PCB kart, diğer adıyla baskılı devre kartı, yalıtkan malzemelerin (cam elyafı, epoksi reçine vb.) yüzeyine iletken bakır folyodan desenler yerleştirilerek elektronik bileşenler arasında elektriksel bağlantı sağlayan bir karttır. Temel işlevi, bu bakır folyo devreler aracılığıyla elektronik bileşenler arasında elektriksel bağlantı sağlamak ve bileşenlerin karta sabitlenmesini sağlamaktır.
İster basit ev aletleri, ister karmaşık akıllı cihazlar, ister endüstriyel kontrol sistemleri olsun, hepsi PCB kart desteğinden yoksun olamaz.
PCB kart ‘nin İşlevleri ve Uygulamaları
PCB kart,elektronik cihazlarda çeşitli işlevlere sahiptir. Bir yandan, entegre devreler gibi çeşitli elektronik bileşenlerin sabitlenmesi ve montajı için mekanik destek sağlar, bileşenler arasındaki kablolama ve elektriksel bağlantıyı veya elektrik yalıtımını gerçekleştirir ve istenen elektriksel özellikleri sunar; Öte yandan, otomatik lehimleme için lehim engelleme desenleri sağlar ve bileşenlerin takılması, kontrolü ve onarımı için tanımlama karakterleri ve desenleri sunar.
Ayrıca, pcb kart ‘nin kullanılmasıyla, benzer baskılı devre kartlarının tutarlılığı, manuel kablolama hatalarını önler; elektronik bileşenlerin otomatik takılması veya yapıştırılması, otomatik lehimleme ve otomatik test işlemlerini mümkün kılar; elektronik ürünlerin kalitesini garanti eder, iş verimliliğini artırır, maliyetleri düşürür ve onarımı kolaylaştırır.
Günümüzde pcb kart,çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır:
LED aydınlatma alanında, LED ampullerin kullanım sırasında daha az ısı üretmesi nedeniyle metal çekirdekli pcb kart levhalar yaygın olarak kullanılmaktadır.
Otomotiv sektöründe pcb kart, motor kontrol sistemi, ses sistemi, şanzıman sensörü, dijital ekran vb. uygulamalarda kullanılarak aracın normal çalışmasını sağlar.
Havacılık ve uzay alanında, pcb kart ‘lerin aşırı sıcaklıklara ve yoğun türbülansa dayanabilen bileşenlere sahip olması, hafif ve oksidasyona dayanıklı olması gerekir.
Tıp sektöründe, kalp monitörleri, KBB tanı cihazları, CT tarama sistemleri vb. PCB desteğine ihtiyaç duyar.
Askeri alanda, ‘lerin aşırı koşullarda yüksek dayanıklılık ve güvenilirlik göstermesi gerekir; tasarımın yüksek performans gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için sıkı test süreçlerinden geçer.
Devre kartları, kat sayısına göre tek taraflı pcb, çift taraflı pcb ve Çok katmanlı PCB olmak üzere üç ana sınıfa ayrılır.
Tek taraflı PCB’de, en temel PCB yapısında bileşenler bir tarafta, iletkenler ise diğer tarafta bulunur. İletkenler sadece bir tarafta yer aldığı için bu tür PCB’lere tek taraflı devre kartı denir. Tek taraflı kartlar genellikle üretimi kolay ve maliyeti düşüktür, ancak çok karmaşık ürünlerde kullanılamaması bir dezavantajdır. Çift taraflı PCB, tek taraflı PCB’nin bir uzantısıdır; tek katmanlı kablolama elektronik ürünlerin ihtiyaçlarını karşılayamadığında çift taraflı PCB kullanılır.
Çift taraflı PCB’lerde her iki tarafta da bakır kaplama ve kablolama bulunur ve delikler aracılığıyla iki katman arasındaki devreler birbirine bağlanarak gerekli ağ bağlantısı oluşturulur. Çok katmanlı PCB, üç veya daha fazla iletken desen katmanı ile bunların arasına yerleştirilmiş yalıtım malzemesinin lamine edilmesiyle oluşturulan ve aralarındaki iletken desenlerin gereksinime göre birbirine bağlandığı baskılı devre kartıdır.
Çok katmanlı PCB, elektronik bilgi teknolojisinin yüksek hız, çok işlevlilik, büyük kapasite, küçük hacim, ince ve hafif yönünde gelişmesinin bir ürünüdür.
Devre kartları, malzeme özelliklerine göre esnek pcb (FPC), sert kart (PCB) ve esnek-sert birleşik kart (FPCB) olarak sınıflandırılabilir.
Esnek pcb bükülebilirlikleri yüksek, malzemeleri nispeten yumuşak olan kartlardır ve kamera, video kamera, yazıcı, akıllı telefon gibi esneme, bükülme ve üç boyutlu montaj gerektiren elektronik ürünlerde kullanılır. Ana baz malzemeleri PI, LCP, PPE vb.dir;
Sert kart, diğer adıyla rijit kart, erken dönemlerde çoğunlukla kağıt bazlı malzemelerden üretilirdi; günümüzde yaygın olarak kullanılan malzeme ise FR4’tür. FR4, elektronik sınıfı cam elyafının elektronik kumaş haline getirilmesi (dokuma tezgahı prensibine benzer) ve ardından reçine ile ıslatılarak her iki yüzüne bakır folyo kaplanmasıyla elde edilir. Sertlik, stabilite ve yalıtım özellikleri yüksektir.
Malzemesinin yüksek sertliğe (mekanik mukavemet) sahip olması nedeniyle, devre hatlarını oluşturarak bağlantı işlevini yerine getirmenin yanı sıra, çok sayıda mikro ve mini elektronik bileşenin taşıyıcı tabanı olarak da kullanılabilir; bu nedenle “elektroniğin annesi” unvanını haklı olarak taşır.
5G çağında, yüksek frekans ve yüksek hız gereksinimlerine uyum sağlamak için sürekli olarak yeni malzemeler geliştirilmektedir. Bunların en bilineni PTFE’dir; bu malzeme FR4’e kıyasla belirli bir esnekliğe sahiptir ve bu nedenle işlenmesi daha zordur.
Malzeme özelliklerine göre sınıflandırma
Bakır kaplı levhaların (CCL) alev geciktirme özelliklerine göre, alev geciktirici tip (UL94-VO, UL94-V1 sınıfı) ve alev geciktirici olmayan tip (UL94-HB sınıfı) olmak üzere iki sınıfa ayrılabilir.
Son yıllarda, çevre sorunlarına verilen önemin artmasıyla birlikte, alev geciktirici CCL içinde brom içermeyen yeni bir CCL türü ortaya çıkmıştır; bu, “yeşil alev geciktirici CCL” olarak adlandırılabilir. Elektronik ürün teknolojisinin hızlı gelişmesiyle birlikte, CCL’ye yönelik performans gereksinimleri de artmıştır.
Bu nedenle, CCL’nin performans sınıflandırmasına göre, genel performanslı CCL, düşük dielektrik sabitli CCL, yüksek ısı direncine sahip CCL (genel levhalarda L değeri 150°C’nin üzerindedir) ve düşük termal genleşme katsayısına sahip CCL (genellikle paketleme levhalarında kullanılır) gibi türlere ayrılır.
PCB kart Yüzey İşlemine Göre Sınıflandırma
Bu sınıflandırma, fabrikalar içinde ve teknik personel arasındaki iletişimde oldukça yaygındır ve esas olarak yaygın olarak kullanılan proses akışlarını ifade eder. Örneğin, PCB kart yüzey işlemine göre sınıflandırıldığında: kurşunlu kalay püskürtülmüş levha (bakır, kalay ve kurşun içerir), kurşunsuz kalay püskürtülmüş levha (ana bileşenleri bakır ve kalaydır, ayrıca eser miktarda nikel ve gümüş/altın), altın kaplama levha (bakır/nikel/altın içerir), kimyasal altın kaplama levha (bakır/nikel/altın içerir), oksidasyon önleyici veya OSP levha (bakır içerir), altın parmak levha (takılmaya uygun levha kenarı altın parmak işlemi), kimyasal gümüş kaplama levha, seçici kimyasal altın kaplama levha (seçici altın kaplama) vb.
Özel baskılı devre kartı türleri
Metal çekirdekli baskılı devre kartı Metal çekirdekli baskılı devre kartı, epoksi cam elyaf levhanın yerine belirli bir kalınlıkta bir metal levha kullanılarak, özel işlemlerden geçirildikten sonra metal levhanın her iki yüzündeki iletken devrelerin birbirine bağlanmasını ve metal kısımla yüksek düzeyde yalıtılmasını sağlar.
Metal çekirdekli baskılı devre kartının avantajı, iyi ısı dağılımı ve boyut kararlılığıdır; bunun nedeni, alüminyum, demir gibi manyetik malzemelerin ekranlama etkisine sahip olması ve karşılıklı paraziti önleyebilmesidir. Metal çekirdekli baskı levhalar, veya ısı yayma levhaları olarak da adlandırılırlar.
Ana işlevleri, metalin ısı yayma özelliğinden yararlanmaktır. Hafif, ince ve küçük olma eğilimi altında, elektronik ürünler giderek küçülmekte, elektronik bileşenlerin sayısı artmakta ve entegrasyon seviyesi yükselirken, bunların verimliliğinden kaynaklanan ısının nasıl hızlı bir şekilde dışarı atılacağı ve dağıtılacağı büyük bir engel haline gelmiştir. Bu nedenle, günümüzün yüksek akım ve yüksek verimli ürün uygulamalarında, metal çekirdekli ısı yayma levhaları önemli bir ürün kategorisi haline gelmiştir. Metal çekirdekler başlıca bakır bazlı, demir bazlı ve alüminyum bazlıdır.
Karbon film baskılı devre kartı, yalıtkan bir malzeme üzerine bir karbon film tabakası (iletken mürekkep) basılarak kontak noktaları veya bağlantı hatları (direnç değerleri belirtilen gerekliliklere uygun) oluşturulan bir devre kartıdır. Karbon film, adından da anlaşılacağı üzere, karbon mürekkep parçacıklarından oluşan ve yalıtkan bir alt tabakaya yapıştırılan ince bir tabakadır. Temel özelliği, basit serigrafi baskı işlemidir; iletken desenler, yaygın olarak kullanılan bakır katman yerine iletken mürekkep kullanılarak oluşturulur.
Ayrıca, tek taraflı baskı levhalarına bir veya iki kat iletken desen eklenerek yüksek yoğunluklu kablolama sağlanabilir. İletken desenler, bağlantıların yanı sıra direnç, düğme anahtarı kontakları ve elektromanyetik ekranlama katmanı olarak da işlev görür. Üretim sürecinin özellikleri arasında basit üretim, düşük maliyet ve kısa üretim süresi sayılabilir; ayrıca iyi aşınma direnci ve iletkenliğe sahiptir, tek taraflı levhalarda yüksek yoğunluklu tasarım, ürünlerin küçültülmesi ve hafifletilmesini sağlar; televizyon, telefon, oyun konsolu, hesap makinesi, video kaydedici ve elektronik piyano gibi tuşlu ürünlere uygundur.
Cam devre kartı: Hesap makineleri, cep telefonları, telefonlar ve diğer birçok elektrikli cihazın LCD ekranı aslında bir cam devre kartıdır! LCD ve LCD’yi bağlayan devreler cam yüzeyine yerleştirilir, ancak dış devreye lehimleme yöntemiyle bağlanamaz, sadece esnek yumuşak kontaklarla mekanik temas yoluyla bağlanabilir. Şeffaf cam tabanlı bir devre kartıdır; cam taban ile iletken devreler arasında eriyik bir bağ vardır ve birbirlerine sıkıca bağlıdırlar; ayrıca cam tabanın yüzeyi ile iletken devrelerin yüzeyi aynı hizadadır; yüksek iletkenliğe sahip şeffaf cam tabanlı devre kartının tüm yüzeyi pürüzsüzdür, iletken devreler kolayca hasar görmez ve iletkenlik kapasitesi yüksektir.
Cam tabaka üzerinde, cam tabakayı delip geçen iletken delikler eşit olarak dağılmıştır; iletken deliklerin içinde, cam tabakanın kalınlığına eşit uzunlukta içi boş bakır borular bulunur; içi boş bakır boruların uç yüzeyleri cam tabakanın yüzeyi ile aynı hizadadır; cam tabakanın üst ve alt yüzeylerinde, cam tabaka yüzeyi ile eriyerek birleşmiş iletken hatlar bulunur; iki iletken hat, içi boş bakır borular aracılığıyla elektrik iletimi sağlar; Söz konusu iletken hatlar grafen veya yüzeydeki grafen tabakası ile alt tabakadaki cam levha ile eriyerek birleşen metal tabakasından oluşan iletken tabakadır ve grafen tabakası ile metal tabakası arasındaki temas yüzeyleri birbirleriyle eriyerek birleşmiştir. Söz konusu cam levha, temperli cam levhadır.
Seramik devre kartı, ısı iletken seramik tozu ve organik bağlayıcı kullanılarak 250 °C’nin altındaki sıcaklıklarda üretilen, ısı iletkenlik katsayısı 9-20 W/m.K olan bir ısı iletken organik seramik devre kartıdır. Elektronik teknolojisinin çeşitli uygulama alanlarında giderek yaygınlaşmasıyla birlikte, devre kartlarının yüksek entegrasyonu kaçınılmaz bir trend haline gelmiştir. Yüksek entegrasyonlu paketleme modülleri, iyi bir ısı yayma sistemi gerektirir; ancak geleneksel devre kartları olan FR-4 ve CEM-3’ün TC (ısı iletkenlik katsayısı) açısından dezavantajları, elektronik teknolojisinin gelişimini kısıtlayan bir engel haline gelmiştir.
Son yıllarda hızla gelişen LED endüstrisi de, devre kartlarının TC değerleri konusunda daha yüksek talepler ortaya koymuştur. Yüksek güçlü LED aydınlatma alanında, genellikle metal ve seramik gibi iyi ısı yayma performansına sahip malzemeler kullanılarak devre kartları üretilir. Yüksek ısı iletkenliğine sahip alüminyum kartların ısı iletkenlik katsayısı genellikle 1-4 W/m.K arasındadır, oysa seramik kartların ısı iletkenlik katsayısı, üretim yöntemine ve malzeme formülasyonuna bağlı olarak yaklaşık 220 W/m.K’ye ulaşabilir.
PCB temel olarak bakır kaplı laminat (Copper Clad Laminates, CCL), yarı sertleştirilmiş levha (PP levha), bakır folyo (Copper Foil), lehim maskesi (Solder Mask), yüzey işleme ve karakterlerden oluşur
1) Bakır kaplı laminat
Bakır kaplı laminat (CCL), kısaca bakır kaplı levha veya bakır levha olarak da bilinir, baskılı devre kartı üretiminin temel malzemesidir ve dielektrik tabaka (reçine, cam elyafı) ile yüksek saflıkta iletken (bakır folyo) olmak üzere iki bileşenden oluşan bir kompozit malzemedir. Bakır kaplı levha, baskılı devre kartının tamamında temel olarak iletkenlik, yalıtım ve destek olmak üzere üç işlevi yerine getirir. Baskılı devre kartlarının performansı, kalitesi ve üretim maliyeti büyük ölçüde bakır kaplı levhalara bağlıdır.
2) Yarı kürlenmiş levha
Yarı kürlenmiş levha, PP levha olarak da bilinir ve çok katmanlı levha üretiminde kullanılan ana malzemelerden biridir. Esas olarak reçine ve takviye malzemelerinden oluşur; takviye malzemeleri ise cam elyaf kumaş (kısaca cam kumaş), kağıt bazlı ve kompozit malzemeler gibi birkaç türe ayrılır. Çok katmanlı baskılı devre kartlarının üretiminde kullanılan yarı kürlenmiş levhaların (bağlayıcı levhaların) çoğunda takviye malzemesi olarak cam bezi kullanılır.
3) Bakır folyo
Bakır folyo, devre kartının taban katmanına yerleştirilen ince ve kesintisiz bir metal folyodur. PCB’nin iletkeni olarak işlev görür, yalıtım katmanına kolayca yapıştırılır ve aşındırma işleminden sonra devre desenini oluşturur.
Yaygın olarak kullanılan endüstriyel bakır folyolar, haddelenmiş bakır folyo (RA bakır folyo) ve elektrolitik bakır folyo (ED bakır folyo) olmak üzere iki ana sınıfa ayrılabilir:
Haddelenmiş bakır folyo, iyi bir esneklik gibi özelliklere sahiptir ve eski tip esnek kart üretim süreçlerinde kullanılan bakır folyodur.
Elektrolitik bakır folyo ise, haddelenmiş bakır folyoya göre üretim maliyeti daha düşük olma avantajına sahiptir.
4) Lehim Maskesi
Lehim maskesi, baskılı devre kartı üzerinde lehim maskesi mürekkebinin uygulandığı kısımları ifade eder.
Lehim maskesi mürekkebi genellikle yeşil renktedir; az sayıda örnekte kırmızı, siyah ve mavi gibi renkler de kullanılır. Bu nedenle PCB sektöründe lehim maskesi mürekkebine genellikle “yeşil mürekkep” denir. Bu, baskılı devre kartının kalıcı koruyucu tabakasıdır ve nem, korozyon, küf ve mekanik çizilmelere karşı koruma sağlar; aynı zamanda bileşenlerin yanlış yerlere lehimlenmesini de önler.
5) Yüzey İşlemi
Çıplak bakır havaya maruz kaldığında kolayca oksitlenir ve kirlenmeye yatkındır, bu nedenle çıplak bakır yüzeyinin üzerine bir koruyucu film tabakası uygulanmalıdır. Yaygın pcb kart yüzey işleme süreçleri arasında kurşunlu kalay püskürtme, kurşunsuz kalay püskürtme, organik kaplama, altın kaplama, gümüş kaplama, kalay kaplama ve altın parmak kaplama vb. bulunur. Çevre koruma yönetmeliklerinin sürekli iyileştirilmesiyle birlikte, kurşunlu kalay püskürtme işlemi kademeli olarak yasaklanmıştır.
6) Karakterler
Karakterler, yani yazı katmanı, PCB kart‘nin en üst katmanında bulunur ve bulunmayabilir; genellikle açıklama amaçlı kullanılır. Genellikle devrenin montajı ve onarımı gibi işlemleri kolaylaştırmak için, baskı levhasının üst ve alt yüzeylerine gerekli işaret desenleri ve metin kodları basılır; örneğin, bileşen numaraları ve nominal değerleri, bileşen dış hatları ve üretici logosu, üretim tarihi vb. Karakterler genellikle serigrafi baskı yöntemiyle basılır.
