Nedir bu Sert PCB ve Nasıl Üretilir?
Sert Baskılı Devre Kartı (PCB), sert bir alt tabakaya dayanan, kararlı bir mekanik yapıya ve mükemmel elektriksel performansa sahip bir baskılı devre kartıdır. Bilgisayarlarda, iletişim ekipmanlarında, endüstriyel kontrol ve tüketici elektroniğinde yaygın olarak kullanılır ve elektronik bileşenler için güvenilir elektrik bağlantıları ve fiziksel destek sağlar.
1. Sert PCB'lerin Özellikleri ve Avantajları
Rigid PCB'ler öncelikle kullanılır cam takviyeli epoksi laminat (FR-4, CEM-3 gibi) temel malzeme olarak, laminasyon, desen aktarımı ve aşındırma gibi işlemlerle üretilir. Temel özellikleri şunlardır:
- Yüksek Mekanik Dayanım: Sert alt tabaka, sabit kurulumlar için uygun olan yüksek eğilme ve titreşim direnci sunar.
- Mükemmel Elektrik Performansı: Kararlı dielektrik sabiti ve düşük sinyal iletim kaybı, yüksek frekanslı ve yüksek hızlı uygulamaları destekler.
- İyi Termal Kararlılık: Isıya dayanıklı, camsı geçiş sıcaklığı (Tg) genellikle 140°C'nin üzerindedir.
- Yüksek Kablolama Yoğunluğu: Çok katmanlı tasarımları(genellikle 4–12 katman) destekleyerek karmaşık devre düzenlemelerine olanak tanır.
Esnek PCB'lere (Flex PCB'ler) kıyasla, sert PCB'ler daha düşük maliyetlidir ve daha olgun üretim süreçlerine sahiptir, ancak daha az esnek ve hafiftirler. Aşağıdaki tablo, iki türün temel özelliklerini karşılaştırmaktadır:
| Özellik | Sert PCB | Esnek PCB |
|---|
| Alt tabaka türü | FR-4, CEM-3 vb. | Poliimid (PI), PET |
| Esneklik | None | Bükülebilir ve katlanabilir |
| Ağırlık | Daha ağır | Hafif (sert malzemeden daha hafif) |
| Maliyet | Düşük (seri üretimde avantaj) | Daha yüksek |
| Uygulamalar | Anakartlar, güç modülleri | Giyilebilir cihazlar, katlanabilir ekranlar |
2. Sert PCB'lerin Üretim Süreci
Sert PCB'lerin üretimi, çok aşamalı, yüksek hassasiyetli bir süreçtir ve temel olarak aşağıdaki aşamalardan oluşur:
- Kesme: Bakır kaplı laminat,±0,1 mm hassasiyetle tasarım boyutlarına göre kesilir.
- Film Laminasyonu ve Pozlama: Işığa duyarlı kuru film uygulanır ve devre desenleri UV ışınlaması yoluyla aktarılır.
- Geliştirme ve Aşındırma: Maruz kalmamış kuru film ve bakır, iletken devreler oluşturmak için çıkarılır.
- AOI DenetimiOtomatik optik inceleme, çizgi genişliği ve aralık gibi parametreleri kontrol eder.
- Kahverengi Oksidasyon: İç bakır katmanları ile prepreg arasındaki yapışmayı artırın.
- Katman Yığma ve Presleme: Birden fazla katman,yüksek sıcaklık (180–200 °C) ve basınç (300–400 psi) altında birbirine bastırılır.
- Mekanik/Lazer Delme: Delikli delikler, kör delikler veya gömülü delikler oluşturur.
- Bakır Birikimi ve Kaplama: Kimyasal olarak biriktirilmiş ve elektrokaplanmış bakır, katmanlar arası bağlantılar için delik duvarlarını metalize eder.
- Dış Katman Devresi ve Yüzey Kaplaması
- Desen Transferi: Lazer Doğrudan Görüntüleme (LDI) teknolojisi dış katman devreleri oluşturur.
- Lehim Maskesi ve Serigrafi: Lehim direnç mürekkebi uygulanır ve bileşen işaretleri basılır.
- Yüzey İşlemi: HASL, ENIG veya OSP gibi işlemler, uygulama ihtiyaçlarına göre seçilir.
- Elektriksel Testler: Uçan prob veya çivi yatağı testi ile süreklilik testi yapılmıştır.
- Güvenilirlik Doğrulaması: Termal döngü, yüksek sıcaklık/nem testi, empedans testi vb. içerir.
3. Sert PCB'lerin Güvenilirliğini Nasıl Artırabiliriz?
Zorlu ortamlarda sert PCB'lerin güvenilirliğini artırmak için malzemelerin, tasarımın, üretimin ve test süreçlerinin sistematik olarak optimize edilmesi gerekir:
- Yüksek frekanslı uygulamalar için, kullanın PTFE alt tabakalar (Dk≈3,0, Df<0,005).
- Yüksek sıcaklıklı ortamlar için (örneğin, otomotiv elektroniği), kullanın yüksek Tg FR-4 (Tg≥170°C).
- Isı yayılımı ihtiyaçları için, kullanın metal çekirdekli alt tabakalar (alüminyum çekirdek ısı iletkenliği 1–3 W/m·K).
- Topraklama Tasarımı: Yüksek frekanslı devreler için çok noktalı topraklama, düşük frekanslı devreler için tek noktalı topraklama kullanın.
- Termal Yönetim: Termal viyalar ekleyin, kalın bakır folyo (≥2 oz) kullanın.
- Sinyal Bütünlüğü: Kontrol empedans sapmasını ± içinde tutun, hat genişliği toleransı ±0,05 mm.
- Laminasyon Süreci: Vakumlu presleme, katmanlar arası kabarcıkları azaltır.
- Delme Hassasiyeti: Delik konumu hatası ≤50μm, en boy oranı ≤8:1.
- Lehimleme İşlemi: SAC305 kurşunsuz lehim kullanın, yeniden akış tepe sıcaklığı 245°C±5°C.
- Endüstri standartlarını takip edin, örneğin IPC-6012 ve IPC-A-600.
- Çevresel Stres Taraması (ESS) uygulayın, örneğin 1000 termal döngü (-40°C ila 125°C).
4. Sert PCB ve Esnek PCB: Nasıl Seçilir?
| Dikkate alma | Rijit PCB'ler için uygundur | Esnek PCB'ler için uygundur |
|---|
| Mekanik Ortam | Sabit kurulum, yüksek titreşim | Esnek, dinamik katlanabilirlik |
| Maliyet Duyarlılığı | Seri üretim, maliyet kontrollü | Düşük hacimli, yüksek değerli ürünler |
| Alan Kısıtlamaları | Yeterli alan | Sınırlı veya düzensiz alanlar |
| Isı Dağılımı | Yüksek güçlü bileşenler, aktif soğutma | Düşük güç, pasif soğutma |
| Sinyal Frekansı | Özel malzemelerle yüksek frekans/hız (>10GHz) | Genel frekans (<5GHz) |
5. Uygulama Senaryoları ve Seçim Önerileri
- Tüketici Elektroniği (anakartlar, cihazlar): Düşük maliyet ve olgun süreç için FR-4 tercih edilir.
- Endüstriyel Kontrol (PLC'ler, sensörler): Yüksek güvenilirlik gereklidir; yüksek Tg FR-4 veya çok katmanlı kartlar önerilir.
- Otomotiv Elektroniği (ECU'lar, radar): Yüksek sıcaklık direnci ve titreşim direnci gerektirir; metal alt tabaka veya seramik alt tabaka isteğe bağlıdır.
- İletişim Ekipmanları (5G baz istasyonları, RF modülleri): Yüksek frekanslı uygulamalar PTFE veya Rogers malzemelerine ihtiyaç duyar.