Baskılı Devre Kartları nedir?

PCB'lerin amacı
 

Baskılı Devre Kartları veya PCB'ler, elektrik devreleri içeren ve bunları bağlayan yapılardır. Sistemin beyni olarak işlev görür ve farklı işlevleri etkinleştirmek için bileşenleri bağlarlar. PCB'lere PCA (baskılı devre düzenekleri) veya CCA (devre kartı düzenekleri) dendiğini de duyabilirsiniz.

Günümüzün teknolojisinde PCB'ler hemen her yerde kullanılır. Teknoloji camiasında daha az fiziksel alan kaplayan daha güçlü sistemlere yönelik genel trendi temsil ederler. Boyutları değişiklik gösterse de PCB'ler, genellikle diğer elektrik tesisatı türlerine göre ürün tasarımında çok daha az yer işgal eder. PCB'lerin bu yerden tasarruf özelliği, modern ürün geliştirmede bu kadar çok tercih edilmelerinin ana sebeplerinden biridir.

PCB'lerin bir diğer önemli özelliği de uyarlanabilir olmalarıdır. Yapılarının modüler doğası nedeniyle PCB'ler, özel kullanım durumunuza bağlı olarak çok çeşitli işlevleri yerine getirecek şekilde uyarlanabilir. Sonuç olarak PCB'ler, elektronik devreleri bağlamak için kullanılır ve günümüzde akıllı telefonlardan endüstriyel sistemlere kadar yoğun şekilde kullandığımız birçok elektronik cihaza güç sağlar.

PCB'ler Nasıl Üretilir?

PCB'nin yakından görünümü

PCB'lerin Üretimi

Bir, iki veya daha fazla katmandan oluşan PCB'ler, iletken bir metal (çoğu zaman bakır) ve bir yalıtım katmanının sıralı katmanlar şeklinde istiflenmesiyle yapılır. İletken yollar veya izler, her bir katmanda ayrı ayrı bakır metalin üzerine kazınır. Bu, iki yöntemden biri kullanılarak yapılır. İlk yöntemde, kart üzerine tam bir bakır levha yerleştirilir. Ardından, izler için istenen yollar maskelenir ve bir makine, fazladan bakırı kazıyıp çıkararak iletken metali sadece tasarımcının izlerin bulunmasını istediği alanlarda bırakır.

Alternatif olarak, yalnızca izlerin yollarını açıkta bırakarak kartı bir bakır çözeltisine batırmak mümkündür. Bu yöntem, katmanın yalnızca açıkta bırakılan kısımlarını bakır ile kaplayarak önceki yöntemle aynı sonucun elde edilmesini sağlar. Genel bakır atığı daha az olduğu için daha düşük maliyetli olabildiğinden, çok sayıda PCB veya çok katmanlı PCB üretilirken bazen ikinci yöntem tercih edilir. Kullanılan yöntem ne olursa olsun, kartınız için istediğiniz miktarda katman oluşturulana kadar bu işlem tekrarlanır. Tüm katmanlarla birlikte tamamlanmış PCB grubuna genellikle "katman yığını" veya "yığın" adı verilir.

İlgileniyor musunuz? PCB'leri 3D tasarımlarınıza entegre etme hakkında daha fazla bilgi edinmek için CircuitWorks for SOLIDWORKS'e göz atın CircuitWorks'ü Görüntüle

Baskılı Devre Kartı Tasarımında Kimler Yer Alır?

PCB'ler, bir dizi elektronik işlev için gerekli olan entegre elektronik bileşenlerdir. PCB tasarımı, entegrasyonu ve üretiminde yer alan önemli aktörlerden bazılarına göz atalım.

PCB Tasarımcısı avatarı

PCB Tasarımcısı

 

PCB Tasarımcısı, daha geniş kapsamlı elektronik mühendisliği altındaki bir uzman rolüdür. Bir PCB tasarımcısının yegane odak noktası baskılı devre kartlarının tasarımı ve işlevselliğidir. Genellikle CAD araçları hakkında bilgili olması gereken PCB tasarımcısı, tasarım sürecinin şema, bileşen seçimi, yerleşim ve dokümantasyon aşamalarından sorumludur.

PCB tasarımcıları, tasarladıkları kartın işlevi hakkında ayrıntılı bilgilere ihtiyaç duyar ve kartın uygun sertlik seviyesi, en ideal ana malzeme ve diğer malzeme/düzenleme kararları gibi kararlar almaktan sorumludur.

PCB Tasarımcısı avatarı

Elektronik Mühendisi / Sistem Mimarı

 

PCB tasarımcısından daha geniş kapsamlı olan elektronik mühendisi veya sistem mimarı, PCB'nin daha büyük elektrik sistemine entegre edilmesini görselleştirmekten sorumludur. Bu, PCB'ler ve diğer girişler arasındaki bağlantıların ayrıntılarıyla planlanması ve hatta sistem gereksinimlerine göre en ideal kart düzenlemesinin belirlenmesi gibi konuları içerebilir.

Daha küçük kuruluşlarda, PCB tasarımcısı ve elektronik mühendisi/sistem mimarı görevleri tek bir rolde birleştirilebilir. Ancak kartın tasarımı ile genel elektrik sisteminin genel haritalama ve görselleştirmesi arasındaki ayrımın farkına varılması önemlidir.

Makine Mühendisi

 

Bir makine mühendisi, parçanın genel uyumluluğuna dair benzersiz bir bakış açısı sunabilir ve genel ürün tasarımına daha iyi entegre edilebilmesi için bir parçanın veya bir tasarımın nasıl değiştirilebileceği konusunda rehberlik sağlayabilir. PCB'nizi genel ürün tasarımına entegre etmek söz konusu olduğunda bir makine mühendisinin sürece dahil edilmesi çok önemlidir.

Yukarıdaki rollere ek olarak bir makine mühendisi, PCB tasarımı ve uygulaması sırasında önemli bir sorun olan sistem aşırı ısınmasını önlemek için termal yönetimin genel ürüne en iyi şekilde nasıl entegre edilebileceğine dair fikir sahibi olacaktır.

PCB Üreticisi

 

PCB üreticileri de PCB tasarımı, entegrasyonu ve üretim sürecindeki önemli aktörlerden biridir. PCB'leri üretmek için gereken materyalleri sağlamaktan sorumlu olan PCB üreticileri, yukarıdaki rollerde bulunan kişiler tarafından geliştirilen tasarımları gerçekleştirmek için hangi fiziksel kaynakların mevcut olduğuna dair değerli bir bakış açısı sağladığından tasarım süreci boyunca görüşmelere dahil edilmelidir.

Ayrıca özellikle daha karmaşık sistemlerde, PCB içeren tüm ürünler için PCB üretimi bütçenin ciddi bir kısmını oluşturur. Bu nedenle, PCB üreticileri yönetime bir proje teklifi sunarken temel öneme sahip olan tahmin edilen maliyetlerle ilgili görüşmelere dahil edilmesi gereken önemli bir grubu temsil eder.

Baskılı Devre Kartları nerelerde kullanılır?

PCB'ler, kişisel akıllı cihazlardan büyük endüstriyel sistemlere kadar neredeyse tüm modern teknolojik cihazlarda bulunur. Aşağıda bu sektörlerden bazılarına göz atın.

Öğrenci misiniz? Diğer eğitim materyallerine göz atın. Öğrenme İçeriğini Görüntüleyin

Baskılı Devre Kartları İçin Çözümlerimiz

SOLIDWORKS, PCB'lerin CAD tasarımlarına entegrasyonunu destekleyenler de dahil olmak üzere SOLIDWORKS Electrical portföyünde elektrik sistemlerini desteklemek için çeşitli araçlar sunar. Buna bir göz atalım.

CircuitWorks for SOLIDWORKS

CircuitWorks'ün ekran görüntüsü

CircuitWorks, SOLIDWORKS CAD yazılımında bulunan bir eklentidir. CircuitWorks, PCB tasarımını SOLIDWORKS ekosistemine getirerek ECAD ve MCAD ekiplerinin daha entegre olmasını sağlar. Bir iş birliği aracı olan CircuitWorks, kullanıcıların hem PCB yerleşim bilgilerini parametrik SOLIDWORKS tasarımlarına doğrudan içe aktarmasını hem de SOLIDWORKS içinde istediğiniz PCB aracına gönderilebilecek montajlar tanımlamasını sağlar. Bu çift yönlü tasarım, CircuitWorks'ün sizin çalışma şeklinize göre çalışarak mevcut iş akışınızı güçlendirdiği anlamına gelir

Terminoloji: Baskılı Devre Kartlarını Tanımlama

PCB'lerle ilgili olarak kullanılan birçok benzersiz terim mevcuttur. PCB tasarımı, entegrasyonu ve üretimiyle ilgili bazı temel terimleri ve kavramları tanımlayalım.

Terim
Tanım
İz

İz, genellikle bakırdan üretilen ve kartın ilgili katmanına kazınan iletken bir yoldur. İzler hem dahili hem harici olabilir. Dahili ve harici izler, ısı yayılımı özellikleri ve genişlik ve kalınlık gibi diğer özellikler açısından farklılık gösterir. Bunları daha yakından inceleyelim.

Dahili İz
Dahili izler, devre kartının iç katmanı içinde bulunur. Dahili izler, harici izlere göre daha kötü ısı dağılımına sahiptir. Bu nedenle, aşırı ısınmayı önlemek üzere bu izler için uygun genişlik, kalınlık ve yönlendirme seçilirken dikkatli olunmalıdır.

Harici İz
Diğer taraftan, harici izler kartın üstünde veya tabanında bulunur. Bu izler, monte edilmiş karta bakarken görülebilir ve PCB'lere karakteristik çizgili desenlerini verir. Kartın açıkta kalan yüzünde bulunmaları nedeniyle, harici izler ısı düzenlemesinde dahili izlere göre daha iyidir.

Delik

PCB'deki bir delik, bir kart katmanındaki herhangi bir açıklıktır. Bu delik mekanik delme, lazerle kaldırma veya kimyasal çözünmeyle açılabilir. Fiziksel bileşenleri PCB'nin yüzeyine sabitlemek için yapısal delikler veya katmanlar arasında geçiş yapmak için delikler olabilir. Deliklerin belirli şekli, boyutu ve birbirlerine göre yönleri benzersiz kartın gereksinimlerine bağlıdır. 

Ek olarak, PCB delikleri kaplamalı ve kaplamasız olabilir: 

Kaplamalı delikler
Kaplamalı delikler, açıldıktan sonra iletken bir metalle kaplanmış deliklerdir. Bu delikler, elektriği iletmek için özel olarak tasarlanmıştır.

Kaplamasız delikler
Kaplamasız delikler, PCB'nin elektrik iletmeyen katmanından veya katmanlarından geçmek için açılan deliklerdir. Bunlar iletken olmadıkları için genellikle devreleri desteklemek yerine yapısal amaçlarla kullanılır.

Via

Kaplamalı bir delik türü olan via'lar, sinyallerin PCB katmanları arasında yönlendirilmesine olanak tanır. Başlıca via tipleri şunlardır:

Geçiş via'sı
Geçiş via'sı kartın üst kısmından tabana doğru uzanan bir deliktir ve kartın tüm katmanları boyunca bağlantı sağlar. Bunlar, kör ve gömülü via'ların birlikte kullanılmasıyla karşılaştırıldığında göreceli üretim kolaylığı nedeniyle etkili bir seçimdir.

Kör via
Kör via'lar PCB'nin ya üst katmanında ya da tabanında bulunur. Bu via'lar, kartın dış katmanları ile iç katmanlar arasında bağlantı sağlar. Bunları kullandığınızda yüzey alanı kaybeder ancak iç katman alanı elde edersiniz.

Gömülü via
Gömülü via, iç katmanların arasında bulunur ve bir veya birden fazla iç katman genelinde sinyal taşır. Kör via'nın aksine gömülü via'lar kullanıldığında iç katman alanından verilen kayıp, daha fazla yüzey alanı olarak kazanılır.

Mikro via
Mikro via, HDI (yüksek yoğunluklu ara bağlantı) PCB'lerinde yaygın olarak kullanılan özel bir via'dır. Bu via'lar geleneksel via'lardan çok daha küçük olabilir ve daha yüksek yoğunluklu devre tasarımı sağlayarak daha az alana daha fazla işlev sığdırmanıza olanak tanır.

Keep-In/Keep-Out

Keep-in/keep-out, PCB tasarımı hakkında konuşulurken sıkça kullanılan bir ifadedir. Bu, bileşenlerin kart katmanının neresine yerleştirilmesi gerektiği hakkındaki kararlarla ilişkilidir.

 

Yüzeye Monte Cihaz (SMD) Bileşenleri

Yüzeye monte cihaz (SMD) bileşeni, lehimleme yoluyla kartın yüzeyine sabitlenir. Bu bileşenler, bir geçiş bileşeni gibi karttan geçerek iç katmanlara ulaşmaz. Bazı yaygın SMD türleri arasında dirençler, endüktörler, transistörler, kapasitörler, diyotlar ve entegre denetleyiciler (IC) bulunur.

 

Sertlik

Sertlik, bir kartın ne kadar esnek olduğunu belirler. En yaygın formlar çeşitli sertliklerde mevcuttur, bunlar aşağıdaki gibidir:

Sert
Sert PCB'ler esnek değildir. Yine de en yaygın PCB tipi olan sert kartlar, düşük stresli ortamlar ve standart geometriler için idealdir. Ayrıca diğer sertlikteki kartlarla karşılaştırıldığında sert kartların üretimi daha basittir ve seri üretim için de idealdir.

Esnek
Esnek PCB'ler tamamen esnek devrelerdir. Esnek PCB'ler genellikle son derece esnek, ısıya dayanıklı bir plastik olan poliimidden yapılır. Esnek PCB'ler, esneklikleri nedeniyle düzensiz geometriler için idealdir ve genellikle kişisel giyilebilir teknolojiler gibi cihazlarda bulunur.

Sert-Esnek
Sert-esnek PCB'ler hem sert hem esnek PCB'lerin özelliklerini bir araya getirir. Bu kartlar, sert kartlara kıyasla daha yüksek bir mekanik şok eşiğini absorbe etme özellikleri ve sert ve esnek elemanların birleşiminden dolayı benzersiz esneklik ve dayanıklılık kombinasyonları sayesinde idealdir. Diğer kart türlerine göre büküm yarıçapı ve mekanik gerinim gibi tasarımla ilgili düşünülmesi gereken daha fazla husus olsa da bu kartlar, üretildikten sonra özel tasarımlar ve kişisel kullanımdan endüstriyel kullanıma kadar her türlü ürün kullanım durumu için mükemmel seçeneklerdir.

Prepreg

İngilizcede "önceden emprenye edilmiş" manasına gelen prepreg, çok katmanlı PCB'lerdeki bir yalıtım katmanıdır. Genellikle reçine emdirilmiş fiberglastan yapılan prepreg katmanları, PCB'nin bakır katmanlarını bağlamak ve yalıtmak için gereklidir. Tek katmanlı kartta yalnızca bir iletken katman olduğundan ve bu nedenle prepreg'ler tarafından sağlanan ek katman ayrımına gerek olmadığından, ayrı prepreg katmanları çekirdek montajındaki kullanımları dışında genellikle tek katmanlı kartlarda gerekli değildir.

 

Çekirdekler

PCB'deki çekirdeğe bazen PCB'nin tabanı veya kart alt katmanı da denir. Çekirdekler önceden preslenmiş katmanlardır. Çekirdek veya alt tabaka malzemesi, sırasıyla bakır folyo katmanları ve prepreg malzemeleri arasında sıkıştırılır. Çekirdekler, yukarıda açıklandığı gibi prepreg'lere benzer şekilde fiberglas-reçine karışımından üretilir; bunları "FR4" yazılı çekirdekler/PCB'ler olarak görebilirsiniz. Çekirdekler, gelişmiş termal iletkenlik için seramikten de yapılabilir veya seramikle güçlendirilebilir. Alternatif olarak, yapısal avantajları olan metal çekirdekli PCB'de kullanılmak üzere metalden de yapılabilirler. Çekirdek seçiminiz, istediğiniz kullanım durumuna ve kartınızın dağıtılacağı ortama bağlıdır.

 

Serigrafi

Serigrafi, PCB'nin en üst katmanıdır. Üretim sürecindeki son adımlardan biridir. Genellikle beyaz renkte yapılan serigrafi katmanı etiketleme, marka öğeleri ve karta yazılması gereken diğer tüm bilgiler için kullanılır.

 

Lehim Maskesi

Bazen lehim direnci olarak da adlandırılan lehim maskesi, lehimleme yapılması gereken alanları dışarıda bırakarak PCB'nin tamamını kaplar. Genellikle yeşil renkte olup kırmızı veya siyah da olabilen lehim maskeleri, kart üzerindeki fiziksel ve elektriksel yalıtım sağlayan izlerle kısa devrelerin önlenmesine yardımcı olur.

 

Gerber Dosyaları

Gerber dosyası, bir üreticiye kart özelliklerini iletmenin standart yolu olan yaygın bir üretim dosyası türüdür.

 

ODB++ Dosyaları

ODB++ dosyaları, tasarım ve üretim arasında iletişim kurmanın başka bir yoludur. CAD ve CAM araçları arasında ve dolayısıyla tasarım/mühendislik ve üretim ekipleri arasında PCB tasarımı bilgilerini iletmek için etkili bir yöntemdir.