Anahtar PCB Parametrelerinin Detaylı Açıklaması
1. Elektriksel Performans Parametreleri
Bir PCB'nin elektriksel özellikleri, özellikle yüksek frekanslı ve yüksek hızlı devrelerde sinyal bütünlüğünü doğrudan etkiler.
- Dielektrik Sabiti (Dk) - Bir malzemenin elektrik enerjisi depolama yeteneğini ölçer. Daha düşük Dk değerleri (örneğin Dk≈2.2 ile PTFE) daha hızlı sinyal iletimi sağlayarak onları 5G ve milimetre dalga uygulamaları için ideal hale getirir.
- Yayılma Faktörü (Df/Kayıp Tanjantı) - Sinyal enerji kaybını gösterir. Yüksek frekanslı uygulamalar (örn. radar, uydu iletişimi) Df < 0,005 gerektirir.
- Yüzey/Hacim Dirençliliği - Yüksek yalıtım direnci (>10¹² Ω-cm), yüksek voltajlı PCB'ler (örn. güç modülleri) için çok önemli olan kaçak akımları önler.
- Arıza Gerilimi - Standart FR4 ≥20 kV/mm'ye dayanırken, seramik alt tabakalar 50 kV/mm'ye kadar dayanabilir.
- Empedans Kontrolü - Yüksek hızlı PCB'ler (örn. DDR5, PCIe 6.0) sinyal yansımalarını en aza indirmek için sıkı empedans toleransı (±5%) gerektirir.
2. Termal Performans Parametreleri
Bir PCB'nin ısı direnci, özellikle kurşunsuz lehimleme ve uzun vadeli stabilite için yüksek sıcaklıklı ortamlarda güvenilirliğini belirler.
- Cam Geçiş Sıcaklığı (Tg) - Standart FR4 Tg≈130°C'ye sahipken, yüksek Tg PCB'ler (Tg≥170°C) otomotiv ve askeri elektroniklerde kullanılır.
- Termal Ayrışma Sıcaklığı (Td) - Kurşunsuz lehimleme için Td > 325°C olan malzemeler (örn. Isola 370HR) tercih edilir.
- Termal İletkenlik - FR4 düşük termal iletkenliğe (~0,3 W/m-K) sahipken, metal çekirdekli PCB'ler (örneğin alüminyum) 10 W/m-K'ye ulaşabilir ve bu da onları LED soğutma için ideal hale getirir.
- Termal Genleşme Katsayısı (CTE) - Çok katmanlı PCB'lerde delaminasyonu önlemek için Z ekseni CTE <50 ppm/°C olmalıdır (IC substratları CTE≈6 ppm/°C gerektirir).
3. Mekanik Performans Parametreleri
Mekanik mukavemet, montaj süreçlerini ve uzun vadeli dayanıklılığı etkiler.
- Eğilme Dayanımı - Standart FR4 400-600 MPa arasında değişirken, esnek PCB'ler (poliimid) >200 MPa gerektirir.
- Peeling Gücü - Lehimleme sırasında folyonun ayrılmasını önlemek için bakır yapışması 1,0 N/mm'yi (IPC standardı) aşmalıdır.
- Su Emme - Düşük nem emilimi (<0,2%) kabarmayı önler; yüksek frekanslı laminatlar tipik olarak <0,1%'yi korur.
4. Yapısal Özellikler
Üretim hassasiyeti aşağıdakiler için kritik öneme sahiptir yüksek yoğunluklu ara bağlantı (HDI) ve minyatürleştirilmiş tasarımlar.
- Bakır Kalınlığı Toleransı - Standart 1 oz bakır ±10% toleransa sahipken, hassas devreler ±5% gerektirir.
- Katmandan Katmana Kayıt Doğruluğu - HDI PCB'ler <25 μm hizalama gerektirirken, standart çok katmanlı kartlar <50 μm'ye izin verir.
- Minimum İz / Boşluk (L / S) - Standart PCB'ler 0,1 mm/0,1 mm kullanırken, gelişmiş IC alt tabakaları 20 μm/20 μm'ye ulaşır.
5. Güvenilirlik Testi Metrikleri
PCB'ler uzun vadeli stabiliteyi sağlamak için sıkı testlerden geçmelidir.
- İletken Anodik Filament (CAF) Direnci - Nemli koşullar altında kısa devre risklerini değerlendirir (1000 saat boyunca 851°C/85% RH).
- Yüzey İzolasyon Direnci (SIR) - 10⁸ Ω değerini aşmalıdır (JIS standartlarına göre).
- Termal Döngü Testi - 100 döngüde (-55°C ila 125°C) çatlama olmadan dayanır (otomotiv PCB'leri daha sıkı testler gerektirir).
6. Çevre ve Süreç Uyumluluğu
Çevresel düzenlemeler (örn. RoHS, REACH) PCB malzeme gelişmelerini yönlendirmektedir.
- Karşılaştırmalı Takip Endeksi (CTI) - Tıbbi cihazlar Sınıf 3'e (400-600V) ihtiyaç duyarken, endüstriyel kontroller Sınıf 2 gerektirir.
- Halojensiz - Toksik emisyonları azaltmak için klor/brom içeriği <900 ppm olmalıdır.
- Alev Geciktirici (UL94) - V-0, havacılık ve uzay uygulamaları için zorunlu olan en yüksek derecedir.
PCB Kart Sınıflandırması ve Seçimi
1. Yaygın PCB Malzemeleri
- FR4 - Tüketici elektroniği için standart epoksi-cam laminat.
- CEM-3 - Kompozit substrat, basit çift taraflı PCB'ler için uygun maliyetli.
- Yüksek Tg PCB'ler (Tg≥170°C) - Otomotiv ve askeri kullanım için ısıya dayanıklıdır.
- Yüksek Frekanslı Laminatlar (örn. Rogers RO4003C) - 5G/radar uygulamaları için düşük Dk/Df.
- Metal Çekirdekli PCB'ler (Alüminyum/Bakır) - LED'ler ve güç modülleri için mükemmel termal yönetim.
2. PCB Malzeme Sınıfları Karşılaştırması
| Malzeme Sınıfı | Özellikler | Tipik Uygulamalar |
|---|
| 94HB | Kağıt bazlı, alev geciktirici olmayan | Düşük maliyetli tüketici elektroniği |
| 94V0 | Alev geciktirici kağıt alt tabaka | Ev aletleri kontrol panoları |
| CEM-1 | Tek taraflı fiberglas | Basit devreler |
| CEM-3 | Çift taraflı yarı cam | Düşük maliyetli çift katmanlı PCB'ler |
| FR4 | Standart fiberglas | Tüketici elektroniği, endüstriyel kontroller |
| Yüksek Tg FR4 | Yüksek sıcaklığa dayanıklı | Otomotiv, havacılık ve uzay |
3. Doğru PCB Malzemesi Nasıl Seçilir?
- Yüksek Frekans Uygulamaları → Düşük Dk/Df malzemeler (Rogers, Taconic).
- Yüksek Sıcaklık Ortamları → Yüksek Tg (≥170°C) veya yüksek Td (>325°C) malzemeler.
- Yüksek Güçlü Isı Dağıtımı → Metal çekirdekli veya yüksek termal iletkenlikli FR4.
- Çevre Dostu Gereksinimler → Halojen içermeyen, RoHS uyumlu malzemeler.
PCB parametrelerinin seçimi ürün performansını, güvenilirliğini ve maliyetini doğrudan etkiler. Mühendislerin uygulama senaryosuna (yüksek frekans, yüksek sıcaklık, yüksek güç gibi) göre uygun kart malzemelerini (FR4, CEM-3, yüksek Tg PCB vb.) seçmeleri ve sinyal bütünlüğünü, ısı yayma yeteneklerini ve mekanik mukavemeti iyileştirmek için tasarımı optimize etmeleri gerekir.