PCB kart nedir? PCB kart, Çince adıyla “baskılı devre kartı” olarak da bilinen, elektronik bileşenlerin birbirine elektriksel olarak bağlandığı bir taşıyıcıdır ve sinyal iletiminde ara istasyon görevi görür; bu nedenle “elektronik ürünlerin annesi” olarak adlandırılır.
Modern elektronik üretiminde PCB kart, SMT’nin temelidir. SMT teknolojisinin özü, direnç, kondansatör ve BGA yongası gibi çeşitli bileşenleri PCB’nin belirli lehim noktalarına hassas bir şekilde monte etmektir. Bu, PCB üzerindeki lehim noktalarının konum ve boyutlarının SMT’de kullanılan bileşen paketleriyle tam olarak eşleşmesini gerektirir. Örneğin, 0402 boyutundaki bir direnç için karşılık gelen lehim pini boyutu 0,4 mm × 0,2 mm olmalıdır; ancak bu uyum şartı karşılandığında SMT sürecinin sorunsuz ilerlemesi ve nihai ürünün kalitesi garanti edilebilir.
Aynı zamanda, SMT teknolojisi PCB’ye daha yüksek bir değer katmaktadır. SMT teknolojisi sayesinde, bileşenler PCB’nin ön ve arka yüzlerine yüksek yoğunluklu bir şekilde monte edilebilir. Bu yüksek yoğunluklu montaj yöntemi, elektronik cihazların küçülme yönündeki gelişimini büyük ölçüde desteklemiştir.Cep telefonu ana kartını örnek olarak alırsak, içindeki BGA yongası tam da SMT prosesi ile PCB kart üzerine monte edildiği için “pinsiz” yüksek yoğunluklu bağlantı sağlanabilmiş, böylece sınırlı bir alanda daha fazla işlev entegre edilerek elektronik cihazların genel performansı ve rekabet gücü artırılmıştır.
PCB kart aşağıdaki üç ana türe ayrılır:
1.Tek taraflı pcb
Tek taraflı pcb (Single-Sided Boards) Temel PCB’lerde, bileşenler bir yüzünde, iletkenler ise diğer yüzünde yoğunlaşır (SMD bileşenler olduğunda iletkenlerle aynı yüz, soketli bileşenler ise diğer yüz). İletkenler sadece bir yüzünde yer aldığı için bu tür PCB’lere tek yüzlü (Single-sided) denir. Tek yüzlü PCB’lerde devre tasarımı konusunda birçok katı kısıtlama olduğundan (sadece bir yüz olduğu için kablolar birbiriyle kesişemez ve ayrı yollar izlemelidir), bu tür kartlar sadece eski devrelerde kullanılır.
2.Çift taraflı pcb
Çift taraflı pcb (Double-Sided Boards) belirgin özelliği, devre düzeninin kartın her iki yüzünü de kaplamasıdır; ancak çift taraflı kabloların elektriksel bağlantısının sağlanması, belirli bir katmanlar arası bağlantı yapısına bağlıdır.Bu bağlantı aracı “via” olarak adlandırılır ve esasen PCB kart alt tabakası üzerinde işlenmiş mikro metalize deliklerdir; elektrokaplama veya iletken malzeme dolgusu yoluyla her iki yüz arasında elektriksel bağlantı kanalları oluşturur.
Tek taraflı pcb kıyasla, çift taraflı kartların kullanılabilir kablo döşeme alanı iki katına çıkar ve tek taraflı kartlarda hatların kesişmesinden kaynaklanan düzenleme darboğazını etkili bir şekilde ortadan kaldırır. Tasarımcılar, kesişen hatları viyalar aracılığıyla diğer yüzeye yönlendirebilir ve böylece devre karmaşıklığını önemli ölçüde artırabilir. Bu özelliğe dayanarak, çift taraflı kartlar orta karmaşıklıkta elektronik ürünlerin ana taşıyıcısı haline gelmiştir ve daha fazla işlev modülü veya sinyal etkileşimi gerektiren devre tasarım senaryolarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
3.Çok Katmanlı pcb
Çok katmanlı pcb (Multilayer Boards), çok sayıda iletken devre katmanını üst üste bindirerek kablolama alanını genişletir. Yapısı genellikle iç katman olarak çift katmanlı kart ve dış katman olarak tek katmanlı karttan (veya çift katmanlı iç katman + çift katmanlı dış katman) oluşur.
Her katman, konumlandırma sistemi ve yalıtkan yapıştırıcı malzeme ile dönüşümlü olarak preslenir ve tasarım gereksinimlerine göre iletken grafik bağlantıları gerçekleştirilerek dört katmanlı, altı katmanlı vb. yapılar oluşturulur. Dikkat edilmesi gereken nokta, kart katman sayısı ile bağımsız kablo döşeme katman sayısı tam olarak aynı değildir — özel durumlarda kart kalınlığını ayarlamak için boş katmanlar eklenebilir, bu nedenle çok katmanlı kartlar genellikle çift katmanlı tasarım kullanır (en dıştaki iki katman dahil). Günümüzde yaygın olarak kullanılan ana kartlar çoğunlukla 4 ila 8 katmanlı yapıya sahiptir.
Teorik olarak PCB kart sayısı yüzlere kadar çıkabilir, ancak pratikte, büyük süper bilgisayarlar bir zamanlar çok katmanlı ana kartları yaygın olarak kullanmış olsa da, küme hesaplama teknolojisinin yaygınlaşmasıyla birlikte bu tür çok katmanlı kartlar ana akım pazardan yavaş yavaş çekilmiştir. PCB’nin her katmanı birbirine sıkı bir şekilde bağlandığından, katman sayısını çıplak gözle doğrudan ayırt etmek zordur, ancak ana kartın kesitine bakılarak yaklaşık olarak tahmin edilebilir.
PCB kart Sınıflandırılması ve İşlevleri:
Sinyal Katmanları (Signal Layers)
Üst Katman (Top Layer) ve Alt Katman (Bottom Layer): Kablo döşeme ve bileşen yerleştirme için kullanılır; PCB’nin en temel iletken katmanlarıdır.
Mekanik Katmanlar (Mechanical Layers)
Mekanik Katman (Mechanical Layer): PCB’nin dış boyutlarını, montaj deliklerinin konumlarını ve diğer mekanik yapı bilgilerini tanımlamak için kullanılır; elektriksel özellikleri yoktur. Genellikle 16 adede kadar mekanik katman ayarlanabilir.
Serigrafi Katmanları (Silkscreen Layers)
Üst Serigrafi (Top Overlay) ve Alt Serigrafi (Bottom Overlay): Bileşen numaraları, açıklamalar, LOGO gibi montaj bilgilerini belirtmek için kullanılır; genellikle beyaz renktedir ve serigrafi baskı tekniği kullanılır.
Pasta Katmanları (Paste Layers)
Top Paste (Üst Katman Pastası) ve Bottom Paste (Alt Katman Pastası): SMT (Yüzey Monte Teknolojisi) işleminde pasta sürülmesi gereken lehim pabuçlarının konumlarını belirtmek için kullanılır; bu, yüzey monte lehimlemenin kilit katmanlarıdır.
Delme Katmanları (Drill Layers)
Drill Grid (delme şeması) ve Drill Drawing (delme çizimi): PCB kart üretim sürecinde delme bilgilerini sağlamak için kullanılır; bu bilgiler arasında delik geçişleri, lehim pabuçları vb. için delme konumları ve boyutları bulunur.
Yerleşim Engelleme Katmanı (Keep Out Layer)
PCB’nin sınırlarını, olukları, oyukları vb. yerleşim yapılmayacak alanları tanımlamak, kablo ve bileşenlerin yerleştirilme alanını sınırlamak, devre tasarımının bütünlüğünü ve güvenliğini sağlamak için kullanılır.
Çok Katmanlı (Multi Layer)
Multi Layer, PCB’nin tamamını geçen bileşenlerin (örneğin, DIP pad’leri, delikler vb.) elektrik bağlantı yollarını göstermek için kullanılan soyut bir katmandır. Bu katmandaki grafikler, tüm iletken katmanlarda (Plane katmanı hariç) görünür ve genellikle metalize delikler (PTH) veya metalize olmayan delikler (NPTH) tanımlamak için kullanılır.
PCB devre kartı nasıl tasarlanır?
PCB tasarımı, ürün donanım tasarımının bir geliştirme aşamasıdır ve donanım devre kartı şematik tasarımını devre kartı imalatıyla birleştiren önemli bir Ar-Ge çalışmasıdır. Proje süreci şu şekildedir:
1) Projenin başlangıcında, proje için gerekli tüm belgelerin eksiksiz olup olmadığı kontrol edilmelidir: Şematik, yapısal çizim, paket kütüphanesi, karmaşık ürünler için sinyal akış şeması, güç ağacı şeması, kritik sinyal açıklamaları, güç akımı değerleri, tasarım gereksinimleri vb.
2) Tasarım bilgilerinin girilmesi: Bu, netlist ve yapısal şemaların içe aktarılmasını içerir. Yapısal şema içe aktarıldıktan sonra, vida delikleri ve bazı konumlandırma deliklerinin boyutları, bileşenler ve kablo izleri için yasaklanmış alanlar, yükseklik sınırlaması alanları, konektör konumları vb. hususlara özellikle dikkat edilmelidir.
3) Yerleşim: Sinyal kalitesi, EMC, termal tasarım, DFM, DFT, yapı ve güvenlik standartları gibi gereklilikleri kapsamlı bir şekilde göz önünde bulundurarak, bileşenleri kart yüzeyine makul bir şekilde yerleştirin. Yerleşimin temel yaklaşımı, genellikle yapısal kısıtlamaların yanı sıra, sinyal akışı ve güç akışını birleştirerek gerçekleştirilir.
4) Yürütme Kısıtlamaları: Yürütme kısıtlamaları temel olarak hat genişliği, aralık boyutu ve eşit uzunluk gibi unsurlara ayrılır. Hat uzunluğu, empedans boyutu, topoloji yapısı, katman yapısı gibi bazı kurallar için ön simülasyonun rehberliği gerekir.
5) Kablo Dönüşümü: Kablo dönüşümü, PCB tasarımı en fazla iş yükü gerektiren aşamadır ve dikkat edilmesi gereken birçok nokta vardır. Bunlar arasında kablo empedansı, referans yüzeyinin sürekliliği, EMC, SI/PI, DFM vb. yer alır.
6) Değerlendirme + Son Simülasyon Doğrulaması: Kablo dönüşümü tamamlandıktan sonra, departmanın deneyimli personelinin değerlendirmesi ve kontrolü ile kritik sinyal ve güç kaynaklarının simülasyonu gereklidir.
7) Üretim: PCB tasarımı herhangi bir sorun bulunmadığında, optik çizim dosyası üretime gönderilebilir.
Elektronik ürünlerin temel taşı olan PCB kart tasarımı ve üretim seviyesi, ürünün performansını ve güvenilirliğini doğrudan belirler. Gelecekte, 5G, yapay zeka, nesnelerin interneti gibi teknolojilerin yaygınlaşmasıyla birlikte PCB kart, daha fazla katman, daha ince hat genişliği ve yüksek frekanslı, yüksek hızlı malzemeler (düşük kayıplı PTFE gibi) yönünde gelişecek ve aynı zamanda otomotiv elektroniği, tıbbi cihazlar gibi alanların zorlu sertifikasyon standartlarını karşılaması gerekecektir.
