PCB tasarım nedir? PCB tasarım, pcb kart tasarımı (Printed Circuit Board Design) anlamına gelir. Devre kartı tasarımı, devre şemasını temel alarak devre tasarımcısının ihtiyaç duyduğu işlevleri gerçekleştirir. PCB tasarım, elektronik ürünlerin fiziksel iskeletinin oluşturulma sürecidir; soyut devre şemasını üretilebilir somut bir kart şemasına dönüştürür ve cihazın performansı, maliyeti ve güvenilirliğini doğrudan etkiler.
PCB tasarım esas olarak yerleşim tasarımını ifade eder ve harici bağlantıların yerleşimi, dahili elektronik bileşenlerin optimize edilmiş yerleşimi, metal bağlantıların ve deliklerin optimize edilmiş yerleşimi, elektromanyetik koruma, ısı dağılımı gibi çeşitli faktörleri dikkate almayı gerektirir. Mükemmel bir yerleşim tasarımı, üretim maliyetlerinden tasarruf sağlar ve iyi devre performansı ile ısı dağılımı sağlar. Basit yerleşim tasarımları elle gerçekleştirilebilirken, karmaşık yerleşim tasarımları bilgisayar destekli tasarım (CAD) yardımıyla gerçekleştirilir.
PCB‘nin kalitesi, bir elektronik ürünün iyi veya kötü olacağını doğrudan belirler; bu nedenle iyi bir PCB tasarım süreci hayati önem taşır. Birçok mühendis, PCB kart tasarımı tüm bileşenleri basitçe yerleştirdikten sonra ilgili tüm bileşen pinlerini birbirine bağlamaktan ibaret olduğunu düşünür. Bu dar bir bakış açısıdır; iyi bir PCB tasarım süreci, uygun çözümün nasıl seçileceği, uygun elektronik bileşenlerin seçimi gibi konulara odaklanan prensip çözüm tasarım aşamasından itibaren başlar.
Bu süreç, temel tasarım, şematik tablo çıkışı ve içe aktarma, mekanik yapı çiziminin içe aktarılması, katman yapısı tasarımı ve düzenleme, sinyal bütünlüğü (SI)/güç bütünlüğü (PI) ön simülasyonu, PCB yerleşimi, tasarım kısıtlama kurallarının içe aktarılması, PCB kablo döşeme, sinyal bütünlüğü (SI)/güç bütünlüğü (PI)/elektromanyetik uyumluluk (EMC)/termal son simülasyonu ve Üretilebilirlik (DFM) kontrolü, üretim dosyalarının (Gerber) oluşturulması. Bu işler tek bir mühendis tarafından da yapılabilir, birden fazla mühendisin işbirliği ile de gerçekleştirilebilir. Elbette, her ürünün PCB tasarım süreci aynı değildir; belirli ürünler bu sürece göre uygun şekilde detaylandırılabilir, eklemeler veya çıkarmalar yapılabilir.
Yaygın PCB Tasarım Yazılımları
Yaygın olarak kullanılan PCB tasarım yazılımları şunlardır: Altium Designer, şematik tasarımdan PCB yerleşimine, paket oluşturma ve sinyal bütünlüğü analizine kadar kapsamlı işlevler sunar; görselleştirme ortamı ve zengin araç kütüphanesi, verimli tasarıma yardımcı olur;
Cadence Allegro, endüstride yaygın olarak kullanılan profesyonel düzeyde bir araçtır; yüksek hızlı dijital sinyal ve RF devre tasarımını destekler, güçlü simülasyon ve çoklu kullanıcı işbirliği işlevlerine sahiptir;
Mentor PADS, küçük ve orta ölçekli tasarımlar için uygundur, tüm tasarım sürecini kapsar ve kullanıcı dostu bir arayüze sahiptir;
KiCad, açık kaynaklı bir yazılımdır, çoklu platformu destekler, güçlü işlevlere sahiptir ve aktif bir topluluğu vardır, ücretsiz teknik destek sunar;
Eagle, kullanım kolaylığı ve hızlı öğrenilebilirliği ile öne çıkar, sezgisel bir arayüze ve geniş bir kullanıcı topluluğuna sahiptir, tasarım kaynaklarını paylaşma imkanı sunar.
PCB tasarım İçin Gerekli Bilgiler
1. Devre Şeması
Devre şeması, PCB kart tasarımı temelini oluşturur ve her bir elektronik bileşeni ile bunların bağlantı ilişkilerini ayrıntılı olarak gösterir. Tasarımcı, devre şemasına göre PCB yerleşimini ve kablolamayı gerçekleştirmelidir.
2.Parça Listesi (BOM Tablosu)
BOM tablosu, PCB üzerine monte edilmesi gereken tüm bileşenleri listeler; bu liste, bileşenlerin model numarası, özellikleri, paket tipi ve adedi gibi bilgileri içerir. Bu, tasarımcının uygun bileşen paketini ve yerleşimini seçmesine yardımcı olur.
3. Tasarım Spesifikasyonları ve Gereksinimleri
PCB’nin boyutları, kat sayısı, malzemesi, kalınlığı, elektriksel performans gereksinimleri (örneğin empedans kontrolü), özel proses gereksinimleri (örneğin kör ve gömülü delikler, HDI vb.) ve diğer tasarım kısıtlamalarını içerir.
4. Referans Tasarım Belgeleri
Daha önceki proje dosyaları veya referans tasarım çizimleri gibi benzer referans tasarım belgeleri varsa, tasarımcılara referans olması için sağlanabilir.
5. Mekanik Yapı Çizimi
Dış hat çizimi, montaj deliklerinin konumu ve boyutları, konektör konumları gibi mekanik yapı bilgilerini içerir; PCB kart tasarımı ürünün genel mekanik yapı gereksinimlerine uygun olmasını sağlar.
6. Test ve Ayarlama Gereksinimleri
Tasarımcının PCB tasarımnda test noktalarını ve arayüzleri makul bir şekilde düzenleyebilmesi için, test noktası konumu, test arayüzü gibi ürün testi ve ayarlamasıyla ilgili spesifik gereksinimler sağlanmalıdır.
PCB kart tasarımı Adımları
Genel PCB temel tasarım süreci şöyledir: Ön hazırlık –> PCB Yapı Tasarımı –> PCB Yerleşim –> Kablo Dönüşümü –> Kablo Dönüşümü Optimizasyonu ve Serigrafi –> Ağ ve DRC Kontrolü ile Yapı Kontrolü –> Kalıp Hazırlama.
(1) Devre Şeması Tasarımı: Devre şeması tasarımı, esas olarak PCB tasarım yazılımının şema düzenleyicisi kullanılarak gerçekleştirilir.
(2) Ağ tablosunun oluşturulması: Ağ tablosu, devre şeması içindeki çeşitli bileşenlerin bağlantı ilişkilerini gösteren bir tablodur. Devre şeması tasarımı ile devre kartı tasarımı arasında bir köprü ve bağ görevi görür. Devre şemasının ağ tablosu sayesinde, bileşenler arasındaki bağlantılar hızlı bir şekilde bulunabilir ve bu da sonraki PCB tasarımna kolaylık sağlar.
(3) PCB kart tasarımıı: PCB tasarım, devre şemasını temel alarak gerekli işlevleri gerçekleştirmektir. PCB şeması tasarlamak için mekanik yapı, dış bağlantı düzeni, bileşen yerleşimi, kablolama, ısı dağılımı, elektromanyetik uyumluluk gibi birçok faktörün dikkate alınması gerekir. Bu adımı nihai olarak tamamlamak için genellikle devre şemasında sayısız kez değişiklik yapılması gerekir.
(4) PCBA kontrol kartı üretimi: Bileşenlerin satın alınması ve PCB kartının teslim alınmasından sonra, şemaya göre SMT montajı, çeşitli bileşenlerin lehimlenmesi ve DIP soketlerin takılması işlemlerinden geçilerek kontrol kartımızın üretimi tamamlanır.
Bileşen Yerleştirme İlkeleri
Öncelikle, güç soketi, gösterge lambası, anahtar, konektör, arayüz gibi yapı ile sıkı bir şekilde uyumlu bileşenler yerleştirilir; ikinci olarak, büyük bileşenler, ağır bileşenler, ısı yayan bileşenler, IC gibi özel bileşenler yerleştirilir; son olarak, küçük bileşenler yerleştirilir; bileşen yerleşimi sırasında kablolama dikkate alınmalı ve kablolamaya elverişli bir yerleşim tasarımı tercih edilmelidir;
1. Kristal osilatör IC’ye yakın yerleştirilmelidir;
2. IC dekuplaj kondansatörünün yerleşimi mümkün olduğunca IC’nin güç pinlerine yakın olmalı ve güç ile toprak arasında oluşan devre en kısa olmalıdır;
3. Isı yayan bileşenler genellikle tek kart ve tüm cihazın ısı dağılımını kolaylaştırmak için eşit olarak dağıtılmalıdır; sıcaklık algılama bileşenleri dışındaki ısıya duyarlı bileşenler, ısı yayma miktarı yüksek bileşenlerden uzak tutulmalıdır;
Yol Çizimi İlkeleri
1. Yüksek hızlı sinyal yolları mümkün olduğunca kısa olmalı, kritik sinyal yolları da mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır;
2. Bir yol üzerinde çok fazla delik açılmamalı, en fazla iki delik açılmalıdır;
3. Yol köşeleri mümkün olduğunca 90 dereceden büyük olmalı, 90 dereceden küçük köşeler kesinlikle kullanılmamalı ve 90 derecelik köşeler de mümkün olduğunca az kullanılmalıdır;
4. Çift taraflı kartlarda kablo döşerken, her iki yüzdeki kablolar birbirine dik, çapraz veya kıvrımlı olmalıdır; paralel olmalarından kaçınılmalı ve parazitik kuplaj azaltılmalıdır;
5. Ses giriş kabloları eşit uzunlukta olmalı, iki kablo birbirine yakın yerleştirilmeli ve ses kabloları toprak kablosuyla sarılmalıdır;
6. Güç amplifikatörü IC’sinin altından kablo geçirilmemeli, bunun yerine IC’nin altında GND’ye bağlanmak için çok sayıda delik açılmalıdır;
7. Çift taraflı kartlarda toprak katmanı bulunmadığından, kristal osilatör kondansatörünün toprak kablosu, mümkün olduğunca geniş ve kısa bir kabloyla, devre üzerindeki kristal osilatöre en yakın GND pimine bağlanmalı ve delik sayısı mümkün olduğunca azaltılmalıdır;
8. Güç kabloları ve USB şarj girişi için kalın kablolar (≥1 mm) kullanılmalıdır; delik geçişlerinde çift yüzlü bakır kaplama yapılmalı ve bakır kaplama alanına birkaç delik daha açılmalıdır;
Genel olarak, devre kartının elektriksel performansını sağlamak için öncelikle güç kabloları ve toprak kabloları döşenmelidir. Koşullar elverdiği ölçüde, güç ve toprak hatlarının genişliğini mümkün olduğunca artırın; en iyisi toprak hattının güç hattından daha geniş olmasıdır. Aralarındaki ilişki şöyledir: toprak hattı > güç hattı > sinyal hattı. Genellikle sinyal hattı genişliği 0,2–0,3 mm’dir ve en ince genişlik 0,05–0,07 mm’ye ulaşabilir; güç hattı ise genellikle 1,2–2,5 mm’dir.
Elektronik endüstrisinin akıllı ve yüksek entegrasyonlu sistemlere doğru hızla evrimleşmesi bağlamında, PCB tasarım tek bir teknik aşamadan, yaratıcılık ile seri üretimi birbirine bağlayan merkezi bir kavşak noktasına dönüşmüştür. Geopcb, ihtiyaç analizi, şematik tasarım, PCB yerleşim ve kablo döşeme, simülasyon ve doğrulama, DFM üretilebilirlik analizi, prototip üretiminden seri üretim desteğine kadar tüm zinciri kapsayan hizmet yetenekleriyle, tüketici elektroniği, otomotiv elektroniği, endüstriyel kontrol ve 5G iletişim alanlarında özelleştirilmiş çözümler sunmaktadır.
