Devre kartı hakkında, PCB kartları kullandığımız her cihazda her yerdedir. Akıllı telefon veya basit bir hesap makinesi, işlevleri PCB’lerin performansına bağlıdır.
PCB devre kartlarının nelerden yapıldığını biliyor musunuz? PCB vs PCBA-Farklar nelerdir? İçinde ne olduğunu görmek için iPhone’unuzu hiç açtınız mı? Sayısallaştırıcıdan, pilden lehimlemeye ve tabii ki PCB’ye kadar sadece birkaç şey bulacaksınız. Mantık panosu, iPhone’unuzun çalışmasını sağlayan şeydir ve herhangi bir hasar, telefonunuzun tekrar açılamamasına neden olur. Örneğin iPhone X’in kompakt devre kartı tasarımı birçok analisti ve teknisyeni büyüledi. Pek çok şirketin geçemediği bir mühendislik harikasıdır.
Peki, devre kartlarını bu kadar benzersiz kılan nedir? Bir devre kartını diğerinden daha iyi yapan nedir? Bir devre kartı nelerden oluşur?
PCB yapımında kullanılan malzemeler hakkında bilgi edinebileceğiniz bu yararlı kılavuzu hazırladık. Ayrıca bir üreticinin bunları nasıl ürettiğine dair bir resim de edinebilirsiniz. Devre kartlarının nelerden yapıldığına bir göz atarak başlayalım. Ardından, devre kartlarınızı nasıl yapabileceğinize bir göz atacağız.
1 、 PCB Devre Kartları Nelerden Yapılmıştır?
Devre kartları, baskılı devre kartları veya PCB’ler olarak da bilinir. Her gün kullandığımız farklı elektronik ve elektrikli ekipman ve araçları kullanıyorlar. PCB’lerin çoğu, kullanılacakları cihazın karmaşıklığına ve yapısına bağlı olarak iki veya daha fazla katmanın birleştirilmesiyle oluşturulur.
PCB’ler, bileşimleri için çeşitli malzemeler kullanır. Bir katman fiberglastan veya kağıttan elde edilen reçineden yapılabilir. Bakır, lehim maskesi ve serigrafi tabakaları gibi diğer malzemeler de kullanılmaktadır.
Bir sonraki bölümde, PCB devre kartlarının hangi malzemelerden yapıldığını öğreneceğiz.
Resim 1: PCB
2 、 Devre Kartları Hangi Malzemelerden Yapılmıştır?
PCB genellikle ısı, basınç ve diğer yöntemlerle birbirine bağlanmış dört katman malzemeden yapılır. Bir PCB’nin dört katmanı; substrat, bakır, lehim maskesi ve serigrafiden oluşur.
Substrat genellikle FR4 olarak da bilinen cam elyafından yapılır. FR, yangın geciktiriciyi ifade eder ve PCB’nin temelini sağlar. Alt tabaka tabakası herhangi bir PCB’de en kalın olanıdır, ancak kalınlıklarının değiştiğini göreceksiniz. PCB’ye sertlik sağlayan katmandır.
Ayrıca bazen esnetilebilen esnek malzemelerden de yapılabilir. Son zamanlarda, alt tabakayı oluşturmak için bazıları bitki bazlı olan birçok yenilikçi malzeme kullanılmaktadır.
Substratı yapmak için epoksi veya fenolikler gibi başka malzemeler de kullanılır. Epoksi reçineden yapılan levhalar termal hassasiyetten muzdariptir ve bazı durumlarda laminasyon hızla solabilir. Bu uygun maliyetli panoları piyasada kolaylıkla bulabilir ve çıkardıkları kokudan tanıyabilirsiniz. Malzemenin ayrıca lehimlenecek bileşenlere ihtiyacı var.
Resim 2: PCB Malzemesi
Bu tür alt tabaka malzemelerini ucuz cihazlarda ve düşük kaliteli tüketici elektroniğinde bulabilirsiniz. Fenolikler gibi düşük kaliteli malzemelerden yapılan alt tabakalar, katmanlara ayrılmalarıyla sonuçlanan düşük bir termal ayrışma ile gelir. Havyayı uzun süre üzerinde tutarsanız, duman veya kömür de oluşturabilirler.
Levha üzerine uygulanacak bir sonraki katman, endüstriyel yapıştırıcı veya ısı ile yapıştırılan bakırdır. Bakır tabaka PCB’nin bir tarafında bulunabilir veya alt tabakanın her iki tarafında da bulunabilir. Basit elektronik cihazlar, yalnızca bir tarafında bakır katman bulunan PCB’lerden yararlanır. Bakır tabakalar, alt tabakadan çok daha ince ve hassastır.
PCB’lerde kullanılan bakır, ağırlık olarak ifade edilir ve fit kare başına ons olarak sunulur. En yaygın PCB’ler, fit kare başına 1 ons bakır içeriğiyle gelir.
PCB’de bulunan bakır miktarı değiş tokuş edeceği güç miktarını belirlerken.
PCB’nin yeşil üst katmanı lehim maskesi olarak bilinir ve diğer elektrikli parçalarla temas etmesi için bakır katman üzerine uygulanır. Lehim maskesinin üstünde, çeşitli bileşenlerin yerleştirilmesi için işaretler ve etiketler oluşturmak için bir serigrafi katman sağlanmıştır.
Sonra, bir bilgisayar uygulaması kullanarak nasıl özel bir devre kartı geliştirebileceğinizi görelim.
3 、 Özel Yapılmış Devre Kartları
PCB’lerin karmaşık öğeler olduğunu biliyoruz ve hobicilerin kendilerine çalışan bir devre tasarlamaları biraz zor olabilir. İhtiyacınız olan ilk şey, PCB’nizin planını oluşturmak için güvenilir bir yazılımdır.
O zaman PCB’nizi tasarlamak için mükemmel bir iş çıkaran Eagle, Cadsoft Computer gibi birçok PCB tasarım çözümünü kullanabilirsiniz.
Şematik Görünüm Hazırlayın
Özel PCB’nizi oluşturmak için şematik görünümü hazırlamanız gerekir. Tasarım yazılımınızda bulunan bileşen kitaplığına erişin ve bunları tuvale yerleştirin. Şimdi, yazılımdaki elektrik bağlantılarını sembolize eden çizgilerle birlikte pimleri bağlamanız gerekiyor.
Aynı parça numarası, aralarından seçim yapabileceğiniz birkaç seçenek bulacağınız için kafanızı biraz karıştırabilir. Farklı paketler, yüzeye monte çip veya Dual-in-line kutusu (DIP) içerebilir. Bir hobiyseniz veya bir DIY projesi yapıyorsanız, önemli ve göze çarpan sistem içi paketler (SIP) veya DIP’ler için gitmek mantıklıdır.
Ticari uygulamalar için ayrılmış yüzeye monte cihazlara kıyasla bunları hızlı bir şekilde ve hobi prizlerini bulabilir ve lehimleme konusunda çok arkadaş canlısıdır.
Şematik görünümde farklı paketleme seçenekleri benzer görünebilir. Bununla birlikte, tasarımınıza başlamak için düzen görünümüne geçtiğinizde işler farklı görünmeye başlayacaktır.
Ara bağlantılarınızı ve bileşenlerinizi yerleştirmenin yanı sıra gerekli toprak ve güç sinyallerini sağlamanız gerekecektir; İş için Eagle kitaplığında bulunan GND, VDD ve VCC gibi özellikleri kullanabilirsiniz.
Toprak ve güç kullanılabilmesi için konektörleri tahtaya entegre etmeyi unutmasanız da yardımcı olur. Bu aşamada, potansiyometre veya LED’ler gibi istediğiniz herhangi bir harici cihaza da sahip olacaksınız.
Tasarımınızın artık her şeyi yerine getirdikten sonra bir elektrik kural kontrolünden veya ERC’den geçmesi gerekiyor. Test, devre kartınızın işlevselliğini engelleyecek hiçbir hata olmadığından emin olmak için çok önemlidir.
Topladığınız yaygın sorunlardan bazıları, bağlı gibi görünen ancak gerçekte olmayan tellerdir. Eagle yazılımınızda, kabloların bağlantı kesişimlerini temsil eden küçük noktaları kontrol edebilirsiniz.
Diğer sorunlar, bağlamayı unuttuğunuz toprak ve güç sinyallerini içerebilir. Bu nedenle, otomatik testlerin size kartınızın istenen eylemi gerçekleştirip gerçekleştirmeyeceğini söylemeyeceğini, ancak tasarımınızın elektriksel özelliklerini her zaman doğrulayabileceğini unutmamalısınız.
Resim 3: Şematik Diyagram ve Düzen Görünümü
Erişim Panosu Düzen Görünümü
Şematik görünümde yapmanız gereken her şeyi yaptıktan sonra, pano düzeni görünümünü etkinleştirmek için geçiş yapmanız gerekir. Sonra geçişi yaptınız ve Eagle yazılımınızda rasgele dağılmış bileşenleri göreceksiniz. Ayrıca tellerin doğrudan pimlere bağlandığını da göreceksiniz.
Resmi biraz daha az dağınık hale getirmek için bileşenleri anlam kazanıncaya kadar hareket ettirin. Örneğin, konektörleri kenarlara taşıyabilirsiniz, böylece şeyler mantıklıdır. Devre kartını üretmek için hala yapacak çok işiniz var. Bu yüzden katmanlara sinyal vermelisiniz, ancak aynı katmanda bulunan farklı katmanların birbirine değmemesi gerektiğini unutmayın.
Eagle çözümünün profesyonel versiyonu, sinyalleri tek bir tıklama ile yönlendirebilen bir otomatik düzen özelliği ile birlikte gelir. Bununla birlikte, standart sürümün kullanıcıları için işleri kendi ellerinize almalısınız. Bu adımla ilgilenmek için PCB üreticinizden bir tasarım çözümü de bulabilirsiniz.
Sinyalleri belirledikten sonra, DRC’yi veya tasarım kontrolünü çalıştırmanın zamanı geldi. Kontrol, bir sinyal hattına çok yakın deliklerin açılmasını sağlar. Ayrıca izlerin birbirlerinden veya kartın kenarından optimum mesafede olup olmadığını da size bildirir.
Kuralları özelleştirebilirsiniz ve bazen PCB satıcınız, belirli DRC değerlerine sahip Eagle çözümü ile entegre edilebilen bir dosya sunar. Ardından, projeniz DRC’yi geçerse, ilerleyebilir ve tasarım dosyalarınızı yükleyebilirsiniz.
En üste serigrafi yazı eklemek için belirli bir katman kullanmalısınız. Baskı, hangi bileşenin uygun olduğunu bilmenize yardımcı olacak ve böylece parça numaralarını ve ana hatlarını sunacaktır. Bu, 1K yerine 100K’lık bir direnç yerleştirmek gibi hatalardan kaçınmanızı sağlar.
Bir Gerber dosyası, PCB tasarımının dilini ortaya çıkarır ve 3each panosu, kendileriyle ilişkili birçok dosyaya sahip olabilir. Lehim pedlerinin özellikleri için ayrı bir dosyanız ve her katman için farklı dosyalarınız olacaktır. Matkap dosyaları ayrıca delme işleminin özelliklerini taşır.
Daha sonra tasarımı, katmanların son görünümünü sunmak için başka bir program kullanabilen üreticinize yükleyebilir ve bileşenlerin deliklere uyacak doğru boyutta olup olmadığını da öğrenebilirsiniz.
Bununla, tasarım yazılımını kullanarak özel bir devre kartı oluşturmanın sonuna geldiniz. Bir sonraki bölümde, bir üreticinin nasıl PCB ürettiğini inceleyeceğiz.
Resim 4: Düzen Görünümü
4 、 Devre kartı Nasıl Yapılır
Şimdiye kadar, önceki bölümü okuyarak PCB’nizi nasıl özel tasarlayacağınızı biliyorsunuz. PCB teknolojisi karmaşıktır ve çok aşamalı bir üretim sürecinden geçmesi gerekir. Ayrıca projenizi hayata geçirmek için tüm yüksek hassasiyetli ekipmana sahip bir üretici seçmelisiniz. PCB üretim sürecini sadece sizin için kısaca tartışacağız.
1. Substratın Yapılması
PCB’leri birden çok katman halinde gelen sandviçler olarak düşünebilirsiniz. Ortada bulunan temel malzeme substrat olarak bilinir. Daha sonra PCB’ye genişlik vermekten substrat malzemesi sorumludur. Bir PCB’yi yan açıdan görüntüleyebilir ve en kalın tabakanın alt tabaka olduğunu görebilirsiniz.
Geleneksel olarak PCB’ler sert olan fiberglas substrattan yapılmıştır. Günümüzde esnek alt tabaka malzemesi bulabilirsiniz. Birçok malzeme olabilir, ancak standart bir seçenek, alt tabaka için yüksek sıcaklıkları tolere edebilen özel plastik kullanmaktır.
Alt tabakayı yapmak için kullanılan malzeme genellikle yayılır; üretici daha sonra bunu daldırır veya epoksi reçine püskürtür. Daha sonra, bir oklava kullanarak pasta kabuğunuzu yuvarlamak gibi malzeme istenen kalınlığı elde etmek için yuvarlanır.
Substrat istenen kalınlığa ulaştığında ve bir sonraki adıma geçtiğinde silindirler yuvarlanmayı durdurur ve substrat şimdi fırına yerleştirilir, böylece sertleştirilerek katı ve sert hale gelir. Bu adımı tamamladıktan sonra PCB’nizin ilk katmanını oluşturdunuz.
2. Bakır Katmanlar
Bakır tabakalar, PCB’niz boyunca elektriği taşımak için çok önemlidir. Amaca bağlı olarak, PCB’lerin basit veya karmaşık bir tasarımı vardır. Alt tabakanın temel tabakasının yanı sıra, bakır tabakalar bir diğer önemli bileşendir.
PCB kameranız, alt tabakanın her iki tarafındaki üst veya iki katmana uygulanan tek bir bakır katmanıyla birlikte gelir. PCB ayrıca diğer bakır ve substrat ile çok sayıda katmana sahip olabilir. Gelişmiş cihazlarda veya akıllı telefonlarda kullanılan bazı PCB’ler 12 veya 16’dan fazla bakır katmanına sahiptir.
Bakır katmanların genişliği, alt katman katmanlarından çok daha azdır ve yoksa devrenizden elektrik akmaz.
Üretici, bakırı alt tabakanın yüzeyine yapıştırmak için farklı yöntemlerin bir kombinasyonunu kullanabilir. Herhangi bir standart yöntem, bakır tabakaların alt tabakaya sıkıca sabitlenmesi için ısı, basınç ve yapıştırıcı kullanmayı içerir. Bakır alt tabakaya bağlandıktan sonra PCB’nizi delme işlemi için alabilirsiniz.
Cihazınızın çalışması için PCB’nin yükü doğru noktalara karttaki bir katmandan başka bir katmana iletmesi gerekir. Maliyetin geçmesi için yol olarak adlandırılan delikler oluşturmanız gerekecektir. Üreticinin PCB üzerinde delik açmak için çeşitli seçenekleri vardır ve CO2 lazer, UV lazer veya başka bir ekipman kullanabilir.
Delme makinesinin doğruluğu ve verimliliği, PCB’nin kesinliğini ve karmaşıklığını belirler.
Delme işleminden sonra geride kalmış olabilecek enkaz veya herhangi bir malzemenin deliklerini temizlemelisiniz. PCB’ye yapışan herhangi bir ek malzeme elde etmek için de çapakları alınabilir. Bundan sonra, yükü devre kartının bir katmanından diğerine taşımak için yolların iç tarafları bakırla kaplanır.
Daha sonra, devre modelini PCB’ye yazdırmanız gerekir. Üretici, gemide yol almak için tasarımı takip ederek bakırı doğru bir şekilde yerleştirebilir. Aksi takdirde, tüm panele bakır uygulayabilir ve ardından devre modelini aşındırmak için bakırı çıkarabilirler.
PCB, fazladan gereksiz bakırı gidermek için bir alkalin banyosuna tabi tutulabilir.
Şimdi eklemeniz gereken şey, PCB üzerindeki transistörler, kapasitörler veya LED’ler gibi diğer bileşenlerdir. Parçaları bir lehim havyası kullanarak PCB’ye lehimleyebilirsiniz. Özellikleri eklemeden önce PCB, kısa devre veya açık bağlantı olmadığından emin olmak için bir şebeke test cihazı veya uçan sonda kullanılarak bir dizi elektrik testinden geçirilir.
Üreticiniz parçaları PCB’nize pompalamak için bir makine de kullanabilir.
Resim 5: Bakır Desenler
3. Son Lehim Maskesi
Devre kartında açıkta kalan metallerin hasar görme şansı vardır. Bakırın doğası paslanmadır, bu da PCB’nizi işe yaramaz hale getirir. Bakır kaplamayı ve PCB’nin diğer bileşenlerini üstüne ekstra bir koruyucu katman ekleyerek yeterince koruyabilirsiniz.
Genel olarak, üreticiler PCB’nin hassas parçalarına özel plakaya altın, nikel veya kalay-kurşun kullanırlar. Her şeyden önce, üretici, üstte lehim maskesi adı verilen başka bir katman sağlar.
PCB’lerde gördüğünüz yeşil renk, lehim maskesi katmanının uygulanmasından kaynaklanmaktadır; Lehim maskesinin, herhangi bir şeyle bağlantı kurması gerekmeyen tüm metal parçaları örtmek ve korumak dışında başka işlevleri de vardır, lehim maskesi katmanı, akımın mutlak yollardan doğru yerlere akmasını da sağlar.
Bazen, gerekli parçalara etiket oymak için kullanılan lehim maskesinin üzerinde bir seri ipek ekran tabakası da bulabilirsiniz.
Her şey yapıldıktan sonra, üretici PCB’nizde gerekli olmayan ekstra malzemeleri veya gereksiz parçaları kesecek ve atacaktır.
Resim 6: Yeşil Lehim Maskesi
5. Sonuç
Devre kartlarının oluşturulması zor olabilir, özellikle de dahil olan birçok faktör olduğundan. Birincisi, bakır kullandığınızdan ve uygun lehimlemeyi kullandığınızdan emin olmanız gerekir. Hangi devre kartlarının yapıldığını bilmek, işletmeniz için ihtiyacınız olan devre kartını görmenize yardımcı olabilir.
Devre kartları oluşturmak, uzman bilgisi ve hassas ekipman gerektirir. Ayrıca, spesifikasyonlarınızı doğru bir şekilde takip ederek PCB’ler üretebilecek güvenilir ve deneyimli bir üreticiniz olsaydı yardımcı olur. Projenizi hayata geçirmek için özel devre kartı üretimi için bizimle iletişime geçin!
