PCB Malzemeleri ve Panelizasyon Temelleri

1. PCB Malzeme Temelleri

1.1 PCB Malzemelerinin Temel Bileşenleri

olarak bilinen PCB malzemeleri Bakır Kaplı Laminatlar (CCL)baskılı devre kartlarının üretimi için alt tabakayı oluşturur, doğrudan kartın elektri̇ksel performans, mekani̇k özelli̇kler, termal özelli̇klerve üretilebilirlik.

1.2 Yaygın PCB Malzeme Türleri ve Uygulamaları

FR-4 Malzeme

• Kompozisyon: Fiberglas kumaş + Epoksi reçine
• Özellikler: Uygun maliyetli, dengeli mekanik ve elektriksel özellikler, alev geciktirici
• Uygulamalar: Tüketici elektroniği, bilgisayar anakartları, endüstriyel kontrol panoları ve en yaygın elektronik ürünler

Yüksek Frekans/Yüksek Hızlı Malzemeler

• Kompozisyon: PTFE, hidrokarbonlar, seramik dolgu maddeleri
• Özellikler: Son derece düşük dielektrik sabiti (Dk) ve dağılma faktörü (Df), minimum sinyal iletim kaybı, mükemmel kararlılık
• Uygulamalar: 5G baz istasyonu antenleri, uydu iletişimi, yüksek hızlı ağ ekipmanları, otomotiv radarı

Metal Çekirdekli Yüzeyler

• Kompozisyon: Termal olarak iletken yalıtım katmanı + alüminyum / bakır alt tabaka
• Özellikler: Mükemmel ısı yayma performansı, yüksek termal iletkenlik
• Uygulamalar: LED aydınlatma, güç modülleri, güç amplifikatörleri, otomotiv farları

1.3 PCB Malzemelerinin Temel Performans Parametreleri

Termal Performans Göstergeleri

• Tg (Cam Geçiş Sıcaklığı)
• Standart FR-4 Tg: 130°C - 140°C
• Orta Tg FR-4: 150°C - 160°C
• Yüksek Tg FR-4: ≥ 170°C (kurşunsuz lehimleme işlemleri için uygundur)
• Td (Ayrışma Sıcaklığı)
• Substratın kimyasal ayrışmaya başladığı sıcaklık
• Daha yüksek Td daha iyi yüksek sıcaklık kararlılığını gösterir

Elektrik Performans Göstergeleri

• Dk (Dielektrik Sabiti)
• Dielektrik ortamda sinyal yayılma hızını ve empedansı etkiler
• Düşük Dk değerleri daha hızlı sinyal yayılımı sağlar
• Df (Yayılma Faktörü)
• Sinyaller dielektrik ortam boyunca yayılırken enerji kaybı
• Düşük Df değerleri sinyal kaybının azaldığını gösterir

Mekanik Güvenilirlik Göstergeleri

• CTE (Termal Genleşme Katsayısı)
• Z ekseni (kalınlık yönü) CTE, birden fazla yeniden akış döngüsünden sonra namlu çatlamasını önlemek için en aza indirilmelidir
• CAF Direnci
• Yüksek sıcaklık ve nem koşulları altında iletken anodik filament oluşumunu önler

2. Detaylı PCB Panelizasyon Süreci

2.1 Standart Panel Boyutları

PCB malzeme tedarikçilerinden alınan standart orijinal boyutlar, PCB üreticileri için temel tedarik ve envanter birimleri olarak hizmet vermektedir:

2.2 Üretim Paneli Boyut Optimizasyonu

PCB üreticileri, standart panelleri panelizasyon yoluyla üretim hattı işlemeye uygun daha küçük üretim panellerine keserek malzeme kullanimini en üst düzeye çikarmak.

Panelizasyon Optimizasyon Stratejileri:

• Optimum panel kullanımı için özel yerleşim yazılımı kullanın
• Ekipman işleme kapasitesi sınırlamalarını göz önünde bulundurun
• Üretim verimliliği ile malzeme kullanımını dengeleyin

2.3 Üretim Paneli Boyutlarını Etkileyen Temel Faktörler

• Ekipman İşleme Yetenekleri: Pozlama makinelerinin, aşındırma hatlarının, preslerin vb. boyut sınırlamaları.
• Üretim Verimliliğine İlişkin Hususlar: Orta büyüklükler üretim ritmini ve verim oranlarını iyileştirir
• Malzeme Kullanımı: Maliyet kontrolünü doğrudan etkileyen temel husus

3. Detaylı PCB Katmanı Yapı ve İşlevler

3.1 Kapsamlı PCB Katman Yapısına Genel Bakış

3.2 Temel Katmanların Derinlemesine Analizi

Lehim Maskesi ve Lehim Pastası Katmanı İlişkisi

• Karşılıklı Dışlama İlkesi: Lehim maskesi olan alanlarda lehim pastası yoktur ve bunun tersi de geçerlidir
• Tasarım Temelleri: Lehim maskesi negatif görüntü tasarımı kullanır, lehim pastası pozitif görüntü tasarımı kullanır

Elektriksel Katman Tasarım Stratejisi

• Tek Katmanlı Panolar: Sadece bir iletken katman
• Çift Katmanlı Panolar: Üst ve alt iletken katmanlar
• Çok Katmanlı Panolar: 4 veya daha fazla katman, iç katmanlar negatif bir görüntü kullanılarak güç ve toprak düzlemleri olarak ayarlanabilir

Mekanik Katman ile Serigrafi Katmanı Arasındaki Farklar

• Farklı Amaçlar: Serigrafi bileşen tanımlamaya yardımcı olur; mekanik katman PCB üretimini ve fiziksel montajı yönlendirir
• İçerik Farklılıkları: Serigrafi öncelikle metin ve semboller içerir; mekanik katman fiziksel boyutları, matkap konumlarını vb. içerir.

4. Pratik PCB Tasarım Kılavuzu

4.1 Bileşen Paketi Temelleri

Temel Paket Hususları:

• Fiziksel bileşen boyutlarıyla doğru eşleşme
• Delik içi (DIP) ve yüzey montajlı (SMD) paketler arasında ayrım yapabilme
• 0402, 0603 gibi sayılar bileşen boyutlarını temsil eder (birim: inç)

4.2 Güç Kaynağı Tasarım Seçimi

Anahtarlamalı ve Doğrusal Güç Kaynakları

4.3 Standartlaştırılmış PCB Tasarım Süreci

1. Aşama: Şematik Tasarım

• Bileşen Kitaplığı Hazırlama

• Gerçek bileşen boyutlarına göre paketler oluşturma
• JLCPCB gibi yerleşik kütüphanelerin kullanılması önerilir
• Görsel doğrulama için 3D modeller ekleyin

• Devre Şematik Çizimi

• Çip üreticileri tarafından sağlanan referans uygulama devreleri
• Kanıtlanmış modül tasarımlarından öğrenin
• Referans tasarımlar için çevrimiçi kaynaklardan (CSDN, teknik forumlar) yararlanma

Aşama 2: PCB Yerleşimi ve Yönlendirme

• Bileşen Yerleştirme Yönergeleri

• Fonksiyonel modüllerin kompakt yerleşimi
• Isı üreten bileşenleri hassas cihazlardan uzak tutun
• Çip veri sayfalarındaki yerleşim önerilerini izleyin

• Sinyal Yönlendirme Özellikleri

• İz genişliği: 10-15mil (normal sinyaller)
• Dar ve dik açılı izlerden kaçının
• Kristalleri IC'lerin yakınına, altlarında iz kalmayacak şekilde yerleştirin

• Güç ve Yer Düzlemi Yönetimi

• Güç izi genişliği: 30-50mil (akıma göre ayarlanır)
• Toprak bağlantıları bakır dökülerek sağlanabilir
• Farklı katmanları bağlamak için uygun şekilde vialar kullanın

5. Profesyonel Tasarım Teknikleri ve Dikkat Edilmesi Gerekenler

5.1 Yüksek Hızlı Devre Tasarımı Temelleri

• Empedans Eşleştirme: 50Ω tek uçlu, 90/100Ω diferansiyel
• Sinyal Bütünlüğü: İletim hattı etkilerini, kontrol yansımalarını ve çapraz konuşmayı göz önünde bulundurun
• Güç Bütünlüğü: Yeterli dekuplaj kondansatörü yerleşimi

5.2 Termal Yönetim Stratejileri

• Yüksek güçlü cihazlar için ısı yayma yollarına öncelik verin
• Yüksek ısı iletkenliğine sahip malzemeler seçin (metal çekirdek, yüksek Tg malzemeler)
• Termal viaların doğru kullanımı

5.3 Üretim için Tasarım (DFM)

• PCB üreticisinin süreç yeteneklerine uyun
• Uygun güvenlik mesafelerini ayarlayın
• Panelizasyon tasarımını düşünün