PCB veya baskılı devre kartı, artık elektronik endüstrisinde bir yapı taşı olarak kabul ediliyor. Hesap makineleri gibi her türlü küçük elektronik cihazı, büyük ölçekli cihazlar, projeler ve makineler için kullanıyor.

PCB kartının yapısı, hangi proje ve cihazlara uygun olduğunu belirler. Bu yapı, PCB'lerde kullanılan malzeme türlerine ve kartların belirli uygulamalarda kullanılmasına yardımcı olur.

Bir PCB yazı tahtası yapı Serigrafi, lehim maskesi, bakır ve alt tabakadan oluşur. Bunların üzerinde, bileşen bağlantıları için iletken katmanlar yapılandırılmıştır.

PCB kartlarının üretiminde kullanılan farklı malzemeler, kullanılacağı projelerin performansını, kullanım ömrünü ve kalitesini belirler.

Burada, PCB kartlarında kullanılan ve farklı özelliklere sahip olan ve kartların teknik özelliklerini etkileyen farklı malzeme türlerini ele alacağız. Hadi başlayalım.

PCB'nin ana bileşenleri nelerdir?

PCB kartlarının ana bileşenleri burada listelenmiştir.

  •  Substrat (Temel Malzeme)

  •  Bakır Katman

  •  Lehim maskesi

  •  Elek Baskı

  •  İletken Yol

PCB kartının tüm bileşenlerinin önemi inkar edilemez ve her birinin PCB'nin çalışması için ayrı bir önemi vardır.

 Substrat (Temel Malzeme)

Temel malzemeler genellikle epoksi reçine ile birlikte gelir ve bakır folyo karışımıyla kullanılır.

PCB alt tabakaları veya taban malzemeleri, diğer tüm PCB bileşenlerinin yapılandırıldığı PCB'nin ana bileşenleridir. Devrelerin temeli olarak işlev görür ve karta bağlı bileşenler için temel mekanik destek sağlar.

Farklı taban malzemeleri, kartın güvenilir olmasını ve bağlı cihazlarda iyi performans göstermesini sağlayan özelliklere sahiptir. Dolayısıyla, taban malzemelerinin doğru kullanımı, doğru kart yapısı performansını belirler.

Altlık malzemeleri aynı zamanda bir tahtanın fiziksel özelliklerini belirlemeye de yardımcı olur. Örneğin, tahtanın dayanıklılığını artırmak için sert malzemeler kullanılıyorsa, esnek bir taban tahtayı esnek hale getirir ve kolayca bükülmesini sağlar.

 Bakır Katman

Alt tabaka malzemelerine bakır katmanlar uygulanır. PCB kartlarının türlerine göre, tek taraflı kartların bir yüzüne bakır kaplama, çok katmanlı kartların ise birden fazla yüzüne bakır kaplama uygulanır.

Bu bakır katmanlar, transistör, diyot, indüktör vb. gibi kartlara bağlı farklı devre elemanları arasında elektrik sinyallerinin veya akımların akışını sağlamak için kullanılır. Bu katmanlardan gelen sinyaller alındıktan sonra bağlı elemanlar kendi görevlerini yerine getirirler.

 Lehim maskesi

Lehim maskesi, bakır katmanlarına uygulanan koruyucu bir polimer katmandır. LPISM veya sıvı foto-görüntülenebilir lehim maskesi olarak bilinir. Temel işlevi, bakır katmanlarını birbirleriyle etkileşime girmekten korumak ve kısa devreye neden olmalarını önlemektir.

Bu katman aynı zamanda devre kartlarını oksidasyon ve lehim köprüsü oluşumu gibi çeşitli çevresel etkenlerden de korur.

 Elek Baskı

Serigrafi, farklı bileşen bağlantılarını, devre kartlarını, bileşen sembolik gösterimlerini ve ilgili projelerin diğer ayrıntılarını bulmaya yardımcı olan mürekkep izleriyle yapılan bir katmandır.

Serigrafi baskının diğer adı, kartın isimlendirilmesidir. Serigrafi, bileşenlerin bağlandığı tarafa uygulanır, ancak bazı kartlarda lehim tarafında da görülebilir.

 İletken Yol

Tasarıma göre PCB kartının yüzeyine tek veya çift taraflı bakır iletken yollar uygulanır. İletken yolların üzerine, iletkenleri her türlü çevresel etkenden koruyan bir lehim maskesi uygulanır.

Yaygın PCB malzemeleri nelerdir?

PCB kart tabanlı PCB tipleri ve proje gereksinimleri için farklı malzeme türleri kullanılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan malzemeler şunlardır:

 FR-4

FR4, PCB kartlarında yaygın olarak kullanılan bir malzeme olan alev geciktirici anlamına gelir. Düşük maliyetli bir malzemedir ve yüksek dielektrik dayanımı ve yalıtım özelliklerine sahiptir.

FR4, cam elyaf takviyeli bir Epxoy laminat levhadır ve Epxoy hava koşullarına dayanıklı ve alev geciktirici özelliklere sahiptir. Ayrıca yüksek çekme mukavemeti sağlar.

Maliyet avantajı sayesinde levha imalatında tercih edilen farklı üretim proseslerine uyumludur.

Bu malzeme için dağılma faktörü değeri yaklaşık 0.015 ila 0.025, dielektrik sabiti değeri ise 4.2 ila 4.8 arasındadır. Bu değerler üretim tekniklerine göre değişiklik gösterebilir.

Bu malzemenin cam geçiş sıcaklığı değeri 105-130 C'dir.

 Yüksek Sıcaklık Malzemeleri

Yüksek Tg olarak da bilinen yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler, farklı sıcaklık koşullarına dayanacak şekilde üretilir. Kullanılan malzeme türü, Tg değeri 150 derecenin üzerindeyse yüksek sıcaklığa dayanıklı olarak kabul edilir.

PCB kartlarında en sık kullanılan yüksek sıcaklık malzemeleri seramik alt tabakalar ve poliimidlerdir.

Poliimid malzemeler için yüksek sıcaklık değeri yaklaşık 280°C ile 350°C arasındadır. Ayrıca, termal döngü sırasında delaminasyonu kontrol eden daha düşük termal genleşme katsayılarına sahiptirler.

Alüminyum ve alüminyum nitrür, PCB'lerin üretiminde kullanılan seramik bazlı malzemelerdir. Yüksek ısı iletkenliğine sahip olmaları, ısının etkili bir şekilde dağılmasına ve kart üzerindeki bağlı bileşenlerden düşük ısı üretimine yardımcı olur.

 Esnek Malzemeler

Esnek malzemelerin temel üretim amacı, sert levhaların elektriksel performansı korurken esneklik sağlamadığı uygulamalarda kullanılmaktır. Bu nedenle esnek malzemeler havacılık endüstrisi, tıbbi cihazlar vb. gibi farklı uygulamalarda kullanılır. En yaygın esnek malzeme polyesterdir.

Polyester malzeme, Polietilen Tereftalat (PET) olarak da bilinir, iyi elektriksel özellikler sağlaması ve korozyona ve neme karşı dayanıklı olması nedeniyle PCB'ler oluşturur.

 Metal Çekirdek Malzemeleri

İyi termal özelliklerin gerekli olduğu uygulamalarda FR4 malzemeler yerine metal çekirdekli PCB malzemeleri kullanılır. Bu malzemeler, PCB metal çekirdeklerindeki ısınma etkilerini yönetmek için, işletim sırasında ısı üreten LED ışıklar gibi, kart üzerindeki farklı yüksek güçlü bileşenler çalışırken oluşan ısıyı yönetme özelliğine sahiptir.

Metal çekirdekli levhalar için en yaygın kullanılan metal alüminyumdur, ancak bazı uygulamalarda bakır da kullanılır. Alüminyumun bakır yerine kullanılmasının temel nedeni düşük maliyetidir.

Metal çekirdek, ısıyı kritik bağlantılı bileşenlerden düşük ısılı bölgelere iletir. Metalize çekirdekli kartların yüzeyi, iletken, termal ve metalik alt tabaka katmanlarından oluşur.

Metal çekirdekli PCB'lerin ana tipleri şunlardır:

·   Tek katmanlı MCPCB

·   COB MCPCB

·   Çift katmanlı MCPCB

·   Çift taraflı MCPCB

·   Çok katmanlı MCPCB

PCB malzeme özellikleri nelerdir??

PCB board malzemelerini seçmeden önce kontrol edilmesi gereken başlıca özellikler aşağıda listelenmiştir.

Dielektrik Sabiti

Dielektrik sabiti, seçilen malzemenin elektrik alanı şeklinde enerji depolama özelliklerini tanımlayan bir faktördür.

Dk değeri sayısal olarak gösterilmiştir. Bu faktör, kartın elektriksel performansını etkilemiştir. PCB'lerde kullanılan malzemenin vakuma bağlı bağıl geçirgenlik değerini tanımlar.

Yüksek frekanslı projelerde hızlı sinyal yayılımı için düşük dielektrik değere sahip malzeme kullanılır.

Farklı malzemeler için DK değeri aşağıdaki gibidir.

·   FR4: 4.2 ila 4.8

·   Polimid:3.2 ila 3.6

·   Sıvı kristal polimer (LCP): 2.9.

Dağılma Faktörü

Bu faktör, malzemedeki elektrik enerjisi kayıplarını açıklar ve aynı zamanda kayıp tanjantı olarak da bilinir. Malzemenin enerji depolamasını açıklar. Bu faktör, RF devreleri için dikkate alınır. FR4 malzemeleri için kayıp faktörünün değeri 0.015'tir.

Isıl İletkenlik

Yüksek güç gerektiren komponentlerin kullanıldığı projelerde malzemelerin ısı iletkenliği önemli bir faktördür.

Çalışma sırasında gemideki bağlı bileşenlerin ürettiği ısıyı dağıtma kapasitesini aştığı için, bu faktörün ölçü birimi Watt/metre-kelvin (W/mk)'dir. K veya TC olarak gösterilir.

PCB'nin ısı dağıtma özelliklerini belirleyen ana faktördür. Yüksek TC değerine sahip malzeme daha fazla ısıyı dağıtır ve anakartların iyi çalışmasını sağlar.

Alüminyumun ısıl iletkenlik değeri yaklaşık 1 W/mK ile 3 W/mK arasındadır, bu nedenle iyi TC özelliklerine sahiptir. Buna karşılık, FR4 yaklaşık 0.3 W/mK gibi düşük bir ısıl iletkenliğe sahip olduğundan ısı dağılımında zorluk yaşar.

Mekanik Güç

PCB için seçilen malzemelerin düzgün çalışabilmesi için, stres koşullarına kolaylıkla dayanabilme, esneklik ve sertlik gibi bazı mekanik özelliklere sahip olması gerekir.

Malzeme seçiminden önce, yüksek basınç ve mekanik kuvvetlerin uygulandığı uygulamalarda kullanılacaksa, darbe veya titreşime kolayca dayanabilecek özellikte olup olmadığı kontrol edilmelidir.

CTE

CTE, ısıtıldığında özellik gösteren malzemelerin termal genleşme katsayısıdır. Malzemelere zarar vermemek için CTE değerinin sınırlı bir aralıkta olması gerekir; çünkü malzemeler sıcaklık artışıyla hızla genleşirse hasar görürler.

Elektriksel Güç

Malzemelerin elektrik yüklerini idare edebilme yeteneği dökümleri elektriksel güç olarak adlandırılır. Elektriksel gücün değeri volt cinsinden ölçülür.

PCBasic Hakkında

Projelerinizde zaman paradır ve PCBtemel alır. PCBasic bir PCB montaj şirketi her seferinde hızlı ve kusursuz sonuçlar veren kapsamlı PCB montaj hizmetleri Her adımda uzman mühendislik desteği sağlayarak her panoda en yüksek kaliteyi garanti altına alıyoruz. Önde gelen bir PCB montaj üreticisi, Tedarik zincirinizi kolaylaştıran tek noktadan çözüm sunuyoruz. Gelişmiş çözümlerimiz ile iş ortaklığı yapıyoruz. PCB prototip fabrikası Hızlı geri dönüşler ve güvenebileceğiniz üstün sonuçlar için.

Uygun PCB malzemesini nasıl seçerim?

PCB için seçilen malzemeler, uzun süreli kullanım için en uygun ısı yönetimi özelliklerine sahiptir. Seçilen malzemeler düzgün bir şekilde dağıtılmazsa, ısı bağlı bileşenlerin çalışmasını etkileyecek ve cihazların verimliliğini düşürecektir. Kartlardaki ısıtma faktörünü kontrol etmek için kullanılan en iyi teknik, ısıyı dağıtabilen metalden yapılmış soğutucular veya malzemeler kullanmaktır.

Malzeme maliyeti

PCB üretim maliyeti, kart için seçilen malzemelere bağlıdır. Malzeme maliyeti, kartın tasarımına ve katman sayısına bağlıdır. Kart üretiminde özel malzeme türleri kullanılıyorsa, bu da maliyeti artıracaktır. Karttaki katman sayısının artması da maliyeti artırır. Yüksek frekanslı malzemeler pahalıdır. Ancak, projenizin ve bağlı cihazlarınızın daha uzun süre çalışmasına yardımcı olacak kaliteli malzemeler kullanmaya çalışın.

Üretim Teknikleri

Üretim teknikleri de iyi bir PCB malzemesi kullanmanın temel faktörlerindendir. PCB üretiminde kullanılan iki yaygın teknik vardır: delikli veya yüzey montaj teknolojisi (SMT). Seçilen malzemelerin, iyi bir gerilim yönetimi özelliği sunabilmesi için bu yöntemlerle uyumlu olması gerekir.

PCB kartları artık dünyadaki hemen hemen tüm endüstrilerin bir parçası haline geldi ve farklı türde projeler ve cihazlar üretmek için kullanılıyor. Bu nedenle, PCB'lerin güvenilirliğinin korunması gerekiyor. Güvenilir ve dayanıklı PCB kartları için, özel projelerdeki PCB gereksinimlerini kolayca karşılayabilecek standart ve yüksek kaliteli malzemelere ihtiyaç vardır. PCB'lerde en yaygın kullanılan FR4 gibi farklı malzeme türleri kullanılırken, poliimid, polyester ve bazı metaller de bunlardan bazılarıdır. Kaliteli malzemeler, iyi termal performans, mekanik özellikler ve ısı dağılımı faktörleri sağlamalı ve oksidasyon ve korozyon faktörleri gibi farklı çevre koşullarına dayanabilmelidir. Malzeme çevre dostu olmalı, insanlara zarar vermemeli ve kolayca geri dönüştürülebilmelidir. Malzeme seçimi, proje ve devrenin gereksinimlerine göre yapılmalıdır.