için mükemmel bir alev direncine sahip olmalıdır ve aynı zamanda, modern elektronik ürünlerin yüksek performans ve yüksek istikrar için sıkı gereksinimlerini karşılamak için uygun bir Tg noktasına ve düşük dielektrik sabite sahiptir.

Bakır kaplama tahtaları yaygın olarak aşağıdaki kategorilerde kullanılır:

FR-1 - fenolik pamuk kağıdı (yaygın olarak bakelit olarak bilinir, FR-2'den daha yüksek ekonomi)

FR-2 - fenolik pamuk kağıdı

FR-3 - pamuk kağıdı, epoksi reçine

FR-4 - cam bez, epoksi reçine (Shenzhen Qinji elektronik yaygın olarak kullanılan substratlar)

FR-5 - Cam kumaş, epoksi reçine

FR-6 - Ham cam, polyester

CEM-1 - Pamuk kağıdı, epoksi reçine (alev geciktirici)

CEM-2 - Pamuk kağıdı, epoksi reçine (alev geciktirici olmayan)

CEM-3 - Cam kumaş, epoksi reçine

CEM-4 - Cam kumaş, epoksi reçine

CEM-5 - Cam kumaş, polyester

AIN Alüminyum nitrür

SIC - Silikon karbür

G-10 - Cam kumaş, epoksi reçine

Bakır Kaplı Laminat (CCL), çeşitli yollarla sınıflandırılabilen bir malzemedir. Yalıtım malzemesine bağlı olarak, üç ana türe bölünebilir: kağıt, cam kumaş ve sentetik lif. Kullanılan bağlayıcı reçine türüne bağlı olarak, bakır kaplı laminatlar daha da fenolik, epoksi, polyester ve PTFE tiplerine bölünebilir. Ayrıca, uygulama açısından bakır kaplı laminatlar da iki kategoriye ayırılabilir: farklı endüstrilerin ve ürünlerin özel ihtiyaçlarını karşılamak için genel amaçlı ve özel amaçlı.

2. Bakır Folyo

Belirli bir süreçten sonra, bakır folyonun kalan kısmı, devre için gerekli telleri substrat üzerinde inşa edebilir. Bakır folyo üretim süreci esas olarak kalendarlama ve elektrolizi içerir.

3. Yarı sertleştirilmiş levha (PP)

Elektronik devre kartlarının üretim sürecinde, yarı sertleştirilmiş levha (PP), esas olarak katmanlar arasındaki bağlama görevinden sorumlu olan vazgeçilmez bir anahtar malzemedir. Kısacası, yarı sertleştirilmiş bir levha, B aşamasında ince bir substrat levhasıdır. Özellikleri, kalınlığı ve içerdiği reçine (yapışkan) miktarıyla belirlenir.

4. Kuru Film (Işığa Hassas Malzemeler)

Kuru film, sadece fotoduyarlı kuru film olarak da bilinir, çekirdekinde belirli bir spektruma maruz kaldığında fotokimyasal bir reaksiyondan geçen özel reçine benzeri bir maddeden oluşur. Pratikte, kuru film genellikle üç katmadan oluşur: ışığa duyarlı katman iki koruyucu plastik film arasında akıllıca sandviç edilir. Fotoduyarlı maddelerin benzersiz kimyasal özelliklerine dayanarak, kuru filmler iki ana kategoriye ayrılabilir: fotopolimer ve fotobozulabilir. Fotopolimeriz kuru film, suda çözünürden suda çözünmeze geçiş geçirir ve belirli bir ışık spektrumuna maruz kaldığında sertleşir, fotobozulmuş kuru film ise tersine tepki verir.

5. Lehim Dirençli Mürekkep

Lehim Direnci Mürekkebi, temelde profesyonel bir lehim direnci, sıvı bir fotoğraf malzemesi olarak hareket eder ve sıvı lehim için hiçbir affinitesine sahip değildir. Fotoğraf duyarlı kuru film gibi, lehim direnci mürekkep belirli bir ışık spektrumuna maruz kaldığında sertleşir. Kullanıldığında, lehim direnci mürekkebi sertleştirici ile iyi karıştırılmalıdır. Genellikle mürekkep olarak adlandırdığımız şey, ayrıca soldermask olarak da bilinir, ortak basılı devre kartlarımıza zengin renklerini verir.

6.Image Negatif (Film Sayfası)

Burada görüntü negatifinin fonksiyonu, görüntüleri yakalamak ve kaydetmek için ışığa duyarlı malzemeler kullanan fotoğrafçılıktaki negatif filmin fonksiyonuna benzer. Müşteri tamamlanmış tasarımı devre kartı fabrikasına ilettiğinde, CAM merkezindeki çalışma istasyonu normal bir yazıcı yerine bir ışık grafikçisi kullanarak devre diyagramını görüntü negatifi olarak çıkarır. Görüntü negatifi devre kartları üretiminde önemli bir rol oynar, çünkü görüntü aktarma teknolojisi ile substratta gerçekleştirilmesi gereken tüm desenler veya hatlar önce negatife dönüştürülmelidir.

PCB Tasarım Süreci

PCB tasarım süreci, işlevsel olarak istikrarlı ve güvenilir basılı devre kartları oluşturmak için sistematik bir yaklaşımdır. Her adım, başlangıç ​​kavramlaştırmadan bitmiş ürünün son üretimine kadar kritiktir. Süreç, projenin başarısında belirleyici bir rol oynayan bir dizi temel unsurdan oluşur.

PCB tasarım süreci, ana görevin elektronik ürünün genel gereksinimlerini ve özelliklerini tanımlamak olduğu kavramsal tasarım aşamasıyla başlar. Bu aşamada, elektrik mühendisliği ekibi, makine mühendisliği ekibi ve diğer ilgili paydaşlar, PCB için gerekli fonksiyonel özellikleri, boyutları ve performans kriterlerini tanımlamak için yakından birlikte çalışırlar.

Kavramsal tasarım aşaması tamamlandıktan sonra, şematik tasarım aşaması takip eder. Bu aşamada mühendisler, devrenin elektrik bağlantılarını ve bileşenlerini doğru bir şekilde tasvir etmek için şematik yakalama araçları kullanırlar. Şema, PCB düzeninin temel taşıdır, elektronik devre kartının tasarımına açık bir rehber sağlar ve devrenin elektrik işlevselliğini gösterir.

Şematik tasarım tamamlandıktan sonra, PCB düzeni aşaması başlar. Bu adımda mühendisler, tahtada bileşenleri dikkatlice düzenleyerek ve yönlendirerek devrenin fiziksel formunu oluştururlar. Düzenleme süreci sırasında, tahtanın imal edilebilirliğini ve operasyonel güvenilirliğini sağlamak için minimum çizgi genişlikleri, aralık ve vias boyutu gibi çeşitli tasarım yönergelerine kesinlikle uymalıdırlar.

PCB tasarım süreci boyunca çeşitli takımlar arasındaki sinerji önemli bir rol oynar. Elektrik mühendisliği ekibi, PCB'lerin gerekli konuta mükemmel bir şekilde uyarlanmasını ve tüm termal ve yapısal gereksinimleri karşılamasını sağlamak için makine mühendisliği ekibi ile yakın işbirliği içinde çalışır. Aynı zamanda, üretim ekibi, üretim süreci sırasında sorunları en aza indirmek ve verimliliği artırmak için tasarlanan Üretim için Tasarım (DFM) konusunda önemli rehberlik sağlar.

PCB düzeni tamamlandıktan sonra, tasarım, Tasarım Kuralı Kontrolü (DRC), Elektrik Kuralı Kontrolü (ERC) ve Sinyal Bütünlüğü Simülasyonu içeren titiz bir doğrulama ve doğrulama sürecine tabi tutulur. Bu süreçler, üretime girmeden önce potansiyel sorunları tanımlamak ve çözmek için çok önemlidir. PCB tasarım sürecinin kuyruk ucu, özellikle PCB üreticisinin fiziksel levha üretmesi için gerekli olan Gerber dosyaları ve matkap dosyaları gibi üretim dosyalarının oluşturulmasıdır. Üretilen basılı devre kartları daha sonra elektroniklere son entegrasyondan önce titiz bir test ve montaj sürecine tabi tutulur.