Baskılı Devre Kartının Tanımı
PCB (Baskılı Devre Kartı), elektronik bileşenlerin ve devre bağlantılarının yer aldığı taşıyıcı yapıdır. Elektronik baskı teknolojisiyle üretildiği için baskılı devre kartı olarak adlandırılır. Devre, görüntü aktarımı yoluyla alt tabakaya aktarılır ve kimyasal aşındırma işleminden sonra devre oluşur.
PCB'lerin Kökeni
1925 yılında, ekleme yönteminin kurucusu olan ABD'li Charles Ducas, yalıtımlı alt tabakalara baskılı devre desenleri uyguladı ve ardından elektrokaplama yöntemiyle iletkenleri başarıyla üretti.
1936 yılında, çıkarma yönteminin kurucusu Avusturyalı Paul Eisler, bir radyoda ilk kez baskılı devre kartı kullandı.
1943 yılında, Amerika Birleşik Devletleri bu teknolojiyi askeri radyolara uyguladı. 1948 yılında, Amerika Birleşik Devletleri bu icadı ticari kullanım için resmi olarak kabul etti.
1950'lerin ortalarından beri, baskılı devre kartları elektronik endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve o zamandan beri baskın hale gelmiştir. PCB'ler, tek katmanlıdan çift taraflı, çok katmanlı ve esnek hale gelmiştir; her birinin kendine özgü bir gelişim eğilimi vardır. Yüksek hassasiyet, yüksek yoğunluk ve yüksek güvenilirlik yönündeki sürekli gelişimin yanı sıra boyut ve maliyetin azaltılması ve performansın iyileştirilmesi ile baskılı devre kartları, elektronik cihazların gelecekteki gelişiminde hala güçlü bir canlılık sergilemektedir.
PCB'lerin İşlevleri
PCB'ler elektronik cihazlarda aşağıdaki işlevlere sahiptir:
- Entegre devreler gibi çeşitli elektronik bileşenlere mekanik destek sağlarlar ve çeşitli elektronik bileşenler arasında kablolama ve elektrik bağlantıları veya yalıtım sağlarlar. Ayrıca gerekli elektriksel özellikleri de sağlarlar.
- Otomatik lehimleme için lehim maskesi grafikleri ve bileşen yerleştirme, inceleme ve onarım için tanımlama karakterleri ve grafikleri sağlarlar.
- Elektronik cihazlarda PCB kullanımı, kablolama hatalarını önler ve otomatik bileşen yerleştirme veya yüzey montajı, otomatik lehimleme ve otomatik testleri mümkün kılar. Bu, ürün kalitesini garanti eder, işgücü verimliliğini artırır, maliyetleri düşürür ve bakımı kolaylaştırır.
- Yüksek hızlı veya yüksek frekanslı devreler için gerekli elektriksel özellikleri, karakteristik empedansı ve elektromanyetik uyumluluğu sağlarlar.
- Gömülü pasif bileşenlere sahip PCB'ler belirli elektriksel işlevler sağlar, elektronik kurulum sürecini basitleştirir ve ürün güvenilirliğini artırır.
- Büyük ölçekli ve ultra büyük ölçekli elektronik paketleme bileşenlerinde minyatürleştirilmiş yonga paketleme için etkili bir yonga taşıyıcı sağlarlar.
Farklı PCB Türleri
PCB'ler için alt tabaka malzemesi, yapısal özellikler, kat sayısı, kullanım alanı vb. dahil olmak üzere birçok farklı sınıflandırma yöntemi bulunmaktadır.
Alt tabaka malzemesi
PCB alt tabakası, baskılı devre kartının (PCB) üretilmesinde kullanılan temel malzemeyi ifade eder. Bu malzeme, elektronik cihazı oluşturan devreler ve bileşenler için temel oluşturur. PCB alt tabakaları genellikle cam elyaf takviyeli epoksi reçine (FR-4), poliimid ve seramik gibi çeşitli malzemelerden üretilir.
| PCB Substrate Type | Examples |
|---|---|
| Paper-based PCBs | Phenolic Paper-based PCBs, Epoxy Paper-based PCBs, etc. |
| Glass Cloth-based PCBs | Epoxy Glass Cloth-based PCBs, PTFE Glass Cloth-based PCBs, etc. |
| Synthetic Fiber-based PCBs | Epoxy Synthetic Fiber-based PCBs, etc. |
| Organic Thin Film-based PCBs | Nylon Thin Film-based PCBs, etc. |
| Ceramic Substrate-based PCBs | - |
| Metal Core-based PCBs | - |
Yapı Özelliği
Yapısal özelliklerine göre, PCB sert devre kartı, esnek devre kartı ve yumuşak-sert kombinasyonlu kart olarak sınıflandırılabilir. Sert PCB ile esnek PCB arasındaki görünüş farkı, esnek PCB'nin bükülebilmesidir.
- Sert PCB'lerin yaygın kalınlıkları 0,2 mm, 0,4 mm, 0,6 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,6 mm, 2,0 mm vb. şeklindedir.
- Esnek PCB'lerin yaygın kalınlığı 0,2 mm'dir ve parçaların lehimleneceği yerin arkasına kalınlaştırılmış bir tabaka eklenir. Kalınlaştırılmış tabakanın kalınlığı 0,2 mm ile 0,4 mm arasında değişir.
- Sert PCB'ler için yaygın malzemeler şunlardır: fenolik kağıt laminatlar, epoksi kağıt laminatlar, polyester cam keçe laminatlar, epoksi cam kumaş laminatlar.
- Esnek PCB'ler için yaygın malzemeler şunlardır: polyester film, poliimid film ve florlu etilen propilen film.
Katman Sayısı
Katman sayısına göre, baskılı devre kartları tek taraflı kartlar, çift taraflı kartlar, çok katmanlı kartlar ve HDI kartlar (yüksek yoğunluklu bağlantı kartları) olarak sınıflandırılabilir.
Tek Yüzlü PCB
Tek taraflı devre kartı, devre kartının yalnızca bir tarafında (lehim tarafı) kablolama yapılan ve tüm bileşenlerin, bileşen etiketlerinin ve metin etiketlerinin diğer tarafına (bileşen tarafı) yerleştirildiği devre kartını ifade eder.
Tek taraflı kartın en büyük özelliği, düşük fiyatı ve basit üretim sürecidir. Ancak, kablolama yalnızca bir yüzeyde gerçekleştirilebildiğinden, kablolama daha zordur ve arızaya meyillidir, bu nedenle yalnızca nispeten basit devreler için uygundur.
Çift Yüzlü PCB
Çift taraflı kart, yalıtım levhasının her iki yüzüne de devreler yerleştirilmiştir; bir yüz üst katman, diğer yüz ise alt katman olarak kullanılır. Üst ve alt katmanlar, geçiş delikleri aracılığıyla elektriksel olarak birbirine bağlanır.
Genellikle, iki katmanlı bir karttaki bileşenler üst katmana yerleştirilir; ancak bazen kartın boyutunu küçültmek için bileşenler her iki katmana da yerleştirilebilir. Çift katmanlı kart, uygun fiyatı ve kolay kablolama özelliği ile karakterize edilir. Sıradan devre kartlarında en yaygın olarak kullanılan türdür.
Çok katmanlı PCB
İki kattan fazla katmana sahip bir baskılı devre kartına çok katmanlı kart denir; örneğin 2 katmanlı, 4 katmanlı, 6 katmanlı, 8 katmanlı vb.
Uygulama
- Tüketici elektroniği PCB'leri: oyuncaklar, kameralar, televizyonlar, ses ekipmanları, cep telefonları vb.
- Endüstriyel PCB: güvenlik, otomobil, bilgisayar, iletişim cihazları, enstrümantasyon vb.
- Askeri PCB: havacılık, insansız hava araçları, radar vb.
PCB Yapısı
PCB, temel olarak bakır kaplı laminatlar (CCL), prepreg (PP levha), bakır folyo ve lehim maskesinden oluşur. Aynı zamanda, yüzeydeki açıkta kalan bakır folyoyu korumak ve lehimleme etkisini sağlamak için PCB üzerinde yüzey işleme yapılması da gereklidir; ayrıca bazen üzerine karakterler de işlenir.
PCB dört katmanlı kart yapısının şematik diyagramı şekilde gösterilmiştir:
Bakır Kaplı Laminat
Bakır kaplı laminat (CCL), baskılı devre kartlarının üretiminde kullanılan temel malzemedir. Bu malzeme, bir dielektrik tabaka (reçine, cam elyaf) ve yüksek saflıkta bir iletken (bakır folyo) içeren kompozit malzemelerden oluşur.
Prepreg
PP levha olarak da bilinen prepreg, çok katmanlı devre kartlarının üretiminde kullanılan başlıca malzemelerden biridir. Esas olarak reçine ve takviye malzemelerinden oluşur. Takviye malzemeleri cam elyaf kumaş (cam kumaş olarak da adlandırılır), kağıt taban ve kompozit malzemeler olarak sınıflandırılır.
Çok katmanlı baskılı devre kartlarının üretiminde kullanılan prepreglerin (yapışkan levhalar) çoğu, takviye malzemesi olarak cam bezi kullanır. İşlenmiş cam bezinin reçine yapıştırıcı ile emprenye edilmesiyle yapılan ve ardından ısıl işlemle önceden pişirilen ince levha malzemesine prepreg denir. Prepregler ısı ve basınç altında yumuşar ve soğutulduğunda katılaşır.
Bakır Folyo
Bakır folyo, devre kartının taban katmanına yerleştirilen ince, kesintisiz bir metal folyodur. PCB’nin iletkeni olarak, yalıtım katmanına kolayca yapıştırılır ve devre desenini oluşturmak üzere aşındırılır.
Kaynak maskesi
Lehim direnci tabakası, baskılı devre kartının lehim direnci mürekkebi ile kaplı kısmını ifade eder. Bu, baskılı devre kartının kalıcı bir koruyucu tabakasıdır ve nem geçirmezlik, korozyon önleme, küf önleme ve mekanik aşınmaya karşı koruma işlevi görebilir. Lehim direnci mürekkebi genellikle yeşil renktedir ve çok azı kırmızı, siyah ve mavi vb. renklerde kullanılır, bu nedenle lehim direnci mürekkebi PCB endüstrisinde genellikle yeşil yağ olarak adlandırılır. Ayrıca parçaların yanlış yerlere lehimlenmesini de önleyebilir.
PCB Üretim Süreci
PCB (Baskılı Devre Kartı) üretim süreci genellikle aşağıdaki adımları içerir:
Malzeme kesimi:
Ham bakır kaplı malzeme, PCB kartı için gerekli boyutta kesilir.
Düzen:
Müşteri tarafından sağlanan grafik dosyası, PCB kartındaki bileşenlerin konumunu ve kablo güzergâhını belirlemek üzere düzenlenir.
Film baskı:
Düzen dosyasını yazılımda içe aktarın ve düzenleyin, ardından gümüş tuzu içeren ışığa duyarlı yapıştırıcıdan yapılmış siyah bir filme yazdırın. Bu film, bileşenlerin PCB kartı üzerinde hassas bir şekilde konumlandırılması için kullanılır.
Maruz kalma:
Işığa duyarlı sıvıyı PCB kartının yüzeyine sürün, ardından filmi kartın üzerine yerleştirin ve UV ışığına maruz bırakın. Pozlamadan sonra film çıkarılır ve PCB kartında yalnızca gerekli çizgiler ile bileşen konumları kalır.
Asit gravür:
İstenmeyen bakır folyoyu çıkarmak ve gerekli devre ve bileşen konumlarını korumak için PCB kartını aşındırma çözeltisine daldırın. Aşındırma işlemi genellikle banyo, aşındırma ve sıyırma gibi adımları içerir. Aşındırma yöntemi, iç ve dış katmanlı PCB kartları için farklılık gösterir.
Delme:
Dosyadaki deliklerin boyutlarına ve koordinatlarına göre PCB kartına delikler açın. Metal olmayan delikler için kuru film yöntemi veya iki aşamalı delme ya da tıkaçlama yöntemleri gerekebilir.
Kaplama:
PCB kartını kimyasal bakır içeren bir elektrokaplama banyosuna yerleştirin; böylece iletken olmayan alt tabakanın üzerine ince bir bakır tabakası birikecek ve bakır yüzey iletkenlik sağlayacaktır.
Lehim maskesi ve serigrafi baskı:
Devreyi ve bileşenleri oksidasyon ve korozyondan korumak için PCB kartına lehim maskesi uygulamamız gerekir. Genellikle lehim maskesi yeşil renktedir; ancak ihtiyacınıza göre çeşitli renk seçenekleri arasından seçim yapabilirsiniz. PCB ve lehim maskesinin yüzeyine ayrıca karakterler, işaretler, semboller ve etiketler de basabilirsiniz.
Son kontrol:
PCB'nin müşteri gereksinimlerini ve standartlarını karşıladığından emin olmak için AOI, ERC gibi bir dizi test gerçekleştirin.
PCB ve IC
PCB ile IC arasındaki temel fark, PCB kartının entegre devre (IC) için bir platform görevi görmesine karşın, IC'nin lehimleme yoluyla PCB kartına sabitlenmesidir. Aşağıda, aralarındaki farkları gösteren bir karşılaştırma tablosu yer almaktadır.
| Criteria | PCB | IC |
|---|---|---|
| Definition | Printed Circuit Board | Integrated Circuit |
| Function | Provides a mechanical support for electronic components and interconnects them. | Contains multiple electronic components and their interconnections on a single piece of silicon, providing a complete electronic circuit function. |
| Size | Can vary greatly in size, from a few square millimeters to several meters. | Typically very small, with dimensions ranging from a few millimeters to a few centimeters. |
| Complexity | Can be simple or complex depending on the application. | Can be highly complex, with millions of transistors and other components integrated onto a single chip. |
| Manufacturing | Fabricated using various processes including drilling, etching, plating, and soldering. | Fabricated using semiconductor manufacturing processes including lithography, deposition, and diffusion. |
| Cost | Generally less expensive than ICs for simpler applications. | Generally more expensive than PCBs due to the complexity of the manufacturing process. |
| Reliability | More susceptible to failure due to external factors such as vibration, thermal cycling, and moisture. | Generally more reliable than PCBs due to their monolithic nature, but can still be susceptible to failure due to manufacturing defects or external factors. |
| Applications | Used in a wide range of electronic devices, including computers, televisions, and appliances. | Used in a wide range of electronic devices, including computers, mobile phones, and automotive electronics. |
