Baskılı devre kartı (PCB) hemen hemen her tür elektronik cihazda bulunur. Bir ekipman parçasında elektronik bileşenler varsa, bunlar da çeşitli boyutlardaki PCB’lere gömülür. Çeşitli küçük parçaların sabitlenmesine ek olarak, PCB’nin ana işlevi, bileşenler arasında elektrik bağlantıları sağlamaktır. Elektronik ekipman giderek daha karmaşık hale geldikçe, daha fazla parçaya ihtiyaç duyulmakta ve PCB üzerindeki kablolama ve parçalar giderek daha yoğun hale gelmektedir. Standart bir PCB buna benzer. Çıplak Pano (üzerinde parça bulunmayan) genellikle “Baskılı Kablolama Panosu (PWB) olarak da adlandırılır.

Levhanın alt tabakası, yalıtımlı ve bükülmeye karşı dirençli bir malzemeden yapılmıştır. Yüzeyde görülebilen küçük çizgi malzemesi bakır folyodur. Başlangıçta, bakır folyo tüm pano üzerinde kaplanır ve orta kısım üretim sürecinde kazınır ve kalan kısım küçük hatlardan oluşan bir ağ haline gelir. Bu hatlara iletken veya iletken denir ve PCB üzerindeki parçalara elektriksel bağlantılar sağlamak için kullanılır.

Parçaları PCB’ye sabitlemek için pimlerini doğrudan kablolara lehimliyoruz. Temel bir PCB’de parçalar bir tarafta, teller diğer tarafta yoğunlaşmıştır. Bu yüzden tahtada delikler açmamız gerekiyor ki pimler tahtadan diğer tarafa geçebilsin, böylece parçaların pimleri diğer tarafa kaynaklanmış olur. Bu nedenle, bir PCB’nin ön ve arka tarafları sırasıyla Bileşen Tarafı ve Lehim Tarafı olarak adlandırılır.

PCB üzerinde imalattan sonra sökülebilecek veya tekrar takılabilecek parçalar varsa, parçaların montajı için Soket kullanılacaktır. Soket doğrudan panoya kaynaklandığından, parçalar keyfi olarak demonte edilebilir. ZIF (Sıfır Yerleştirme Kuvveti) tapası, parçaların kolayca takılmasını ve çıkarılmasını sağlar. Soketin yanındaki kol, siz yerleştirdikten sonra parçaları yerinde tutabilir.

İki PCB’yi birbirine bağlamak için genellikle bir kenar konektörü kullanılır. Altın parmak, aslında PCB kablolarının bir parçası olan bir dizi çıplak bakır ped içerir. Normalde bağlanmak için bir PCB üzerindeki altın parmağı diğer PCB üzerindeki uygun Yuvaya (genelde genişleme Yuvası olarak adlandırılır) sokarız. Bilgisayarlarda ekran kartları, ses kartları ve benzeri arabirim kartları altın parmakla ana karta bağlanır.

PCB üzerindeki yeşil veya kahverengi renk, lehim maskesinin rengidir. Bu katman, bakır teli koruyan ve parçaların yanlış yere kaynaklanmasını önleyen yalıtkan bir kalkandır. Lehim direnç tabakasına başka bir serigraf basılacaktır. Tahtadaki parçaların konumunu belirtmek için genellikle kelimeler ve sembollerle (çoğunlukla beyaz) basılır. Serigrafi yüzeyi, simge yüzeyi olarak da bilinir.

Efsane).

Tek Taraflı Panolar

Bahsettiğimiz gibi, temel bir PCB üzerinde parçalar bir tarafta, teller diğer tarafta yoğunlaşmıştır. Tel sadece bir tarafta göründüğü için, bu TİP PCB’ye tek taraflı diyoruz. Tek panellerin devre tasarımında birçok katı kısıtlaması olduğundan (çünkü sadece bir taraf vardı, kablolar geçemezdi ve ayrı bir yol alması gerekiyordu), sadece erken devreler bu tür panoları kullandı.

Çift Taraflı Panolar

Devre kartının her iki tarafında kablolama vardır. Ancak her iki kabloyu da kullanabilmek için iki taraf arasında uygun elektrik bağlantılarının olması gerekir. Devreler arasındaki bu “köprü”, kılavuz delik (VIA) olarak adlandırılır. Kılavuz delikler, PCB’de her iki taraftaki tellere bağlanabilen metalle doldurulmuş veya kaplanmış küçük deliklerdir. Çift panel, tek panelin iki katı alana sahip olduğundan ve kablolama birbirine geçirilebildiğinden (diğer tarafa sarılabilir), daha karmaşık devreler için tek bir panelden daha iyidir.

Çok Katmanlı Panolar

Kablolama yapılabilecek alanı artırmak için daha fazla tek veya çift taraflı kablolama panoları kullanılmaktadır. Çok katmanlı levha birkaç çift panel kullanır ve her panel arasına bir yalıtım katmanı yerleştirilir ve yapıştırılır (preslenir). Kartın katman sayısı, en dıştaki iki katman dahil olmak üzere genellikle çift sayıda katman olmak üzere birkaç bağımsız kablolama katmanını temsil eder. Çoğu anakart dört ila sekiz katmanla inşa edilmiştir, ancak teknik olarak 100 katmana kadar PCBS oluşturmak mümkündür. Büyük süper bilgisayarların çoğu birkaç katman anakart kullanır, ancak sıradan bilgisayar kümeleri ile değiştirilebildiklerinden kullanım dışı kaldılar. Bir PCB’deki katmanlar çok sıkı bir şekilde entegre edildiğinden, gerçek sayıyı görmek her zaman kolay değildir, ancak ana karta yakından bakarsanız görebilirsiniz.

Az önce bahsettiğimiz kılavuz delik (VIA), bir çift panele uygulanıyorsa, tüm kartın içinden geçmelidir.

Ancak çok katmanlı bir yapıda, yalnızca bazı çizgileri birleştirmek istiyorsanız, kılavuz delikler diğer katmanlardaki çizgi boşluğunun bir kısmını boşa harcayabilir. Gömülü yollar ve Kör yollar bu sorunu önler çünkü sadece birkaç katmana nüfuz ederler. Kör delikler, tüm panoya nüfuz etmeden birkaç dahili PCB katmanını yüzey PCB’lerine bağlar. Gömülü delikler yalnızca dahili PCB’ye bağlıdır, bu nedenle yüzeyden ışık görünmez.

Çok katmanlı bir PCB’de, tüm katman doğrudan topraklama kablosuna ve güç kaynağına bağlıdır. Bu yüzden katmanları Signal, Power veya Ground olarak sınıflandırıyoruz. PCB üzerindeki parçalar farklı güç kaynakları gerektiriyorsa, genellikle ikiden fazla güç ve tel katmanına sahiptirler.

Parça paketleme teknolojisi

Delik Teknolojisi sayesinde

Levhanın bir tarafına parçaların yerleştirilmesi ve diğer tarafa pimlerin kaynaklanması tekniğine “Through Hole Teknolojisi (THT)” kapsülleme denir. Bu kısım çok yer kaplar ve her pim için bir delik açılır. Bu nedenle, bağlantıları aslında her iki tarafta da yer kaplar ve lehim bağlantıları nispeten büyüktür. Öte yandan, THT parçaları PCB’ye daha sonra bahsedeceğimiz Yüzeye Monte Teknoloji (SMT) parçalarından daha iyi bağlanır. Kablolu prizler ve benzeri arabirimler gibi prizlerin basınca dayanıklı olması gerekir, bu nedenle bunlar genellikle THT paketleridir.

Yüzeye Monte Teknoloji

Yüzeye Monte Teknoloji (SMT) parçaları için pim, parçalarla aynı tarafa kaynaklanır. Bu teknik, her pim için PCB’de delikler açmaz.

Yüzey yapışkan parçaları her iki taraftan da kaynaklanabilir.

SMT ayrıca THT’den daha küçük parçalara sahiptir. THT parçalı PCB ile karşılaştırıldığında, SMT teknolojisine sahip PCB çok daha yoğundur. SMT paket parçaları da THT’lerden daha ucuzdur. Dolayısıyla günümüzün PCB’lerinin çoğunun SMT olması şaşırtıcı değil.

Parçaların lehim bağlantıları ve pimleri çok küçük olduğundan, bunları manuel olarak kaynaklamak çok zordur. Ancak, mevcut montajın tamamen otomatik olduğu göz önüne alındığında, bu sorun yalnızca parçaların onarımı sırasında ortaya çıkacaktır.

tasarım süreci

PCB tasarımında, resmi kablolamadan önce atılması gereken çok uzun adımlar var. Aşağıdaki ana tasarım sürecidir:

sistem özellikleri

Öncelikle elektronik ekipmanların sistem özellikleri planlanmalıdır. Sistem işlevselliğini, maliyet kısıtlamalarını, boyutu, işletimi vb. kapsar.

Sistem fonksiyon blok şeması

Bir sonraki adım, sistemin işlevsel bir blok diyagramını oluşturmaktır. Kareler arasındaki ilişki de işaretlenmelidir.

Sistemi birkaç PCB’ye bölün

Sistemi birkaç PCB’ye bölmek yalnızca boyutu küçültmekle kalmaz, aynı zamanda sisteme yükseltme ve parçaları değiştirme yeteneği verir. Sistem fonksiyon blok şeması, segmentasyonumuzun temelini oluşturur. Örneğin bilgisayarlar ana kartlara, ekran kartlarına, ses kartlarına, disket sürücülerine, güç kaynaklarına vb. ayrılabilir.

Kullanılacak paketleme yöntemini ve her PCB’nin boyutunu belirleyin

Her bir PCB için kullanılan teknoloji ve devre sayısı belirlendikten sonraki adım, kartın boyutunu belirlemektir. Tasarım çok büyükse, paketleme teknolojisinin değişmesi veya eylemi yeniden bölmesi gerekecektir. Teknolojiyi seçerken devre şemasının kalitesi ve hızı da dikkate alınmalıdır.

Tüm PCB’lerin şematik devre şemalarını çizin

Parçalar arasındaki ara bağlantıların detayları çizimde gösterilmelidir. Tüm sistemlerde PCB tanımlanmalıdır ve çoğu şu anda CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) kullanmaktadır. İşte CircuitMakerTM tasarımına bir örnek.

PCB devresinin şematik diyagramı

Simülasyon işleminin ön tasarımı

Tasarlanan devre şemasının çalışabilmesi için öncelikle bilgisayar yazılımı kullanılarak simüle edilmesi gerekir. Bu tür bir yazılım, planları okuyabilir ve devrenin birçok yönden nasıl çalıştığını gösterebilir. Bu, aslında bir örnek PCB yapmaktan ve daha sonra manuel olarak ölçmekten çok daha verimlidir.

Parçaları PCB’ye yerleştirin

Parçaların yerleştirilme şekli, birbirlerine nasıl bağlandıklarına bağlıdır. En verimli şekilde yola bağlanmalıdırlar. Verimli kablolama, mümkün olan en kısa kablolama ve daha az katman anlamına gelir (bu, kılavuz deliklerin sayısını da azaltır), ancak gerçek kablolamada buna geri döneceğiz. İşte bir PCB’de otobüsün nasıl göründüğü. Her parçanın mükemmel kablolamaya sahip olması için yerleştirme önemlidir.

Yüksek hızda doğru çalışma ile kablolama olanaklarını test edin

Günümüzün bilgisayar yazılımlarından bazıları, her bir bileşenin yerleşiminin doğru şekilde bağlanıp bağlanamayacağını veya yüksek hızda doğru çalışıp çalışmadığını kontrol edebilir. Bu adıma parçaların düzenlenmesi denir, ancak bu konuda fazla ileri gitmeyeceğiz. Devre tasarımında bir sorun varsa, devre sahada dışa aktarılmadan önce parçalar da yeniden düzenlenebilir.

PCB’de dışa aktarma devresi

Çizimdeki bağlantılar artık sahadaki kablolama gibi görünecek. Bu adım genellikle tamamen otomatiktir, ancak genellikle manuel değişiklikler gerekir. Aşağıda 2 laminat için tel şablonu bulunmaktadır. Kırmızı ve mavi çizgiler sırasıyla PCB parça katmanını ve kaynak katmanını temsil eder. Beyaz metin ve kareler, serigrafi yüzeyindeki işaretleri temsil eder. Kırmızı noktalar ve daireler, delme ve kılavuz delikleri temsil eder. En sağda PCB’nin kaynak yüzeyindeki altın parmağı görebiliriz. Bu PCB’nin son bileşimine genellikle çalışan Artwork denir.

Her tasarım, çizgiler arasında minimum ayrılmış boşluklar, minimum çizgi genişlikleri ve diğer benzer pratik sınırlamalar gibi bir dizi kurala uymalıdır. Bu özellikler devrenin hızına, iletilecek sinyalin gücüne, devrenin güç tüketimine ve gürültüye duyarlılığına, malzeme ve imalat ekipmanının kalitesine göre değişiklik gösterir. Akımın gücü artarsa, telin kalınlığı da artmalıdır. PCB maliyetlerini azaltmak için katman sayısını azaltırken bu düzenlemelerin hala karşılanıp karşılanmadığına da dikkat etmek gerekir. 2’den fazla katmana ihtiyaç duyulursa, sinyal katmanındaki iletim sinyalinin etkilenmesini önlemek için genellikle güç katmanı ve toprak katmanı kullanılır ve sinyal katmanının kalkanı olarak kullanılabilir.

Devre testinden sonra tel

Hattın telin arkasında düzgün çalıştığından emin olmak için son testten geçmesi gerekir. Bu test ayrıca yanlış bağlantıları kontrol eder ve tüm bağlantılar şematik diyagramı takip eder.

Oluştur ve dosyala

Şu anda PCB’leri tasarlamak için birçok CAD aracı bulunduğundan, üreticilerin panoları üretmeden önce standartları karşılayan bir profile sahip olmaları gerekir. Birkaç standart belirtim vardır, ancak en yaygın olanı Gerber Dosyaları belirtimidir. Bir dizi Gerber dosyası, her bir sinyal, güç ve toprak katmanının bir planını, lehim direnci katmanının ve serigrafi yüzeyinin bir planını ve belirtilen delme ve yer değiştirme dosyalarını içerir.

Elektromanyetik uyumluluk sorunu

EMC özelliklerine göre tasarlanmamış elektronik cihazların elektromanyetik enerji yayması ve yakındaki cihazlara müdahale etmesi muhtemeldir. EMC, elektromanyetik girişim (EMI), elektromanyetik alan (EMF) ve radyo frekansı girişimi (RFI) için maksimum sınırlar uygular. Bu düzenleme, cihazın ve yakındaki diğer cihazların normal çalışmasını sağlayabilir. EMC, bir cihazdan diğerine saçılabilen veya iletilebilen enerji miktarına katı sınırlamalar getirir ve harici EMF, EMI, RFI ve benzerlerine karşı duyarlılığı azaltmak için tasarlanmıştır. Başka bir deyişle, bu yönetmeliğin amacı, elektromanyetik enerjinin cihaza girmesini veya cihazdan yayılmasını önlemektir. Bu çözülmesi çok zor bir problemdir ve genellikle güç ve topraklama katmanları kullanılarak veya PCB’lerin metal kutulara yerleştirilmesiyle çözülür. Güç ve zemin katmanları, sinyal katmanını parazitten korur ve metal kutu eşit derecede iyi çalışır. Bu konulara fazla girmeyeceğiz.

Devrenin maksimum hızı EMC uyumluluğuna bağlıdır. İletkenler arasındaki akım kaybı gibi dahili EMI, frekans arttıkça artar. İkisi arasındaki akım farkı çok büyükse, aralarındaki mesafeyi uzattığınızdan emin olun. Bu aynı zamanda bize yüksek voltajdan nasıl kaçınacağımızı ve devrenin akım tüketimini nasıl en aza indireceğimizi de söyler. Kablolamadaki gecikme oranı da önemlidir, bu nedenle uzunluk ne kadar kısa olursa o kadar iyidir. Bu nedenle, iyi kablolamaya sahip küçük bir PCB, yüksek hızlarda büyük bir PCB’den daha iyi çalışacaktır.