PCB Tasarımının Temel Noktaları
PCB tasarımı elektronik ürünlerin temelidir. PCB'nin kalitesi, cihazın ne kadar iyi çalıştığını, ne kadar güvenilir olduğunu ve üretim maliyetini doğrudan etkiler. Tasarımın birkaç önemli parçası vardır baskılı devre kartları (PCB'ler). Bu, yerleşimi planlamayı, yönlendirme stratejilerine karar vermeyi ve güç ve sinyalin iyi olduğundan emin olmayı içerir. Üretim süreci gereksinimleri de önemlidir.
1. PCB Yerleşim Planlaması
PCB yerleşimi tasarımın birincil aşamasıdır; burada doğru bileşen yerleşimi sinyal akışını optimize eder, paraziti azaltır ve termal verimliliği artırır.
1.1 Fonksiyonel Bölümleme ve İzolasyon Tasarımı
- Analog/Dijital/RF Bölge İzolasyonu: Fiziksel aralık (≥5mm) ve toprak düzlemi ayrımı ile elde edilir
- Yüksek Gerilim ve Alçak Gerilim Alan Bölümü: Güç dönüştürme modülleri hassas sinyallerden 10-15 mm aralık bırakmalıdır
- Isıya Duyarlı Bileşen Yerleşimi: BGA paketleri 5 mm'lik bir uzak tutma bölgesi gerektirir; ısı üreten bileşenler (örn. güç MOSFET'leri) kart kenarlarına yakın olmalıdır
1.2 Mekanik ve Termal Tasarım Standartları
- Koordinat Sistemi Kurulumu: Köşe montaj deliklerinin ortasındaki orijin (±0,05 mm hassasiyet)
- Termal Yönetim Planlaması:
- Doğal konveksiyon düzeni: PCB üstünde yüksek ısı bileşenleri
- Cebri hava soğutması: Hava akış yönü ile hizalanmış bileşenler
- Yapısal Uyumluluk: Konektörler muhafaza açıklıkları ile hizalanmalıdır (±0,2 mm tolerans)
2.1 Temel Yönlendirme İlkeleri
- 3W Kuralı: İz aralığı ≥3× iz genişliği (örneğin, 5mil genişlik için 15mil aralık)
- Ortogonal Katman Yönlendirme: Bitişik sinyal katmanları dik yönlendirme kullanır (0°/90° geçiş)
- Optimizasyon Yoluyla: Katman değiştiren yüksek hızlı sinyaller bitişik toprak dönüş yolları gerektirir (aralık ≤λ/10)
2.2 Özel Sinyal İşleme
| Sinyal Tipi | Yönlendirme Gereksinimleri | Tipik Parametreler |
|---|
| Diferansiyel Çiftler | Uzunluk eşleştirme (±5mil) | 100Ω±10% empedans |
| Saat Sinyalleri | Koruma izleri | 6mil genişlik |
| RF Sinyalleri | Kavisli köşeler | 50Ω empedans |
3. Güç Bütünlüğü Tasarımı
3.1 Çok Katmanlı Kart Güç Mimarisi
- Düzlem Segmentasyonu:
- Dijital (1.2V/1.8V) ve analog güç izolasyonu
- 20H Kuralı: Güç düzlemi topraktan 20 kat dielektrik kalınlığında girintili
- Dekuplaj Kondansatörü Yerleşimi:
- Güç girişlerinde yığın kapasitörler (10μF)
- IC pinlerinin yakınında küçük kapasitörler (0,1μF) (≤3mm)
3.2 Gerilim Dönüşüm Tasarımı
- DC-DC Düzen Temelleri:
- İndüktör-anahtar mesafesi ≤5mm
- Gürültü kaynaklarından uzağa yönlendirilmiş geri bildirim izleri
- Dalgalanma Kontrolü:
- Yük geçici yanıtı ΔV<2%
- ≥40dB gürültü zayıflaması @100MHz
4. Gelişmiş Sinyal Bütünlüğü Optimizasyonu
4.1 İletim Hattı Kontrolü
- Empedans Eşleştirme Hesaplaması:
Mikroşerit empedans formülü:
Z0 = [87/sqrt(εr+1.41)] * ln[5.98h/(0.8w+t)]
- Fesih Stratejileri:
- Kaynak serisi sonlandırma (22-33Ω)
- Uç-paralel sonlandırma (toprağa 50Ω)
4.2 Çapraz Karışım Azaltma Teknikleri
- 3D Aralık Kuralları:
- Aynı katman aralığı ≥3H (H = referans düzlemine olan yükseklik)
- Bitişik katman kademeli yönlendirme
- Ekranlama Yöntemleri:
- 5 yüksek hızlı sinyal başına 1 toprak hattı
- Şerit hat konfigürasyonunda kritik sinyaller
5. DFM (Üretim için Tasarım) Standartları
5.1 Süreç Yetenek Parametreleri
| Parametre | Standart Süreç | Yüksek Hassasiyetli Süreç |
|---|
| Min İz Genişliği | 0.1mm | 0,05 mm |
| Min Matkap Boyutu | 0.2mm | 0.1mm |
| Ped Aralığı | 0.15mm | 0,08 mm |
5.2 Özel Yapı Tasarımı
- Termal Via Dizileri: 0,3 mm çap, 0,6 mm aralık
- Bakır Balansı: <30% taraf başına bakır alan farkı
- Panelizasyon Tasarımı: Yüksek yoğunluklu yönlendirme alanlarından kaçınan V-kesim hatları
6. Tasarım Doğrulama Süreci
6.1 Üretim Öncesi Kontrol Listesi
- Elektriksel Kural Kontrolü (ERC): Açık/kısa doğrulama
- Tasarım Kuralı Kontrolü (DRC): 300'den fazla süreç kuralı
- Sinyal Bütünlüğü Simülasyonu: Setup/hold marjı >15%
- Termal Analiz: Bağlantı sıcaklığı <80% derecesi