Tek taraflı pcb (Single-sided PCB), kısaca tek taraflı baskılı devre kartı veya tek taraflı kart olarak da adlandırılır; bu terim, yalıtkan alt tabakanın yalnızca tek bir yüzeyinde iletken bakır folyo devreleri ve lehimleme noktalarının oluşturulduğu baskılı devre kartlarını ifade eder. Baskılı devre kartları ailesinde, tek taraflı PCB‘lerin yapısı en basit olanıdır. Genellikle elektronik bileşenler bakır folyonun bulunmadığı yüzeye monte edilirken, bakır folyo devreler ve lehim noktaları diğer yüzeye yerleştirilir.
Tek taraflı PCB‘de bakır folyo sadece alt tabakanın bir tarafını kaplar ve tüm kablolama aynı yüzeyde gerçekleştirilir. Kabloların çaprazlanamaması nedeniyle yerleşim tasarımında büyük kısıtlamalar vardır ve bağlantıların sağlanması için genellikle atlama kabloları veya sargı yöntemlerine başvurulur. Tipik üretim süreci, desen aktarımı, aşındırma ve dalga lehimleme gibi aşamaları içerir. Bu tür PCB’ler, basit yapıları ve düşük maliyetleri nedeniyle güç adaptörleri, LED aydınlatma, ev aletleri kontrol panelleri ve tüketici elektroniği ürünleri gibi alanlarda yaygın olarak kullanılır.
Tek taraflı PCB‘de, sadece levhanın bir tarafına bakır folyo kaplanır ve iletken desen oluşturulur; tüm bileşenler bu tarafa monte edilir, kablolar aynı tarafta dağıtılır ve diğer tarafta iletken desen bulunmaz.
Yaygın olarak kullanılan 1,6 mm kalınlığındaki tek taraflı PCB‘yi örnek olarak alırsak, tipik yapısı üst katman bakır folyo kablo katmanı, FR-4 epoksi reçine cam elyafı ana malzemesi, lehim engelleyici mürekkep koruma katmanı ve serigrafi karakter katmanını içerir.
Tek taraflı pcb’lerin üretim malzemesi, bakır kaplı laminat levhadır. Yaygın tipleri ve yapıları aşağıdaki gibidir:
FR-4 (Cam elyaf epoksi levha)
Cam elyaf kumaşı takviye malzemesi, epoksi reçine yalıtım yapıştırıcısı olarak kullanılır ve yüzeyi iletken tabaka olarak tek yüzlü bakır folyo ile kaplanmıştır. Düşük maliyet, yüksek mekanik mukavemet ve iyi ısı direnci özelliklerine sahiptir. En yaygın kullanılan tip olup, genellikle ev aletleri ve temel elektronik cihazlarda kullanılır.
Fenol kağıt levha (FR-1 / FR-2)
Selüloz kağıdı yalıtım malzemesi, fenol reçine yapıştırıcı olarak kullanılır ve tek yüzü bakır kaplıdır. En büyük avantajı son derece düşük maliyetidir, ancak ısı direnci ve mekanik mukavemeti zayıftır; çoğunlukla oyuncaklar, basit uzaktan kumandalar gibi düşük kaliteli tüketici elektroniği ürünlerinde kullanılır.
Alüminyum levha (metal levha)
Yapısal olarak alüminyum levha (ısı yayma tabakası), yalıtım ortamı tabakası ve tek taraflı bakır folyodan sırayla oluşur. Isı yayma performansı mükemmeldir ve LED aydınlatma, güç modülleri gibi ısı yayma gereksinimi olan uygulamalar için uygundur.
Ayrıca, tek taraflı pcb aşağıdaki gerekli bileşenleri de içerir:
Bakır folyo: İletken tabaka olarak kullanılır, kalınlığı genellikle 18μm~35μm arasındadır.
Lehim önleyici mürekkep (yeşil mürekkep): Lehimlenmeyecek alanları kaplayarak oksidasyonu önler ve yalıtım sağlar.
Serigrafi katmanı: Bileşenlerin konumlarını ve parametre bilgilerini işaretlemek için kullanılır.
Tek taraflı pcb üretim süreci:
Tek taraflı pcb’ler genellikle subtraksiyon yöntemiyle üretilir. Somut olarak, önce bakır kaplı levhanın yüzeyine bir kat fotorezist uygulanır ve pozlama-görüntüleme işlemiyle devre deseni bakır yüzeye hassas bir şekilde aktarılır. Ardından, kimyasal aşındırıcı sıvı kullanılarak fotorezist ile korunmayan bakır folyo aşındırılarak kaldırılır ve son olarak fotorezist çıkarılır; böylece istenen devre oluşur.
Tek taraflı PCB‘nin üretim süreci nispeten basittir ve temel olarak aşağıdaki aşamaları içerir:
İlk olarak, tasarım boyutlarına göre bakır kaplı levha uygun boyutlarda küçük parçalara kesilir. Ardından desen aktarım aşamasına geçilir; bakır folyo yüzeyine ışığa duyarlı kuru film veya ıslak film eşit bir şekilde sürülür ve negatif film veya doğrudan görüntüleme teknolojisi (LDI) kullanılarak pozlama işlemi gerçekleştirilir. Pozlanmamış alanlar banyo sıvısında çözünür ve böylece bakır yüzey ortaya çıkar. Ardından aşındırma aşamasına geçilir;
PCB asidik aşındırma sıvısına daldırılır ve fotorezist ile kaplanmamış bakır folyo aşındırılır, böylece devre deseni oluşturulur; aşındırma tamamlandıktan sonra kalan fotorezist temizlenir. Genellikle delme işlemi aşındırma işleminden sonra gerçekleştirilir; bileşenlerin montajı için montaj delikleri ve konumlandırma delikleri açılır. Tek taraflı PCB’nin özellikleri nedeniyle, delme işleminden sonra metal kaplama işlemi yapılmasına gerek yoktur.
Ardından lehim maskesi ve serigrafi işlemleri gerçekleştirilir; önce lehim maskesi mürekkebi uygulanır, ardından pozlama ve banyo işlemleriyle lehim padleri ortaya çıkarılır, ardından bileşenlerin konum numaraları ve polarite işaretleri basılır. Yüzey işleme ve şekillendirme-kesme işlemlerinden sonra, tek taraflı PCB üretimi tamamlanmış olur.
Yüzey işleme açısından, bakır lehim panolarının depolama ve montaj aşamalarında oksitlenmesini önlemek ve lehimlenebilirliğini artırmak için, tek taraflı PCB‘lerde genellikle yüzey işlemi uygulanır. Sıcak hava düzleştirme (HASL), nispeten geleneksel bir işlem tekniğidir; PCB, erimiş lehim içine daldırılır ve ardından sıcak hava ile düzleştirilerek yüzeyde düzgün bir kalay-kurşun alaşımı tabakası oluşturulur.
Bu işlem, düşük maliyet ve iyi lehimlenebilirlik avantajlarına sahiptir ve yüksek akım ve takılabilir bileşenler için uygundur, ancak yüzey düzgünlüğü yeterince iyi değildir. Organik lehim koruyucu kaplama (OSP) işlemi ise bakır yüzeyinde bir organik koruyucu tabaka oluşturur; bu işlem basit, düşük maliyetli ve yüzey düzgünlüğü iyidir, yüzeye yapıştırılan bileşenler için uygundur, ancak çizilme direnci nispeten zayıftır. Düzgünlük gereksinimi son derece yüksek olan hassas bileşenler için, kimyasal nikel-altın kaplama (ENIG) işlemi kullanılabilir; bu işlemde bakır yüzeye önce bir kat nikel, ardından bir kat altın kaplanır. Bu işlem son derece güçlü bir oksidasyon direncine sahiptir, ancak maliyeti nispeten yüksektir.
Tek taraflı pcb Tasarımının Önemli Noktaları
Tek taraflı pcb tasarımında, makul bir yerleşim düzeni başarının anahtarıdır. Önce yerleşim, sonra kablolama sırası izlenmeli, bileşenler şematik devredeki sinyal akışına göre yerleştirilmeli ve bileşenlerin konumu, yönü ve paketleme biçimi ayarlanarak kablolama kesişmeleri en aza indirilmelidir. Aynı zamanda, konektörlerin konumu dikkate alınmalı, işlevsel modüler bölmeleme uygulanmalı, güvenlik mesafesi sağlanırken bileşenler sıkı bir şekilde dizilmeli ve sonraki kablolama için yeterli alan ayrılmalıdır.
Tek taraflı pcb tasarımının temel gerekliliği, tüm kabloların aynı bakır katmanında bağlanması ve birbirleriyle kesişmemesidir. Kaçınılmaz kesişen hatlar için atlama kabloları kullanılmalı ve atlama kablosu sayısı mümkün olduğunca azaltılmalı, bunlar merkezi ve düzenli bir şekilde yerleştirilmeli ve aynı zamanda serigrafi katmanında açıkça işaretlenmelidir. Kablo döşeme sırasında, sinyal hatları 45° açı veya yay geçişi kullanmalı, keskin açılı ve dik açılı kablolamadan kaçınılmalı ve en kısa yol ilkesine uyulmalıdır.
Güç hatları ve toprak hatları, daha yüksek akımı taşıyabilmek ve hat empedansını düşürebilmek için uygun şekilde genişletilmelidir. Gürültüyü azaltmak ve ekranlama etkisi sağlamak için öncelikle toprak ağı düzenlenmeli ve mümkün olduğunca geniş alana bakır kaplama yöntemi kullanılmalıdır. Hassas devreler için yıldız veya tek noktalı topraklama yöntemi kullanılabilir.
İyi bir lehimlenebilirlik sağlamak için lehim pini boyutunun bileşen pininin çapından daha büyük olması gerekir; kablolama, lehim pininin merkezine veya yan tarafına düzgün bir şekilde bağlanmalıdır. Tasarım sırasında üreticinin proses spesifikasyonlarına sıkı sıkıya uyulmalı, net serigrafi işaretleri eklenmeli ve mekanik mukavemeti artırmak için kablo ile lehim pini bağlantı noktasına damla şekli eklenmelidir.
Altium Designer gibi yazılımlar kullanılarak tek taraflı pcb tasarımı yapılırken, tüm kablolama aynı katman içinde sınırlandırılmalı ve diğer katman devre dışı bırakılmalıdır. Önerilen tasarım süreci şöyledir: Bileşen kütüphanesi oluşturulduktan sonra, öncelikle özenli bir yerleşim yapılmalıdır; ardından önce kritik sinyal hatları, sonra da genel sinyal hatları döşenmelidir; atlama kabloları işlendikten sonra, kablolama optimizasyonu yapılmalı ve bakır kaplama uygulanmalıdır; son olarak silkscreen katmanı eklenmeli ve tasarım kural denetimi (DRC) çalıştırılmalıdır.
Tek Katlı PCB’lerin Avantajları ve Dezavantajları
Tek katlı PCB‘lerin avantajları:
Tek katlı PCB‘ler daha az hammadde gerektirir ve fiyatları daha düşüktür;
Üretim aşamaları daha azdır ve toplam üretim süresi daha kısadır;
Devre tasarımı ve yapısı nispeten basittir, bu nedenle çok fazla mesleki deneyim gerektirmeden tasarım tamamlanabilir;
Üretim sürecinin basit olması nedeniyle, büyük hacimli siparişlerde sipariş miktarı arttıkça fiyatlar daha avantajlı hale gelir.
Öte yandan, tek taraflı pcb, aynı boyuttaki çift katlı veya çok Katmanlı pcb karşılaştırıldığında, dezavantajları da gelişimini sürekli olarak sınırlamaktadır:
Tek taraflı pcb alan sınırlaması, çok sayıda bileşen ve daha fazla kablo döşeme ihtiyacını karşılayamaz; ayrıca, çok fazla bileşen taşırsa, bağlantı hızının düşmesine ve güç kaybına neden olabilir, bu nedenle uygulama alanları oldukça sınırlıdır.
