PCB Tasarım ve Düzeni-2 | Ahmet Turan Algın

Askeri Sistemlerde Kullanılacak PCB' ler İçin Yerleşim Tasarım Bilgileri - 2 :

"Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimize Katılın...
100' e yakın şirkete verdiğimiz eğitimimiz hakkında ayrıntılı teknik bilgi için lütfen tıklayınız...
Eğitim faaliyetlerimize katılımlara ait görsellere bakmak için tıklayınız.

EĞİTİMİMİZE KATILIN... MESLEKİ BİLGİNİZİ DAHA DA ARTIRIN...

Diğer firmaların vermeye çalıştığı ve sadece MIL-STD askeri veya sivil standartlarının anlatıldığı eğitimlerden farklıyız...!
Standartların yanı sıra; Tasarım ve Pratik eğitim veriyoruz....!
Ülkemizde teorik ve pratik EMI / EMC eğitimini bir arada veren ilk ve tek eğitimde; sınırlı sayıda kontenjan için bir an önce yerinizi ayırınız.

Kayıt ve diğer bilgiler için tıklayınız...

Türkiye' deki Sivil ve Askeri cihaz devre tasarımı ve EMC konusundaki en kapsamlı ve Türkçe içerikli web sitesine hoş geldiniz.

Amaç

PCB çiziminin temel kuralı PCB kartı ebatı ve şekli belirlendikten sonra PCB üzerindeki malzeme yerleşimidir.

Malzeme yerleşimi o kadar önemli bir konudur ki daha sonra geri dönülmesi mümkün olsa bile çok meşakkatli ve zorlayıcı durumlar oluşturabilir.

Değişiklik yapılması istenildiğinde, maliyet, mekanik boyutlar, çevresel faktörler, EMI/EMC, mekanik problemler vb gibi faktörlerden PCB' nin etkileneceği anlamına gelir.

Daha önce PCB' yerleşiminde dikkat edilmesi gereken hususların bir kısmını, aşağıdaki linkte verdiğim ilk makalemde ele almıştım.

Bu makalenin devamı niteliğindeki; diğer 2 makaleye aşağıdaki linklerden ulaşabilirsiniz...

Bu sayfada paylaşılan bilgileri okuduysanız; yandaki linke tıklayarak "Askeri Sistemlerde Kullanılacak PCB' ler İçin Yerleşim Tasarım Bilgileri - 1 :" başlıklı makalemi de mutlaka okumanızı tavsiye ederim.

Bu sayfada paylaşılan bilgileri okuduysanız; yandaki linke tıklayarak "Askeri Sistemlerde Kullanılacak PCB' ler İçin Yerleşim Tasarım Bilgileri - 3 :" başlıklı makalemi de mutlaka okumanızı tavsiye ederim.

Yukarıdaki 3 yazıyı okumadan önce yanda linki verilen yazıya tıklayarak "Elektronik kartlarda Koruyucu Toprak (Protective Earth), Toprak (Fonsiyonel), Şasi Toprak (Chassis Ground), Sinyal Toprak (Signal Ground):" başlıklı makalemi de okumanızı tavsiye ederim.

Tabi ki şunu da kabul etmek gerekir ki, bazı bilgiler tasarım esnasında insanın aklına geliyor. Bu iki makalede de eksik kalan kısımlar olursa onları not edip, belki dördüncü bir makalede de kalan diğer kısımları ele almayı planlıyorum.

Giriş

PCB yerleşimi ve çiziminin bir bilim olduğunu, daha önceki yazımda başlığa vererek vurgulamak istemiştim. Burada tabiki oturup tek tek çizim yapıp herşeyi kendim çizmeye kalksam bu yazıyı birkaç ayda bile bitiremem. Dolayısıyla bazı şekilleri alıntı yaparak kullanıyorum. Bu durumda küçük bir hatırlatma yapma ihtiyacı hissettim!

Takdir edersiniz ki, herhangi bir dilde düz bir yazı bile kaleme almak isteseniz; önce araştırma yaparsınız. Daha sonra topladığınız bilgileri derlersiniz. Kendi öz bilgilerinizi yani; tecrübelerinizden süzülen bilgilerinizi not edersiniz. Yazının nasıl bir yapıda olacağını planlarsınız. Sonra tüm bilgileri harmanlayıp yazarsınız. Sonra tekrar defalarca okuyup tecrübelerinize uygun olup olmadığını tekrar ve tekrar kontrol eder ve son olarak yayınlarsınız. Bu yine son olmaz; okuyucudan geri dönüşler alırsınız, yazdığınız bazı kısımları beğenmezsiniz tekrar tekrar yine düzeltip yazarsınız. Hatta devamlı eklemeler ve açıklamalar yapma ihtiyacı hissedersiniz. Ve eklemeler yaparsınız. Doğal olarak ben de web sitemde yayınladığım yazılarımda bu yolu kullanıyorum.

En iyi PCB yerleşimi nasıl oluşturulmalıdır?

"Konum, konum, konum!" Genel olarak konum, bir şekilde hayatımızın her yönünü etkiler. Bunun örnekleri her yerdedir. Elektronik alanında, konum kritik bir husustur çünkü ait olmadığı bir yere bir bileşen yerleştirmek, uyumsuz parçalara sahip bir yapboz bulmacası yapmaya çalışmak gibidir.

PCB bileşen yerleşimi, test ve erişilebilirlikten işlevsellik ve performansa kadar her şeyi etkiler. Temelde, tüm tasarım kararları, bileşenlerin bir PCB'ye tam olarak yerleştirilmesinden etkilenir. Bu nedenle, bir PCB tasarlarken, bileşenlerin belirli bir şekilde birbirine uyması bir gerekliliktir.

Örneğin, elektriksel işlevsellik sağlamak için bileşenlerinizin bağlı devrelerine yakın olması gerekir.

Bileşenlerinizin yerleşimi, termal ve mekanik hususlar için en uygun şekilde konumlandırılmalıdır.

Ve son olarak, bir bütün olarak üretim sürecini kolaylaştıran doğru bileşen yerleşimini kullanmalısınız.

Tasarım sürecinin başlarında bileşen yerleştirmeye öncelik verilmezse, tüm unsurları tehlikeye atabilecek tuzaklar ortaya çıkabilir.

Herkes PCB' sinin her zaman en iyisi olmasını ister, ancak "en iyi" aslında ne anlama geliyor? En iyi kartın hızlı, güvenilir ve üretimi kolay olması gerektiğini söylemek kolaydır.

PCB tasarımı söz konusu olduğunda, yerleştirme her şeydir. Bazı bileşen konumları, muhafaza tasarımına göre belirlenmesine veya diğer kartlar veya cihazlarla ara bağlantı nedeniyle sabitlenmesine rağmen, çoğu konum tasarımcı tarafından belirlenir.

Tasarım işlevselliğini sağlamak için, bileşen yerleştirme kararlarının termal, radyasyon ve sinyal bütünlüğü sorunlarını ele alması gerekir. Dahası, tasarımınızın olası üretilebilirlik ve güvenilirlik sorunlarını dikkate alması gerekir.

Bileşenler, konektörler, matkap delikleri, izler için PCB kartı kenar boşluğu gereksinimlerini göz önünde bulundurarak panelleştirme tasarım sırasında, dönüş sürelerini azaltırken üretilebilirliği ve güvenilirliği artırabilirsiniz.

Komponent yerleşimini optimize edememenin tuzakları

Genel olarak, yanlış bileşen yerleştirme, lehimleme sorunlarına ve ayrıca üretim sırasında büyük barikatlara neden olabilir. Bu, devre arızaları, kısa devreler ve PCB'nin üretim sürecinin bir kısmına veya tamamına maruz kalmaması gibi sorunları içerir.

Üretim sürecini geciktirmekten ve hatta durdurmamak için bu sorunları üretim aşamasından önce keşfetmek hayati önem taşır.

Belirgin üretim gecikmelerinin yanı sıra, yanlış bileşen yerleştirme, aşağıdakiler de dahil olmak üzere daha geniş sorunlarda bir domino etkisi yaratır:

Pazara giriş gecikmesi
Sınırlı PCB kalitesi
Azalan ürün tasarımı güveni
Tasarımınızı daha yüksek hacimde üretememe
Tekrarlanan tasarım değişikliklerinden kaynaklanan bileşen israfından dolayı gerekli kaynaklarda artış
Artan harcama

Yaygın PCB Bileşen Yerleştirme Sorunları

Genel olarak, bileşen yerleştirme sorunlarının çoğu, daha karmaşık yönlendirme ve diğer sorunlar nedeniyle ortaya çıkar. Ancak bu, dikkate alınması gereken birden çok konudan yalnızca biridir:

Bileşen aralığı: Bileşenleri çok yakın yerleştirirken, otomatik alma ve yerleştirme ile ilgili sorunlar yaratır ve testini olumsuz etkiler.

Depanelizasyonu karmaşıklaştırabilir: Bileşenler kart kenarına çok yakın olduğunda, panelleri ayrı kartlara ayırmak için yönlendirmeyi (routing) kullanmak zor olabilir.

Kart üzerinde yeniden çalışmayı zorlaştırır: Yeniden çalışma gerekiyorsa, bileşenlerin aralıkları iyi değilse daha zordur.

Bir bileşenin konumu ve dalga lehimleme yönü: Bileşen ayrıksa, PCB dalga-lehim makinesinden geçtiğinde her iki pin de lehime aynı anda girer. Bununla birlikte, daha büyük bileşenler için, gölgelenmeyi önlemek için daha küçük bileşenlerin önüne geçmemeleri gerekir.

Etkili Bileşen Yerleştirme Hususları

Tasarım yazılımı (Orcad, Altium vb) otomatik bir bileşen gruplama özelliği sağlasa da, tasarımcıların yalnızca ona güvenmesi tavsiye edilmez. Ancak aşağıdaki yönergeler yardımcı olabilir:

PCB üreticinizin açıklık ve boşluk kurallarına ve yönergelerine uyun.
Karttan kabloya konnektörleri kenarın yakınına yerleştirin.
Bileşenlerin yönünü standartlaştırın. Aynı yönde olmalarını sağlayın.
Bakır izleri için bol bol yer açın.

Yüksek performans, HDI PCB tasarımı ve BGA kullanımı

Son teknoloji PCB' ler daha küçük ve daha hızlı olmaya çalışır, bu da genellikle HDI (High density interconnect / Yüksek yoğunluklu ara bağlantı) kullanmayı gerektirir. Tüm bu bileşenleri küçük bir alana paketlemek, karmaşık tasarım tekniklerini ve üretim süreçlerini kullanmak anlamına gelir.

Çok farklı var Via türleri vardır. Bunların hepsinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır. Genellikle en iyisi en basit üzerinden ortalama olacak olası yol türü. Bu, ortalama bir PCB için yeterince iyi olabilir, ancak HDI PCB' ler için muhtemelen gömülü via lar gibi şeyler kullanmayı düşünmeniz gerekecektir.

Ped içinde via' lar en karmaşık tiptir ve genellikle BGA' ları veya pedlere ulaşması zor olan diğer bileşenleri ayırmak için kullanılır.

Pedlerde geçiş için çok küçük deliklere sahip olmak en iyisidir, bu bir lazer matkap kullanmak anlamına gelebilir.

Tasarımınızda özel türden via lar kullanmayı planlıyorsanız, PCB üreticinizin bunları üretme kapasitesine sahip olduğundan emin olun.

PCB yerleşiminde güvenilirlik

Madalyonun diğer tarafında yüksek performans güvenilirliktir. Uzağa gitmesi gereken bir ana kart tasarlarken, her adımda bir kenar boşluğu eklemek önemlidir. Bu, bileşenleri aralık bırakmak, denenmiş ve doğru malzemeleri kullanmak ve üretim hatalarını en aza indirmek anlamına gelebilir.

Önceki paragrafta belirtildiği gibi, yüksek performanslı kartlar genellikle çok küçük deliklere ihtiyaç duyar. Bunlar kendi incelikleriyle gelir.

Örneğin, PCB üreticiniz bir lazer kullanarak delme yapacaksa en boy oranı, gereksinimler deliğin yalnızca dış katmanlardan delinebileceği anlamına gelebilir.

Ek olarak, lazerler derinlikle sınırlıdır. Bu, PCB kartınızı tamamlamak için birden fazla delme işlemi gerektirebileceği anlamına gelir.

Daha fazla süreç, daha fazla karmaşıklık, daha fazla zaman ve nihayetinde daha fazla para anlamına gelir.

Katmanların tamamlandıkça birbiri ardına bağlanması da gerekli olabilir.

Tüm bu ekstra imalat, özel ekipman gerektirir ve ek bir maliyetle gelebilir.

Kıvrımları olan bir PCB tasarımı belirlemeden önce PCB üreticinizle konuşmak daha iyidir, böylece kartınızı oluşturmak için doğru makineye sahip ve doğru üretici olduklarından emin olursunuz.

Üretilebilirlik için PCB komponent yerleştirme

PCB geliştirmenin temel amacı, amaçlandığı gibi çalışan bir PCB tasarlamaktır. Bununla birlikte, bir tasarımın üretilebilir olması, daha fazla değilse de eşit derecede önemlidir. Tabii ki, PCB üretilebilirliği de dahil olmak üzere çeşitli belirleyici faktörler etkileyebilir:

Bileşenler (Komponentler): Bir bileşen ayırt edici veya edinilmesi zor ise, üretim maliyetini artıracaktır. Üstelik, bazı bileşenlerin teslim süreleri üretimde gecikmelere neden olursa, maliyetleri artıracaktır.

Yerleşim: Bileşen yerleştirme nasıl bir PCB üretimi yapılacağını etkiler. Uygun olmayan bileşen yerleşimi, kart maliyetlerini önemli ölçüde artırabilir. Aslında, tasarım kararları bir bileşenin yönünün lehimlenebilirliğini etkileyebileceği kadar basittir.

PCB Layout: Şematik yerleşim, bileşen yerleşimini ve diğer hususları tasarım sürecinizin merkezine yerleştirir. Ancak, diğer PCB ler ile olası bağlantıların veya ara yüzlerin hesaba katılmaması, genel sistem üretim maliyetlerini artıracaktır.

Üretilebilirlik açısından yerleşim konusunda kaçınılabilecek hata türlerine aşağıdaki örnekler verilebilir:

Bileşen yerleştirmedeki hatalar: Bileşenlerin birbirine çok yakın yerleştirilmesi, yanlış yönlendirme veya yanlış konum, lehimleme işlemi.

Yanlış kaplama alanı tasarımı: Ayak izi (footprint), monte edilecek gerçek bileşenle eşleşmezse, bir dizi sorun ortaya çıkabilir. Örneğin; eşleşmeyen izler, ped boyutu daha düşük akım veya sinyal bütünlüğü sorunlarına neden olabilir. Ek olarak, bileşen ped üzerinde iyi konumlandırılmazsa, bir tarafta bağlantının kesildiği kötü bir lehim bağlantısına yol açabilir. Buna mezar taşı denir (İlk makalede örnek verilmişti.).

Bileşenler, kartın kenarı ve diğer mekanik nesneler arasında yetersiz boşluk: Bu tür hatalar montajda (otomatik montaj) ve olası yeniden montajda (manuel rework) sorunlar oluşturur.

Lehim maskesi şeritleri ve bakır: Yeniden akış (reflow) sırasında küçük şeritlerin (lehim maskesi veya bakır) pul pul döküldüğü zamanlar vardır. Bu şeritler bir konumdan diğerine yüzecek/kayacak ve PCB' ye yeniden yapışacaktır. Dahası, durum böyleyse ve bakır ise, diğer izler arasında kısa devre oluşturabilir. Dahası, serbestçe hareket eden (pul pul dökülmüş) lehim maskesi PCB' yi açığa çıkarabilir ve nihayetinde oksidasyona yol açabilir.

Bileşen yerleşimini optimize etmenin yolları

Daha verimli bir PCB montaj işlemi için, PCB yerleşiminde izlenecek birkaç fikir aşağıda verilmiştir:

PCB konnektörleri, arabirimler ve diğer sistem düzeyindeki kartlarla ilgili olarak yerleşimi optimize edin. Ayrıca, montaj sırasında kabloların çıkarılması ve takılması için yeterli alan bıraktığınızdan emin olun.

Mümkün olan tüm bileşenlerin hepsini yerleştirin. Yüzey montaj teknolojisi (SMT) maliyetleri düşürmek için PCB' nin alt ve üst yüzeyindeki bileşenlerdir.

Anormal boyutlu veya daha uzun bileşenler lehimlemeyle ilgili sorunlar oluşturur ve bu bileşenlerin yakınına daha küçük (SMT) bileşenleri yerleştirmekten kaçınmalısınız.

PCB nin kenarındaki bileşenlerin yakınına yerleştirilmesinden de kaçınmalısınız. Bu, PCB' leri panellerinden çıkarırken veya kırarken sorunları azaltacaktır.

Dalga lehimleme kullanılıyorsa, bileşenleri iyi lehim akışını teşvik edecek şekilde yönlendirin.

Bileşen yerleşimi; montaj süresi, güvenilirlik ve işlevsellik dahil olmak üzere PCB tasarımı ve üretiminin her yönünü etkilediğinden, tüm tasarım kararlarının merkezinde olmalıdır. Bileşen yerleştirme hatalarının değerlendirilmesi ve düzeltilmesi zor bir görev olabilir.

PCB bileşeninden kenara olan mesafe (clearance) neden önemlidir?

Ana kartınızı oluşturacak bileşenleri seçmenin, en önemli PCB tasarım görevi olduğu söylenebilir.

Sonuçta, doğru bileşenler olmadan, devreleriniz istendiği gibi çalışmayacaktır. Ana kartınızın çalışması ayrıca izler ve yollarla bileşenler arasındaki "açık delik (Through hole)" veya "yüzey montaj teknolojisi (SMT)" arasındaki bağlantıya da bağlıdır.

Yerleşik işlem gerekmesine rağmen, bir boşlukta PCB yerleştirilmez ve harici cihazlara bağlantı da gerekli olacaktır.

Tipik olarak, yakındaki harici cihazlarla elektriksel olarak arabirim oluşturma, ortak konektörler tarafından yapılır. Ancak bu, "kenar açıklığının (clearance)" sinyal tipine bağlı olduğu anlamına gelir.

Bazı durumlarda, sinyallerin birden çok cihaz arasında eş zamanlı olarak alınacağı şekilde bir kablo veya kablo bağlantısının aksine kartlar arasında fiziksel temas olması tercih edilir. Bu durumlar için, bir kart doğrudan diğerine takılır. Bu doğrudan bağlantıya ulaşmanın popüler bir yolu "altın parmaklar (gold fingers)" kullanmaktır.

Bağlantı yönteminden bağımsız olarak, kart kenarı ile açıklık (clearance), PCB' nizin yapısını etkileyen önemli bir konudur.

PCB bileşeninin kenar açıklığına olan önemini anlamak, ana kart imalatını ve montajını kolaylaştırmaya yardımcı olacak tasarım kararları almamızı sağlayacaktır.

PCB Bileşeni - Kenar Boşluğu nedir?

PCB bileşenleri düşünüldüğünde, aşağıdakilerden bazıları büyük olasılıkla akla gelmektedir:

Pasif bileşenler - dirençler, kapasitörler, indüktörler, transformatörler, diyotlar vb.
Aktif bileşenler - bipolar bağlantı transistörleri (BJT'ler), bağlantı alanı etkili transistörler (JFET'ler), metal oksit alan etkili transistörler (MOSFET'ler), optokuplörler vb.
Entegre Devreler (IC' ler) - tek bir eleman tipi, birden fazla devre veya eksiksiz sistemler içerebilir.
Güç kaynakları - piller vb.
Elektromekanik bileşenler - piezoelektrik cihazlar, anahtarlar vb.

Yukarıdaki ana kategorilerden birine giren tüm bileşenleri listelemek oldukça kapsamlı olacaktır.

Ayrıca, kablolar, header' lar, USB, Ethernet ve altın parmaklar (gold fingers) gibi konektörler dahil etmediğimiz sürece liste eksik olacaktır.

PCB bileşeni ile kenar arası açıklık düşünüldüğünde, PCB' nin kenarına yakın yerleştirilmesi en muhtemel bileşenler oldukları için konnektörler dahil edilmelidir. Konnektörler ayrıca bir başlık olarak ele alınacaktır.

PCB yerleşiminde diğer hususlar

Zaten endişeniz azmış gibi, PCB tasarım parametrelerinize eklenebilecek birçok başka benzersiz koşul vardır.

Uluslararası kuruluşların ve hükümetlerin düzenlemeleri en önemlilerinden biridir.

Yarı mamulünüzü veya mamulünüzü Avrupa'ya gönderecekseniz, büyük olasılıkla RoHS' ye uymanız ve kurşunsuz montaj yapmanız gerekmektedir. Kurşunsuz lehimler, yeniden akış sırasında hassas bileşenleri zorlayabilen daha yüksek sıcaklıklar gerektirir.

Halojensiz yarı mamulünüz veya mamul kartlarınız, bazı PCB üreticilerinin kullanamayabileceği yaygın olmayan malzemelerin kullanılmasını gerektirir. Herhangi bir özel düzenlemeye veya tuhaf gereksinimlere uymanız gerekiyorsa, bunları yine PCB üreticiniz ile paylaştığınızdan emin olun.

PCB üreticinizi iyi tanımadan PCB tasarım parametrelerinize karar vermek satınalma bölümündeki kişiler arasında oldukça yaygındır. Bu, PCB üreticinizin yeteneklerini bilmeden ve PCB' nizin birincil hedeflerini bilmeyen bir körün önderliği gibi algılanabilir.

PCB konusunda ilk kararlaştırılması gereken konu şu olmalıdır. PCB performansını, güvenilirlik için mi zorluyorsunuz yoksa sadece mümkün olduğunca çabuk ve ekonomik bir şekilde yapılmasını mı istiyorsunuz?

Tasarım hedeflerinizi erkenden PCB üreticiyle tartışmak, PCB'niz için optimum parametreleri belirlemenize yardımcı olabilir.

Belki size bir HDI kartı için ayak izini en aza indirebilecek hangi üretim tekniklerine sahip olduklarını söyleyebilirler. Belki de uzun ömürlü bir PCB ile iyi çalışacak güvenilir malzemeler önerebilirler.

Uygulama ne olursa olsun, PCB üreticinizle net iletişim, tasarım sürecinizi her zaman daha verimli hale getirecektir.

"Plan yapmamak, başarısız olmayı planlamaktır" sözünü duymuş olabilirsiniz. PCB'leri tasarlarken geleceği günümüze getirmek, kartınızın başarılı bir şekilde monte edilmesini, prototipini oluşturmasını ve üretilmesini sağlamak için kritik öneme sahiptir.

Önceden planlama yaparak, üretim döngüsünü azaltabilir, geliştirme maliyetlerini en aza indirebilir ve ürün geliştirmenin prototiplemeden üretim aşamalarına sorunsuz bir geçiş sağlayabilirsiniz. İşte PCB yerleşimi de bu temellerin başında gelmektedir.

PCB tasarımınızın bir parçası olarak planınızı uygulamayı ihmal ederseniz, prototip oluşturmadan üretime dönüştürme sırasında daha uzun üretim döngüleri, artan maliyetler ve beklenmedik aksaklıklar gibi kart montajıyla ilgili gelecekteki sorunlara karşı kendinizi hazırlıyor olabilirsiniz.

İlk paragrafta anlattığım gibi PCB yerleşimiyle ilgili kısmları aktarmaya devam edelim:

PCB üzerinde indüktör ve trafo yerleşimi

Bazı PCB yerleşim araçlarının, bir indüktör çekirdeği altında bakıra izin vermeyen bir ön ayarı vardır. Bu konudaki görüşler, hiç bakır içermemesinden PCB'nin komponent tarafındaki bobinin doğrudan altındaki bakıra kadar uzanmaktadır.

Şekil Bobinin altında bakır yüzey bulunmayan 4 katmanlı PCB

Şekil' de, 4 katmanlı bir PCB'nin herhangi bir katmanındaki bobinin altında bakır bulunmayan bobin etrafındaki manyetik alanların bir taslağını göstermektedir.

Bobinden gelen güçlü manyetik alan çizgileri PCB'nin alt tarafına kadar geçer ve PCB'nin etrafını dolanır. Herhangi bir bağlı kabloya etkin bir şekilde bu manyetik alan kuplaj olabilir.

PCB üzerindeki filtre bileşenleri havadan atlanır. Bu, askeri ve otomotiv cihazlarında EMC seviyelerini karşılamayı imkansız değilse de çok zorlaştıracaktır.

Şekil: PCB'de bobin altı bakır yüzey kullanmanın etkileri

Yukarıdaki Şekil’ de ise komponent tarafındaki bobinin hemen altında 1 katman toprak (GND) yüzeyi kullanılmıştır. Ayrıca 4 katmanlı PCB nin alt katmanında da boşluklar toprakla kaplanmıştır. Bu durumda havdan PCB’ nin alt yüzeyine gelen manyetik alanlar Şekil3’ te gösterildiği kenar PCB etrafında gelse de PCB’ yi etkilemeyecektir.

Bu yapıyı kullanmak; girdap akımlarının PCB'nin dışında zaten bulunan manyetik alanı iptal etmesi için bir alan sağlar. Bu durumda “iç katman 2/Inner Layer 2” ve alt katman EMC açısından temiz olacaktır.

EMC filtre bileşenleri alt tarafa etkili bir şekilde yerleştirilebilir. Girdap akımlarının manyetik alanı, bobinin etkili endüktansını bir şekilde azaltır (tipik olarak % 5'ten az).

Girdap akımları ayrıca GND bakırında bazı kayıplar yaratır. Bakırın doğrudan indüktör çekirdeğinin altındaki bir başka küçük dezavantajı, sarımdan GND' ye artan parazitik kapasitanstır. Bununla birlikte, çoğu tasarımda, kapasite çok düşük olduğundan bu etki baskın değildir. Ama yine de bunun için aşağıdaki şekildeki gibi bir önlem alınması iyi olacaktır.

PCB'ye göre SMPS trafonun yönü: EMC için en iyisi nedir?

Flyback bir SMPS transformatörü için dikey veya yatay bir karkas kullanma seçeneğine sahipseniz ve düşünüyorsanız, aşağıdaki durumları gözardı etmemelisiniz.

Tüm EMC / yerleşimle ilgili malzemelerden yakındaki sinyal devresi tarafından alınacak minimum yayılan parazit için hangisinin en iyi olacağına kesin olarak karar vermek gerekir.

Burada zorunluluklar hariç herhangi birisi kullanılabilir gibi görünüyor. Fakat, tamamen açık olmak gerekirse, PCB düzlemine dik olarak 'dikey' veya paralel kullanım 'yatay' kullanılırsa durum iyi incelenmelidir.

Kavramı açıklayacak olursak;

Şekil: Diyagram, yukarıda bahsedilen iki transformatör seçeneğini ve aynı PCB üzerinde herhangi bir yerde bulunabilen, transformatöre doğrudan bağlı olmayan bazı sinyal devrelerini göstermektedir.

Şekil: Sinyal devresinden gelen dönüş akımları ideal olarak doğrudan altındaki bir düzlemde akmalıdır, bu nedenle sinyal devresi, dikey bir manyetik eksene sahip PCB düzlemi boyunca bir döngü içermemelidir.

Bununla birlikte, bunun yerine, sinyal ile yer düzlemi arasında bir mesafe olduğu için, sinyal izleri ve bunların dönüş yolları, PCB'de aşağı doğru dolaşan ve yatay bir manyetik eksen oluşturan küçük döngüler oluşturacaktır - örnek için aşağıdaki çizime bakınız. Bu nedenle, transformatör, bu şekilde düzenlenmiş PCB izleri tarafından minimum başlatma için dikey bir manyetik eksene (Seçenek A) sahip olmalıdır.

PCB de trafonun kaplama alanının altına herhangi bir via veya mekanik delik gelmemelidir. Ayrıca trafo çekirdeğinin üzerine bakır folyo ile kapatılması uygun olacaktır. Bu durumda; trafonun altına gelen PCB deki alanda, PCB ground katmanının altında olacak kritik sinyallerin etkilenmesini önlemek için PCB ye en az alanla yer alan dik karkas kullanmak ve çekirdeğin üzerinin de bakır folyoyla kapatılması minimum EMI yayınımı sağlanmış olacaktır. Fakat bu sefer de mekanik gereksinimlerden dolayı yükseklik artacaktır.

Bu durumda; mekanik kısıtlamalar varsa ve yatay karkas kullanmak gerekiyorsa yine belirtildiği gibi; trafonun altında kalan alanda 1 katman shield niyetine toprak katmanı olmalıdır. Ve bu katmanın olduğu yerden altından kritik sinyal götürülmemelidir.

SMD Komponent Ped' lerinin Tasarlanması

Ped tasarımları - ped tasarım önerileri için üreticinin veri sayfalarına bakın. Bu tasarımların temeli + şunları içerebilir:

Bileşen genişliğine eşit ped genişliği. Bunu en düşük seviyeye indirmek uygundur. Parça genişliğinin %85' i, ancak bunun altına inilmesi tavsiye edilmez.
Bileşenin 0,5 mm altında tampon bölge örtüşmeli.
Yeniden akış için bileşenlerin ötesinde 0,5 mm ve dalga lehimleme için 1,0 mm ped uzantısı.

Bazı yaygın ped tasarımıyla ilgili montaj sorunları ve önerileri aşağıdaki Şekil'de gösterilmektedir.

Şekil. Tipik SMD montaj sorunları ve önerilen çözüm.

Yukarıdaki örneklerde kullanıldığı gibi doğru lehim direnci düzeni, belirli montaj sorunlarını azaltabilir.

Yine aşağıdaki Şekil' e bakın. SMD bileşeninde lehim direnci düzen tasarımı örneği verilmiştir;

Şekil. baskılı bir kablo panosundaki lehim direnci.

Lehim direnci, bazı durumlarda yeni bileşene uyum sağlamak veya bir ped yerleşim sorununu düzeltmek için ped tasarımını göreceli olarak ucuz bir şekilde değiştirmek için de kullanılabilir.

AVX firması tarafından C ve B kasası tantal kapasitörlerin esnek bir şekilde değiştirilmesine izin veren lehime dirençli maskeleme kullanan esnek bir ped tasarım konsepti önerilmiştir - bkz. alttaki Şekil.

Daha küçük B kasa boyutu, pahalı devre kartı pedinin yeniden tasarımına gerek kalmadan mevcut olduğunda veya uygun olduğunda daha büyük C kasa boyutuna göre maliyet tasarrufu sağlayabilir.

Şekil. C'den B'ye tantal kapasitörler kasalı evrensel ped tasarımı

SMD bileşenlerinin diğerlerinden daha fazla, özellikle daha büyük bileşen için sıcaklık değişikliklerinden etkilendiğini hatırlamak önemlidir. Bu nedenle boyutlar ve montaj yönleri çok önemlidir.

Ayrıca, kısa ve geniş gövdeler uzun ve ince olanlara tercih edilir, kısmen güç nedenlerinden ötürü, kısmen endüktans nedeniyle ve bununla birlikte frekans bağımlılığı azalacaktır.

Başka bir neden, lehim bağlantısındaki substrat ve çip arasındaki genleşme katsayısından kaynaklanan kısıtlama yoğunluğunun, sonlandırmalar arasındaki daha kısa mesafelerle öneminin azalmasıdır. Bu yaklaşım, son derece gelişmiş bir mekanik mukavemet, daha iyi elektrik parametreleri ve termal dağılım ile sonuçlanır.

Bu, mekanik olarak hassas MLCC(MultiLayer Ceramic Chip Capacitor) kapasitörlerinin montajı için tipik bir öneri olacaktır - bkz. alttaki Şekil. Aynı ilke, sonlandırmaların çipin daha uzun boyutuyla birlikte yapıldığı MLCC "ters geometri" türlerinde de geçerlidir.

Şekil. PCB eğriliğinden kaynaklanan gerilimi en aza indirmek için PCB üzerinde önerilen çip konumu.

Basılı alt tabakanın kırılması sırasında eğrilik veya bükülme üzerindeki gerilim, yüzeye montaj bileşenlerini basılı alt tabaka kırılma noktasının yakınında düzenlerken hataya neden olabileceğinden, yüzeye montaj bileşenlerinin düzenleme yöntemi için dikkate alınması gerekir.

Şekil. Eğrilik, bükülme veya PCB kesme hatlarına yakın SMD bileşen düzenlemesi.

Yukarıdaki Şekil, SMD bileşeni PCB yerleşim oryantasyonu ile ilgili mekanik gerilim hususlarını göstermektedir.

Yukarıdaki şekilde, sağ taraftaki mekanik sorunların riski olduğu varsayılabilir. Riskin büyüklk sıralaması aşağıda verilmiştir.

A> C> B >>>>>>>>>> D

Bu nedenle, yazdırılan alt tabakanın kesme hattını olabildiğince paralel olarak düzenleyin, kesme hattından mümkün olduğunca uzak durun veya kesimi gerçekleştirmek için freze makinesi kullanın.

Pasif bileşen yongaları da biraz ısı ve bir dereceye kadar EMI üretebilir.

Bacaklı montaj bileşenlerine kıyasla, SMD'lerin lehim bağlantılarından ısı iletimi iyidir. Bu nedenle, vücut merkezinin SMD olmayanlara göre nispi sıcaklığı azalacak ve lehim bağlantılarında artacaktır.

Geniş yayılmış bir bacaklı bağlantı düzeni, ısı transferini daha da kolaylaştıracaktır. PCB' de kritik olarak belirtilen alanlarda maksimum sıcaklığına ulaşmadan önce daha büyük bir elektrik yüküne izin verecektir. Bununla birlikte, PCB ve ped yerleşim tasarımı sırasında termal yayılma ve radyasyon dikkate alınmalıdır .

Boyutları nedeniyle SMD stilleri, sıcaklık döngüleri sırasında hasarı önlemek için her zaman esnek uçlarla donatılmalıdır. Şoka veya titreşime maruz kaldıklarında gevşemelerini önlemek için daha ağır bileşenler, bir yapışkan veya destek bileşiği ile alt tabakalarına mekanik olarak tutturulmalıdır.

PCB üzerinde çatlak (crack) oluşmaması için SMD komponentlerin yerleşimi

MLCC' lerde (Çok Katmanlı Seramik Yonga Kapasitörleri) seramik eleman çatlaklarının en önemli nedenlerinden biri, kart eğilme gerilmesidir.

Çatlak, anormal ısı oluşumuna veya tutuşmaya neden olabilecek kısa devre arızasına yol açabilir. Bu nedenle güvenilirliğin önemli olduğu uygulamalar kesinlikle uygun karşı önlemler gerektirir.

MLCC'lerde seramik eleman çatlaklarının en önemli nedenlerinden biri, çeşitli nedenlerle oluşan levha eğilme gerilmesidir.

İmalat sırasında kullanım:

Emme nozülü ile gerilmeler,
Uygun olmayan lehim miktarı,
MLCC ile levha arasında farklı termal genleşmeler
PCB V-cut bölme işlemi
Sıkışık vida bağlantısı
Aşırı PCB bükülmesi, vb.

Kullanım sırasında taşıma:

Düşme şoku
Titreşim vb.

Seramik elemanlar, gerilme gerilimine karşı zayıf olsalar da, sıkıştırma gerilimine karşı güçlüdürler, bu nedenle, lehimli bir MLCC'ye levha yönünden aşırı gerilim uygulandığında elemanda kolaylıkla bir çatlak oluşur. Daha sonra, zıt dahili elektrotlar arasında elektrik iletimi meydana gelirse bir kısa devre arıza modu oluşur.

Çatlak oluşumunun başlangıcında açık devre modu olsa dahi ürün piyasada iken kısa devre moduna geçebilir. Kısa devre modu, anormal ısı oluşumu veya MLCC'nin tutuşması gibi sorunlara neden olabilir ve bu nedenle uygun karşı önlemlerin alınması gerekir.

Bileşen montajından set montajına kadar çeşitli süreçlerde meydana gelen mikro çatlakların, son ürün piyasadayken seramik eleman çatlaklarına ilerlemesi riski vardır. Özellikle aşağıdaki uygulamalarda özel dikkat gereklidir.

Sürekli titreşim ve / veya şoklara maruz kalan ekipmanlar: otomobil, demiryolu araçları ve sanayi
ekipmanı vb.
Düşerek sık darbeye maruz kalan ekipman: mobil cihazlar ve akıllı anahtar vb.

Ayrıca, nemli bir ortamda kullanılan ekipmanla, yoğuşma yoluyla nem, eleman çatlağına nüfuz edebilir, bu nedenle açık devre modunun kısa devre moduna geçme riski artar.

Şekil. Tipik MLCC çatlak oluşma prosedürü

PCB'leri Aşırı Termal Stresten Korumak için mekanik konumlar

Ürününüz ısınırsa, baskılı devre kartlarını aşırı ısıl gerilimden nasıl koruyacağınızı düşünün!

Baskı devre kartı malzemeleri artan sıcaklıkla genişler. Devre kartının bu genişlemesi ile kartın montaj yapısı arasında bir uyumsuzluk varsa, kart eğilir veya başka şekilde deforme olur. Mekanik bağlantı elemanları kırılır veya gevşer, parçalar nemi emer ve ürün arızalanır. Bu sorunu önlemek için kart sıcaklığını anlayın, iyi bağlantı elemanları seçin ve aşırı sıcaklık değişimlerinden kaçının.

Termal genleşmeden kaynaklanan tipik elektronik bileşen arızaları, çatlak kapasitörler, kırık bileşen uçları, kırık PC kartı izleri, çatlak lehim bağlantıları, PC kartı delaminasyonu, elektrik kısa devreleri ve namludan pede bağlantı kesilmesi yoluyla kaplanmıştır. Bu, aşırı titreşimin etkilerine çok benziyorsa, bunun için iyi bir neden var!

Bir robotik uygulamasında, tipik ısı kaynakları güç kaynakları, motor sürücü devreleri, motorlar ve bataryalardır. Bir zorluk, aşırı ısıyı pillerden uzak tutmaktır.

Dört kenarlı metal bir plakaya monte edilmiş basit bir tahta düşünün. Amaç, PC kartında çok fazla güç harcandığında ne olacağını görmek ve ardından tasarımın kaldırabileceği maksimum güç seviyesini bulmaktır.

Bileşenleri Yerleştirirken PCB' de Isıl Hususlar

Yüksek sıcaklıklar, PCB arızasının altında yatan nedenlerden biridir. Çok sayıda bileşenin bulunduğu bir PCB'de termal tasarım oldukça basittir. Yoğun bir anakart söz konusu olduğunda, SMT bileşenlerinizi sıcaklığı hesaba katmak çok daha önemli hale gelir.

Hotspot' lar, PCB' nizde her zaman kaçınmak isteyeceğiniz bir şeydir. Yüksek yoğunluklu PCB' lerde, birbirine yakın çok fazla güce aç IC' ye sahip olmak bu sıcak noktalara neden olabilir. Hatta pasif kısımlar gibi dirençler sorunlara neden olabilir.

Birbirine yakın sıcak bileşen kümesine sahip olmanız gerekiyorsa, bir ısı emiciniz (soğutucu) olduğundan emin olun veya başka bir yöntem kullanın ve o ısıyı boşaltın.

SMT bileşenleri her zaman sorun değildir; bazen izleri öyle olmayabilir. Yüksek akım izleri de ısı üretebilir ve hepsi birlikte yönlendirilirse, bir sıcak nokta oluşturma riskiyle karşılaşabilirsiniz. Bu nedenle, yüksek güçlü yongaları ve izleri birbirinden uzak tutmaya çalışmalısınız.

Bazen, yüksek güçlü bir çip, yüksek güçlü bir çip gibi görünmeyebilir. Bazı IC' lerin daha kısa bir süre için daha fazla akım çekebilecekleri patlama güç modlarına sahip olduğunu unutmayın. Bu güç patlaması, özellikle aynı anda birden fazla yonga varsa, geçici bir sıcak nokta oluşturabilir. Kısa ısı patlamaları bile sorunlu olabilir.

PCB' de sıcaklıklar daha sıcak ve daha soğuk arasında salındığında, kartınızı oluşturan malzemeleri bozabilir.

PCB alt tabakası ve lehim farklı kimyasala sahiptir, bu nedenle hızlı bir şekilde ısındığında ve soğuduklarında farklı şekilde genleşirler. Bu, PCB' nizdeki lehim bağlantılarının çatlamasına veya dielektrik malzemenin bozulmasına neden olabilir. SMT bileşenlerini ana kartınıza dikkatlice yerleştirdiğinizden emin olun ve sıcak noktalardan ve termal döngüden kaçının.

Yeterli Aralık ve Sinyal Bütünlüğü Hususları

Artık termal hususlarda tazeleme öğrendiğinize göre panonuzu tasarlamaya hazırsınız, değil mi? Pek değil. SMT bileşenleri dikkatsizce yerleştirildiğinde daha ince sinyal bütünlüğü sorunları ortaya çıkabilir.

IC' lerin başlaması için yeterli alan olduğundan emin olmanız gerektiğinden bahsetmiyorum bile. Bileşenlerinizi yerleştirirken yapmanız gereken ilk şey, hepsinin yeterli alana sahip olduğundan emin olmaktır.

Genellikle bu, mekanik tasarım tarafından dikte edilebileceği için önce kenar konektörlerinin yerleştirilmesi anlamına gelir. Ardından, aşağıdaki gibi yüksek pin sayılı bileşenlere dikkat edin:

BGA'lar; tüm bağlantıları çipin altında olduğu için basit görünebilirler, ancak tüm bu pimlerin kartın diğer bölümlerine ayrılması gerektiğini unutmayın.

Her bileşenin tabiri caizce nefes alma alanı olduğuna göre, sinyal bütünlüğü hakkında düşünme zamanı.

Hassas analog devrelerin, gürültülü dijital bileşenler gibi davranabilir. Dijital izler, alıcı antenler gibi davranabilir. Analog izler ise alıcı gibi davranabilir. İzleme döngüsü ne kadar büyükse, o kadar çok iletir veya alır. Bu yüzden PCB izlerini dikkatlice yönlendirin.

Devreler arasındaki mesafe de paraziti azaltmaya yardımcı olur, bu nedenle analog ve dijital çipleri birbirinden uzak tutmaya çalışın.

Hala analog ve dijital parçaları veya plane' leri aynı anda bağlamanız gerekebilir. Topraklama için tek nokta, bulmacaya başka bir parça ekler.

Son olarak fakat en az değil, her düzlemin veya pedin parazitik kapasitans oluşturduğunun ve her uzun izin bir miktar parazitik indüktansa sahip olduğunun farkında olmalısınız. Bunlar, mükemmel bile olsa dengelenmiş bağlantılarınızın empedansını değiştirebilir. Bu parazitik empedansları elle modelleyebilir veya bunları tahmin etmek için tasarım yazılımını kullanabilirsiniz. Bunun için bedava olan Saturn tool' unu kullanabilirsiniz.

Üretilebilirliği sağlamak için SMT komponent yerleştirme ipuçları

SMT bileşen yerleştirmede göz önünde bulundurmanız gereken son şey, üretim kusurlarıdır. Montaj sırasında sorunları azaltmak için bu ipuçlarını izleyin ve CM'nizle yakın çalışın.

Tahtanızı düzenlerken panelizasyon tasarımı, SMT bileşenlerini kenardan uzak tutun. Geniş kenarlı konektörler panolarınızı depanelize etmek için bir yönlendirici kullanırken özellikle sorunlu olabilir, bu nedenle parçalarınızı dikkatlice yerleştirin.

Benzer bileşenleri aynı yöne yönlendirmek iyi bir tasarım uygulamasıdır. Bu, özellikle kartınız ayrıca delikli bileşenler içeriyorsa önemlidir. SMT' ler için yeniden akışa ek olarak dalga lehimlemenin de gerekli olacağı anlamına gelir.

Bileşenlerin doğru şekilde yönlendirildiğinden ve bağlandığından emin olmak için "pin 1" konumu gibi referans göstergeler ekleyin.

Ped boyutunun bileşen paketiyle eşleştiğinden emin olun. Pedler arasındaki tampon uyumsuzluğu, bir kez çalıştırıldığında kart montajını ve performansını olumsuz etkileyebilir.

Parçalarınızı tasarımlarınızda net bir şekilde tanımlayın ve tasarım dosyalarınızın SMT bileşen yerleştirme düzeninizi doğru şekilde yansıttığından emin olun.

Şunu unutmayalım ki, bazen bir SMT bileşeni için bir yer seçmek neredeyse imkansız görünebilir. Bu ipuçları, SMT parçalarınızı optimum çalışma için yerleştirmenize yardımcı olacaktır. Parça yerleştirmenin ve yönlendirmenin termal etkisini dikkate almayı unutmayın. Ayrıca, her IC için yer bırakmanız ve çiplerin çok fazla gürültü iletmediğinden veya gürültü almadığından emin olmanız gerekir.

Tasarım üzerinden BGA yerleşimi için uygulamalar

Daha fazla işlevselliğe sahip daha küçük elektronik cihazlara yönelik pazar talebi artmaya devam ederken, PCB tasarımcıları gittikçe daha fazla yuvarlak ızgara dizilerine (BGA'lar: Ball Grid Arrays) dönüyorlar.

BGA kullanımı, daha fazla işlevselliğe sahip PCB' lerin giderek daha küçük ürünlerde kullanılmasına izin verir. BGA' lar, sinyalleri katmanlar arasında yönlendirmek için yolların kullanıldığı çok katmanlı PCB' ler için tasarlanmıştır.

BGA, IC' nin gerekenden daha küçük olmasını sağlayan yollarla, diğer katmanlara yönlendirilen bileşenin hemen altında bulunan bir bağlayıcı lehim topları dizisidir.

Via' lar, PCB tasarım sürecine esneklik ve PCB üretim ve montaj sürecine karmaşıklık katarlar.

Bileşenler ve izler için tolerans konuları, yerleştirme kısıtlamaları ve en iyi tasarım uygulamaları olduğu gibi, BGA bağlantılarının çok katmanlı yönlendirilmesi (routing) ve yolların kullanılması için de geçerlidir.

BGA yönlendirme (routing) en iyi uygulamalarını uygulayarak, ana kartlarınızın üretilebilirliği ve işlevselliği etkileyebilecek yaygın zorluklara karşı daha az duyarlı olmasını sağlayabilirsiniz.

Şekil. Tipik BGA, LGA ve CGA IC görünümü

BGA Yönlendirme (Routing) Zorlukları

BGA yönlendirmesi (routing), PCB' nizi tasarlarken göz önünde bulundurulması gereken benzersiz zorluklar sunar. Bunlardan en önemlisi, kartınızın sinyal bütünlüğünü, üretilebilirliğini ve güvenilirliğini sağlamayı içerir.

Sinyal bütünlüğü.

Anahtar sinyal bütünlüğü sorunu, iletimi ve yansımaları etkileyen empedans kontrolüdür. Empedans, uygun dielektrik kalınlığı kullanılarak ve sinyal katmanları arasına bir referans düzlemi yerleştirilerek, ileri ve dönüş hatları arasındaki iz genişlikleri eşleştirilerek kontrol edilebilir. Bitişik sinyal izleri arasına referans veya yer düzlemleri kurmak da paraziti en aza indirmede etkilidir. Sinyaller aynı katmanda olduğunda, izler arasındaki boşluğu korumak anahtardır. PCB çizim ve empedans hesaplamaları ayrı bir makalenin konusu olacaktır.

Üretilebilirlik.

Sinyal bütünlüğünü optimize etmek için katman sayısını (sinyal ve referans) belirlemeye ek olarak, BGA yönlendirme şemasının üretilebilirliğini de göz önünde bulundurmanız gerekir. BGA bağlantılarının birbirleriyle ve harici olarak nasıl yönlendirildiğine bağlı olarak belirli kısıtlamalar ve yönergeler vardır. Katman sayısı, eğim açıları, boyutlar, delik delme türü ve diğer endişeler, üreticinin yetenekleriyle sınırlıdır. Ben bu konuda çok büyük problemler yaşadım diyebilirim. Özellikle de 0.5mm BGA paket kullanacaksanız. Üretici firmalarla önceden konuşmadan kesinlikle PCB tasarımına başlamanızı tavsiye etmiyorum.

Güvenilirlik.

PCB' nizin güvenilirliği, kart yapım kalitesine ve iyi tasarım tool' ları kullanarak tasarımınızın üreticinizin yetenekleriyle senkronizasyonuna bağlıdır. Senkronize etmemek veya limitleri çok fazla zorlamak, kartların tasarlandığı gibi çalışmamasına veya sahada konuşlandırıldıktan sonra bir noktada başarısız olmasına neden olabilir. Bakır ağırlığı, lehim maskesi kalınlığı, bakır tane yapısı ve iyonik kirlenme sahada arızaya neden olan önemli konulardır. Yol seçimleri de dahil olmak üzere izleme yönlendirmesi işlemi de etkileyebilir ve ürünü geri çağırma ve değiştirme için önemli maliyetlere yol açabilir.

BGA' ları içeren kartlara bu hususları içeren tasarım gereksinimleri uygulamak, tasarımınızı üreticinizin yetenekleriyle uyumlu hale getirecektir. Kullanılırsa, kartınızın sinyal bütünlüğünü ve PCB üretilebilirliğini artıracaktır.

Bu yollar için BGA yönlendirme (routing) yönergeleri ile birlikte mevcut seçeneklere bir göz atalım;

BGA Via Seçenekleri

BGA yönlendirme (routing) şemanızı tasarlarken ilk adım, sinyal bütünlüğü düşüncelerinize bağlı olarak gereken sinyal katmanlarının (Layers) sayısını belirlemektir.

İyi bir kural, aşağıdaki denklemi kullanmaktır:

Katman sayısı = Sinyal sayısı / [ Yönlendirme kanal sayısı x Her kanal için Yönlendirme sayısı]

Gerektiğinde referans düzlemleri eklemeyi unutmayın. Bir sonraki adım, BGA sinyallerinizi nasıl yönlendireceğinizi belirlemektir. Kullanabileceğiniz bir dizi seçenek vardır, ancak bir stratejiye karar vermeden önce, her birinin PCB tasarımınızı nasıl etkileyebileceğini düşünmelisiniz:

BGA'lar çeşitli bilye çaplarında ve perde konfigürasyonlarında gelir. Aşağıdaki resim, temel boyutları gösteren bir diyagramla birlikte tipik top çapları ve eğimlerinin bir çizelgesidir.

BGA IC'ler, 4 ila 1000 arasında değişen çok çeşitli pin sayılarına sahiptir ve tipik olarak eşit aralıklı bir satır ve sütun ızgarası şeklinde düzenlenmiştir.

Aşağıdaki görüntü, 0,8 mm aralıklı 8 x 8 modelinde düzenlenmiş 64 pimli bir BGA'nın örnek bir ayak izini göstermektedir. Bu ayak izi ile kullanılması gereken nominal bilye çapı 0,4 mm'dir.

Her iniş için NSMD (Lehimsiz maske tanımlı / Non solder mask defined) pedler seçilmiştir.

NSMD pedleri tipik olarak bilye çapından% 20 daha küçük olarak tanımlanır, bu nedenle bu pedlerin çapı 0,32 mm'dir. Farklı yönlendirme izleme yöntemlerini göstermek için bu gönderide aşağıdaki örnek ayak izini kullanacağız.

Aşağıda, 4 bitişik ped ve boyutlarının büyütülmüş bir örneği bulunmaktadır. İzleri BGA'nın dışına nasıl yönlendireceğimizi araştırmak için bu büyütülmüş görünümü kullanacağız.

BGA için PCB' de sinyal katmanı sayısı

Yüksek pim sayısı nedeniyle, her pinden ayak izinin dışına yönlendirme izlerinin tek bir katmanda yapılmasının mümkün olmadığını görmek kolaydır. Ayak izinin iç kısmındaki pedlerden izlerin yönlendirilmesi, birden çok sinyal katmanını kullanmamızı gerektirecektir. Çoğu durumda, bir BGA'yı yönlendirmek için kaç sinyal katmanının gerekli olduğunu belirlemek, satır ve sütun çiftlerini saymak kadar basittir. Her iki sıra veya sütun için, yönlendirme amacıyla PCB üzerinde ekstra bir sinyal katmanı önerilir.

Örneğimiz BGA'da, yukarıdaki görüntüden, iki kırmızı kare ile gösterilen iki satır / sütun çifti grubu olduğunu görebiliriz.

Daha büyük kare, tek bir katmana yönlendirmek için kullanılabilecek ilk iki satırı / sütunu çevreler.

Merkezdeki daha küçük kırmızı kare, yönlendirmek için ikinci bir katman gerektirecek olan iç satır / sütun çiftlerini çevreler.

Daha yüksek top sayısına sahip daha büyük BGA'lar, yönlendirme için genellikle daha yüksek katman sayıları gerektirir.

Dış Pedlerin Yönlendirilmesi

Son durumda, ayak izinin temel tanımlarını anladığımıza göre, izleri ped lerden yönlendirmeye başlayabiliriz.

İzleri dışa doğru yönlendirebileceğimiz için, başlamak için en belirgin yer en dıştaki satır / sütundur.

Aşağıda, BGA örneğimizin ilk satırı dışarıya yönlendirilmiş bir görüntüsü bulunmaktadır. İz genişliği 5 mil olarak seçildi ve daha sonra göreceğimiz gibi, bu boşlukları ihlal etmeyecek ve sıkı toleranslar ve küçük elemanlar nedeniyle PCB üretim maliyetini artırmayacaktır.

İkinci katmanın yönlendirilmesi, bitişik pedler ve izler arasına izler yerleştirmemizi gerektirir. İki bitişik ped arasındaki boşluğa bakarak başlayalım. Aşağıdaki görüntü, iki bitişik ped arasındaki boşluğu göstermektedir.

X veya y yönündeki iki ped arasındaki mesafeyi hesaplamak, bir pedin çapını perdeden çıkarmak kadar basittir.

Pedler arasındaki boşluk = (Pitch - Pad Diameter)

Örneğimiz BGA'nın aralığı 0,8 mm ve ped çapı 0,32 olduğundan (NSMD pedleri kullandığımızı unutmayın, bu nedenle pedler bilye çapından% 20 daha küçüktür), iki ped arasındaki boşluk 0,48 mm veya 18,9 mildir.

Artık iki bitişik ped arasındaki boşluğu bildiğimize göre, izlerimizi BGA örneğinin ikinci katmanından yönlendirmeye başlayabiliriz.

Şekil. İkinci Satır / Sütun Katmanını Yönlendirme

İz genişliğimizi 5 mil olarak seçerek, izin kenarından her bir pede kadar (18.9 mil-5 mil) / 2 = 6.95 mil açıklık olduğunu görebiliriz.

5,0 mil iz genişliği ve 6,0 mil aralık PCB üretimi için standarttır .

Aşağıdaki görüntü, iz aralığı / iz açıklığını daha ayrıntılı olarak göstermektedir.

Şekil. İki Ped Arasında İz Geçme

Delik geçişli (Through-Hole) Via

Yollarla bağlanmanın en geleneksel yöntemi, tüm kart boyunca uzanan delik yönlendirmedir. Delikli yollar iyi sinyal bütünlüğü sağlar ve uygulanması kolaydır, ancak PCB' de en fazla alanı gerektirirler.

Üst taraftaki bir parçayı bir iç katmana bağlamak için, normal bir yol, daha büyük bir delik için ekstra alana ihtiyaç duyar. Ayrıca, deliğin halka şeklindeki halkası ve ayrıca lehim maskesi ağı için pedden geçişe kadar olan minimum mesafe yer kaplar. Lehim maskesi, lehimin yüzey montaj pedinden lehimleme sırasında geçiş deliğine akmasını engelleyen bir set sağlar. Yerçekimine ek olarak sıvı lehimin yüzey gerilimi, lehimleme sırasında lehimin deliğe emilmesine neden olur.

Geçiş yolu ayrıca kartın iç katmanlarında bir engel oluşturur, ayrıca kartın arka tarafında daha fazla yer gerektirir.

Ball Grid Array (BGA) düzenlerinde, alan oldukça fazladır. BGA parçalarının altındaki yönlendirme yoğunlaşır. BGA parçaları, azalan pin aralığı ve ped boyutuyla küçülmeye devam ettikçe, geçiş yolları için yer bulmak daha zordur.

Problemin bir kısmı minimum halka boyutunda. IPC Sınıf 2 panolar için, halka halka, delinmiş delikten 0,004″=4mil' den daha büyük olmalıdır.

Bu, halka şeklindeki halkayı delinmiş delikten 0,008″=8mil den daha büyük yapar.

Mekanik olarak delinebilen en küçük delik olan 0,006"=6mil delik için ve minimum ped boyutu 0,014"=14mil dir.

Burada üretici firmaların yetenekleri iyi araştırılmalıdır. Ben 0.5mm BGA pinleri arasında 4mil lazer via delikli PCB üretimini yaptırdım. Kartı da çalıştırdım. Burada mesele ihtiyaç ve tasarımın iyi belirlenmesidir.

Pekala yukarıda verilen sınırlamalar neden mevcuttur. Şimdi bunu anlamaya çalışalım. Bu en boy oranından kaynaklanmaktadır.

Geçiş en-boy oranı, matkap derinliğinin delinmiş delik boyutuna oranıdır. Bu, lazerle delinmiş yolların uygulanmasını yalnızca dış katman çiftini kullanmak üzere sınırlar.

Standart delme işleminin sınırı, 10: 1 en boy oranıdır ve gelişmiş delme işleminin sınırı 20: 1'dir.

Lazerle delinmiş deliklerin en boy oranı sınırı 2: 1'dir. Bu da lazerle delinmiş yolların uygulanmasını yalnızca dış katman çiftini kullanmak üzere sınırlar.

Kör (Blind) Via

Doğrudan BGA'dan yönlendirme için, "Blind Via" lar, "Through-Hole Via" a alternatiftir.

"Stacked Via" lar, "Staggered Via" lar veya bunların bir kombinasyonunu dahil etme avantajını sunarlar.

"Stacked Via" lar daha yoğun bir tasarıma izin verir; ancak, "Kademeli Via (Staggered Vias)"lar, "Yığınlanmış Via (Stacked Vias)" ların yaptığı hassas hizalamayı gerektirmez.

İmalat açısından, gevşetilmiş toleranslar "Kademeli Via (Staggered Vias)" ların uygulanmasını kolaylaştırır.

Burada "Buried Via" PCB yerleşimi ile ilgili olmadığından açıklama yapılmamıştır. Bu konu PCB çizimi ile ilgili kısımlarda anlatılacaktır.

Şekil. Blind Via, Through Via, Staggered Micro Via, Stacked Micro Via ve Buried Via üzerinde Stacked Micro Via kullanımı gösterilmiştir.

Son olarak, ped üzerinden yönlendirme veya "Dogbone Yönlendirme (Routing)" kullanıp kullanmayacağınızı belirlemeniz gerekir. Karmaşıklık ve alan açısından dikkate alınması gereken ödünler vardır:

Ped içinde via yönlendirme (Via in Pad Routing)

"Through-Hole Via" lar için alan gereksinimleri, "Via-In-Pad Routing" kullanılarak en aza indirilebilir. "Through-Hole Via" lar için, ayak izi küçüktür ve yönlendirme (routing) kolaydır, ancak tasarım karmaşıktır.

Sinyal bütünlüğünü iyileştiren "Blind Via" lar, yönlendirmenin zor olmasının ödünleşmesini sunar. Adımlar, PCB üretim ve montaj sürecine önemli bir zaman eklemek için standart "Via-In-Pad" uygulamak için gereklidir. Bu, üretim dönüş süresini ikiye katlayabilir, hatta üç katına çıkarabilir.

"Via-In-Pad" yönlendirme kullanılırken, yerden tasarruf etmek için minimum yol ve ped boyutları kullanılır. İhtiyaç duyulan hassasiyet nedeniyle, bu bir kesintiye neden olabilir. Breakout, Via'nın pedin dışına uzandığı zamandır.

Matkap derinliği daha küçük olduğu için daha küçük çaplı bir delik kullanabilir. Levha kalınlığı arttıkça makine ile veya lazerle delinmiş deliklerin minimum çapı artar. Üst taraf ile ikinci katman arasındaki ince katman, minimum matkap boyutunun kullanılmasına izin verir.

Via-in-pad yapısının yer tasarrufu ve performans avantajı, kartların yapılması gerekene kadar onu popüler bir seçim haline getirir! Maliyetler daha yüksektir ve geri dönüş süresi daha uzundur. Bunun yerine bir şekilde yollarla kullanılabilirse, bunları kullanarak zamandan ve paradan tasarruf etmeye değer.

Via-in-pad, yer tasarrufu sağlar ve özellikle kör yollar kullanıldığında PCB montajının performansını artırır. Via-in-pad'i mümkün kılmak için, kart üretim süreci, geçiş deliklerini kaplamak, kaplanmış yolları epoksi ile doldurmak ve ardından tüm yolu kaplanmış bakır ile kaplamak için bir adım içerir. Bu tampon üzerinden kaplama (VIPPO: via-in-pad plated-over) adımları fazladan zaman alır. Prototip yapımınız için aceleniz varsa, zaman kazanmak için pad-in-pad tasarım özelliğini atlayabilirsiniz. Askeri havacılık ürünlerinde delik içi kaplamaların doldurulması gerekir. Doldurulmazsa yüksek irtifada delik içi kaplamaların içinde minik hava kabarcıkları basınçtan patlayabilmektedir. Bu da karta zarar verecektir. Lakin bu da her üreticinin yapabildiği bir şey değildir. Ayrıca ek maliyet ve süre getirmektedir.

Bu, pede giden bir iz doğrultusunda kırılma meydana gelirse önemli bir sorun olabilir. Bu durumlarda sinyal bütünlüğü kaybı meydana gelebilir. Bundan kaçınmanın bir alternatifi Dogbone yönlendirmesidir.

Geleneksel Via' lar ile sinyal Pad'den uzağa ve ardından Via' ya yönlendirilir. Bu, Lehim Pastasının yeniden akış işlemi sırasında kanalın içine sızmasını önlemek için Lehim Maskesi uygulamasına izin verir. Bunu yaparken, yetersiz lehim nedeniyle Ped ve bileşen bağlantısının başarısız olmasına neden olabilecek bir durumu önler.

Via In Pad ile, Via için matkap deliği Pad'in içindedir. Bu, Via'ya Lehim Maskesi ile dokunamayacağınız anlamına gelir. Macunun delik içine girmesini sağlamak için Via'yı açık bırakmak, üretim sırasında güvenilirlik sorunlarına neden olacaktır.

Şekil. Açık bırakılan "Via In Pad", "Lehim Pastasının" yeniden akış sırasında Via'ya girmesine ve zayıf bir bağlantı oluşturmasına neden oldu.

Üretim hatalarını azaltmak ve verimi artırmak için en iyisi, PCB üreticinizin Via'yı kapatmasını sağlayarak via Pad içinde uygulamaktır. Bu, önce Via'nın bir İletken Epoksi ile doldurulması ve ardından üzerine bakır ile kaplanmasıyla gerçekleştirilir. Sözleşmeli PCB Meclisi üreticilerinin çoğu, Via'yı önce doldurup ardından kaplamadan Via In Pad'e izin vermez.

Via-In-Pad' i ne zaman kullanmalıyım?

Geleneksel yönlendirme yöntemleriyle 0,5 mm'nin altında aralıklı bileşen paketlerini yönlendirmeye ve bunlardan kaçmaya çalışmak, iz genişliği, dairesel halka ve matkap boyutu sınırlamaları nedeniyle Tasarım Kuralı Kontrolü hatalarına neden olacaktır .

İz boyutundaki üretim sınırlamaları, geleneksel PCB üretim yöntemleriyle daha küçük ve daha kompakt izlerin yapılmasına izin vermez.

Bu küçük aralıklı bileşenler için, onları yönlendirmenin tek etkili yolu, PCB yönlendirmesinin olabildiğince kompakt olmasına olanak tanıdığından, kapaklı Via In Pad olmasıdır.

Kapaklı Via In Pad, karmaşık BGA ve LGA paketleri için de yönlendirmeyi basitleştirebilir. Geleneksel yayılma yerine, sinyaller doğrudan PCB' ye gidebilir. Bypass kapasitörleri gibi bileşenlerin diğer bileşenlere mümkün olduğunca yakın yerleştirilmesine olanak tanıyarak parazitik endüktansı en aza indiren yüzey yönlendirme en aza indirilmiştir. Ayrıca, bu, yüksek frekanslı tasarımların EMF emisyonlarını en aza indirmeye yardımcı olacak güç ve yer düzlemlerine giden daha kısa yollar sağlar.

Termal Pedlerdeki Via' lar, ısı yönetimine de yardımcı olabilir. Yüksek güçlü yüzeye montaj parçaları tipik olarak PCB' ye monte edilen bir termal pede sahiptir. Isıyı daha verimli bir şekilde dağıtmak için, PCB' nin diğer tarafına Vias' ı düşürmek ve ısı yayımı için bakır alanını artırmak akıllıca olacaktır.

O halde neden her "Via" için "Via In Pad" kullanmıyorsunuz?

Bileşen çıkışını ve yönlendirme karmaşıklığını azaltmada kazanılan avantaj, artan üretim karmaşıklığı ve PCB üretim sürecinin malzeme maliyetleri ile dengelenmiştir.

Donanım tasarımı, geleneksel Via Routing stiliyle gerçekleştirilebiliyorsa, en iyisi Via In Pad'den kaçınmaktır.

"Via in Pad" için Tasarım

Via In Pad'in uygulanması geleneksel yollara çok benzer. Farklı olan, PCB için tasarım kuralı kontrollerini nasıl etkilediği ve üretim dosyalarının nasıl oluşturulduğudur.

Via In Pad'inizin üreticinin minimum dairesel halka gereksinimini karşıladığından emin olmanız gerekir.

Bileşenin kapladığı alanın Ped boyutu, minimum dairesel halka boyutuna eşit veya bundan büyük olmalıdır.

Çoğu ped boyutu Vias'tan daha büyük olduğu için bu genellikle bir sorun değildir, ancak BGA paketleri küçüldükçe üstesinden gelinmesi gereken bir tasarım sorunu haline gelecektir.

BGA için "Açılış Pedi Çapı" "Kombine Via" ve "Dairesel Halka Çapı" ndan daha küçükse, "Lehim Maskesi Tanımlı Pedler" kullanmak en iyi seçeneğiniz olacaktır.

Daha fazla bilgi için PCB üretici firmaya danışmak en güzelidir.

Via In Pads içeren PCB'leri düzgün bir şekilde üretmek için ek bir üretim dosyası gereklidir.

Gerekli olan standart Excellon matkap dosyasının yanı sıra, yalnızca bileşen Pedlerinde bulunan ve kapatılması ve doldurulması gereken Vias'ı içeren bir matkap dosyası da gereklidir.

İki ayrı dosya kullanmak, Vias'ın kapatılması gereken kafa karışıklığını azaltır ve geleneksel yolların doldurulup kapatılmamasını sağlayarak üretim maliyetini düşürür.

Bunu yapmak için bir seçenek olup olmadığını görmek için EDA aracınıza danışın. Değilse, bu fazladan dosyayı oluşturmak için matkap dosyanızı bir Gerber görüntüleyiciyle değiştirmeniz gerekebilir.

Halkalı Yüzüklerin Nedeni

Mümkün olan en küçük Matkap ve Pedi kullanırken, bir veya daha fazla Deliğin Pedin kenarıyla hafifçe üst üste gelme ihtimali vardır.

Bu, "Break-out (patlama)" çiziminde abartılı bir şekilde gösterilmiştir.

"Patlama" nadirdir, ancak tasarımcılar sınırları zorladığında, bu en küçük Matkaplar ve Pedlerin başına gelebilir.

Halkalı Yüzüklerin Nedeni

Mümkün olan en küçük Matkap ve Ped i kullanırken, bir veya daha fazla Deliğin Ped in kenarıyla hafifçe üst üste gelme ihtimali vardır.

Bu, "Breakout (ayrıma)" çiziminde abartılı bir şekilde gösterilmiştir.

"Breakout" nadirdir, ancak tasarımcılar sınırları zorladığında, bu en küçük Matkaplar ve Pedlerin başına gelebilir.

Mümkün olan en küçük Matkap ve Pedi kullanırken, bir veya daha fazla Deliğin Pedin kenarıyla hafifçe üst üste gelme ihtimali vardır.

Bu, "Breakout / AYIRMA " çiziminde abartılı bir şekilde gösterilmiştir.

"Breakout / AYIRMA" nadirdir, ancak tasarımcılar sınırları zorladığında, bu en küçük Matkaplar ve Pedlerin başına gelebilir.

Sorun, "Breakout/AYIRMA", Ped'e giren bir iz ile aynı yönde olduğunda ortaya çıkar. Delik İz ile örtüştüğünde, daha sonra çatlayabilecek açık devre veya kırılgan bir bağlantı olasılığı vardır. Bu, kart verimini düşürür, maliyeti artırır ve güvenilirliği düşürür.

Bu sorun Teardrops (Gözyaşı Pedi) kullanılarak çözülebilir. Bu Ped şekli, Pedin boyutunu genişletir, ancak yalnızca İz yönünde. Bu, daha büyük bir ped görevi görür, ancak herhangi bir ek PCB yerleşim alanı kullanmaz.

Bir Gözyaşı Pedi (Teardrop), maliyeti artırmadan mümkün olan en küçük "Dairesel Halka" için işlem sınırlarını zorlamaya yardımcı olabilir.

Bazı CAD araçlarının Gözyaşı (Teardrop) ekleme özelliği yoktur. Bu durumda, kart üreticisi bunları tasarımınıza ekleyebilir. Yukarıda sağdaki şekilde, üretici tarafından cam tool' unda yeniden düzenlenmiş iz ve ped görünümü verilmiştir.

Sonuç, "Dogbone Shapes /Gözyaşı şekilleri" içeren bir BGA düzenidir.

Bir "Gözyaşı Köpek Kemiği /Teardrop Dogbone" yapmak için eklenen bakır miktarı azdır. Yukarıdaki çizimler abartılıdır. "Teardrop/Gözyaşları" genellikle çıplak gözle neredeyse hiç görülmez.

Köpek kemiği yönlendirme (Dogbone Router)

Bu yönlendirme tarzında, yol pedden kaydırılır ve kısa bir iz ile bağlanır, böylece "köpek kemiği" benzeri bir şekil oluşturur.

Dogbone yönlendirmesi, Via-In-Pad yönlendirme için gerekli doldurma ve kapatma işlemi adımlarına ihtiyaç duymaz, bu nedenle Via-In-Pad'in aksine daha az karmaşık ve daha hızlı üretilir.

BGA pim aralığı aralığı izin veriyorsa, bu tarz yönlendirme, Via-In-Pad' den daha iyi bir seçenek olabilir. Bununla birlikte, tasarımlar karmaşık olabilir ve bazen hangi yol stilinin uygun olduğu belirsiz olabilir.

İç pedleri yönlendirmek için en çok kullanılan yöntem, 4 bitişik pedin ortasına bir yol yerleştirmektir, öyle ki pedlerden birinden gelen bir iz, PCB üzerindeki başka bir sinyale veya düzlem katmanına geçebilir ve sonra dışarıya doğru yönlendirilebilir. Bu yönteme "köpek kemiği" adı verilir çünkü ped-izleme yoluyla bağlantı , bir karikatür köpek kemiğine benzer.

Bu görüntü, bir grup pedin ortasına yerleştirilmiş bir yolu göstermektedir. Geçişler, delik çapı ve halka şeklindeki halkanın genişliği ile tanımlanır. Herhangi bir açıklığı ihlal etmeden pedlerimiz arasına sığacak bir yolu dikkatlice seçmemiz gerekecek.

Bunu yapmak için iki ped arasındaki çapraz mesafeyi bulmalıyız. Bu, x ve y aralığı tarafından oluşturulan bir üçgenin hipotenüsünün uzunluğunu bulmak için Pisagor teoremi (ilkokuldaki denklemi hatırlıyor musunuz?) Kullanılarak kolayca bulunabilir.

Açıklığa kavuşturmak için, işte bulmaya çalıştığımız boyutları gösteren bir resim. H boyutu, x ve y aralığından hesaplanacaktır.

Pisagor teoremini kullanarak:

Artık iki ped arasındaki çapraz mesafeyi bildiğimize göre, uygun bir yolun nasıl seçileceğine karar vermeye başlayabiliriz.

Aşağıdaki görüntü, seçimimiz için dikkate almamız gereken önemli boyutları detaylandırmaktadır.

İki top arasındaki mesafeyi düşündüğümüz önceki bölüme benzer şekilde, bir pedin çapını hesapladığımız H'den çıkarmamız gerekir. Bu yeni boyuta H üssü veya H 'diyeceğiz. H için hesaplanan değerimiz 1.13 mm olduğundan, H '1.13 mm - 0.32 mm = 0.81 mm veya 31.9 mil olacaktır. Artık H 'numaramıza sahip olduğumuza göre, delik çapı artı dairesel halkamız ve boşluklar 31.9 mil'e sığmalıdır.

Açıklıklar için standart üretim değerinin 6 mil olduğundan daha önce bahsetmiştik, bu nedenle bu değeri kullanacağız ve H 'değerimizden 12 mil çıkaracağız (yolun her iki tarafında da boşluk olduğu için boşluk değerinin iki katını çıkaracağız). Bu, yolun toplam çapı için bize 31.9 - 12 = 19.9 mil bırakır.

Halka şeklindeki halkalar için standart üretim değerleri de 6 mildir, böylece halka şeklindeki halkayı kabul edilebilir bir matkap boyutu bulmak için kalan 19.9 milden çıkarabiliriz. Bu durumda 19.9 mil - 12 mil = 7.9 mil ile sonuçlanır. Bu değerden biraz daha düşük bir matkapla gitmek muhtemelen iyi bir fikirdir, böylece tolerans varyasyonları için küçük bir oda tasarlayabiliriz. Bu örnek için 6 millik bir matkap seçtik.

6 mil matkap ve 6 mil halka şeklinde halka olarak tanımladığımız vialarımız olduğuna göre, iç pedlerin yönlendirilmesi basitleşiyor. Kapladığı alan dışına yönlendirilmesi gereken her bir ped için, 4 pedlik bir grubun ortasına bir yol yerleştirip izimizi ona bağlıyoruz. İzimize bağlandıktan sonra, BGA'dan, dış pedlerde kullandığımızdan ayrı bir katman üzerinde rota belirleyebiliriz.

Aşağıda, iç izlerin ikinci bir katmana düşmesi için köpek kemikleri kullanılarak yönlendirilmiş her ped ile BGA örneğimizin bir görüntüsü bulunmaktadır.

BGA yönlendirme seçiminiz, PCB tasarımınızın sinyal bütünlüğünü ve üretilebilirliğini önemli ölçüde etkileyebilir. Ek olarak, seçiminiz ana kartınızın geri dönüş süresine günler ekleyebilir. BGA yönlendirme yönergelerini ve en iyi uygulamaları uygulayarak, kartınızın üretilebilirliğini sağlayabilir ve PCB' niz için yapım süresini azaltabilirsiniz.

Yukarıdaki tablolarda görüldüğü gibi anlatılan tekniklerin artıları ve eksileri verilmiştir.

Via-In-Pad kullanırken Yol Kapatma İstisnaları

Çoğu tasarım kuralında istisnalar vardır ve “Her zaman pedlerde kapak” bu kuralın bir istisnası değildir! QFN paketlerindeki merkez pedleri ve yüzeye monte güç parçaları için termal merkez pedleri, genellikle pedlerde açık yollara sahip olmanın faydasını görür.

Bir QFN'nin merkez pedinde vias olmadan, yeniden akış sırasında bazen sıkışmış gazlar veya bir kaldırma hareketi alabilirsiniz. Bunlar, bileşenin bir tarafa eğilmesine ve PCB ile eş düzlemselliğini kaybetmesine neden olabilir.

Merkez pedindeki kanallar, lehim pastasındaki tozdan yapılan gazların daha kolay kaçmasına ve ayrıca parçanın altındaki fazla lehim pastasının çekilmesine izin verir. Termal pedlerle, yolu dolduran bu ekstra lehim pastası, yolun termal iletkenliğini iyileştirme avantajına sahiptir.

Şekil. Termal soğutma için "Via In Pad" açık ve kakapaksız bırakılmış.

PCB komponent yerleşiminde güvenlik ve ark önleme

Fiziksel olarak ayrı yerleştirilen zıt yüklü iletkenlerin, onları ayıran yalıtım malzemesi aracılığıyla bir elektrik arkı oluşturabildiği gerçeğinden yararlanan elektrik sistemleri vardır.

Bujiler, elektrik motorları ve telefon yüksek voltaj koruma devreleri kullanan motorlar, hava veya gazın yalıtım ortamı olduğu bunun yaygın örnekleridir. İlk devre kartlarında ayrıca kıvılcım aralığı vericileri ve diğer benzer cihazlar kullanıldı. Ancak bugün, pahalı olmayan ve basit aşırı gerilim koruması için ara sıra kullanımın yanı sıra, ark oluşumu PCB' lerde istenmeyen ve tehlikeli bir olgudur.

Devre kartları üzerindeki ark, PCB kartınızdaki iletken bir eleman üzerinde beklenmedik bir yüksek voltaj oluştuğunda veya üretildiğinde ve yeterince yakın bir iletkenin zıt veya önemli ölçüde daha düşük bir yüke sahip olması durumunda meydana gelir.

Bileşenler, pedler, izler veya konektörlerin tümü ark için iletim veya alım noktası olarak hizmet edebilir.

Tipik olarak yüksek voltajlarda çalışan veya işleyen kartlar, örneğin endüstriyel üretim ortamları, büyük olasılıkla arklanma yaşarlar.

Ve sonuçlar, yalıtımın bozulmasından veya yüzey takibinden gelecekteki ark oluşumuna, kartın yanmasına, bileşenlerin veya izlerin yanmasına ve hatta yangınlara kadar değişebilir.

PCB kartınızın sinyal ve güç dağıtım ortamının anlaşılmasıyla birlikte, gerektiğinde aşağıdakileri dahil ederek kartlarınızı ark oluşumunu önlemek için en iyi şekilde tasarlamanıza olanak tanımanız gerekir.

Ark dayanıklı malzemeleri seçin; Kart yalıtımının bozulmasına direnmek için yüksek voltajları işlemek için en iyi şekilde donatılmış PCB kartı malzemelerini seçmek önemlidir.

İletken elemanlar arasındaki boşluğu en üst düzeye çıkarın; İletkenler ne kadar yakınsa, aralarında yüzey izlerinin oluşturulması o kadar kolay olur. Bununla birlikte, bu, PCB iz genişliği ve aralığı üzerindeki yerleşim kısıtlamalarına karşı dengelenmelidir.

Koruyucu kaplama uygulayın; Kartınızı dış kontaminasyondan korumak için koruyucu kaplama uygulanır;
ancak, bileşimi dielektriktir ve PCB yüzeyinize yalıtım katar.

Ekranlama (Shielding) Kullanın; "Ekranlama (Shielding)" sadece EMI' yi en aza indirmeye yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda kartınızın kurulum ortamında elektromanyetik uyumluluğa ulaşmanın önemli bir yönüdür; ayrıca, kartınızdaki ark kaynağı olabilecek yüksek voltajları diğer iletkenlerden izole etmeye yardımcı olacaktır.

Ark oluşumunun sonucu olan yüzey takibi, özellikle endüstriyel ortamlarda panolarınız için büyük risk oluşturabilir. Bu nedenle, ark önleme için yukarıda listelenen eylemleri ve seçenekleri içeren en iyi yüksek voltajlı PCB tasarımını tasarlamanız ve uygulamanız önemlidir

Askeri sistemler için PCB montajlı sensörlerin yerleşimi

İster askeri sistemlerinde ister ticari sistemlerinde, çok çeşitli parametreleri ölçmek için PCB sensörleri kullanılır. Bununla birlikte, elde edilen verilerin anlamlı bir şekilde kullanılmasında çoğu PCB; voltaj, akım veya sıcaklık formatında sinyaller gerektirir.

Bu ortak özellik, aşağıda listelenen ve genel olarak uygulanabilir bir dizi tasarım optimizasyon tekniği tanımlamamıza olanak tanır.

PCB Tasarımı için geçerli standartları öğrenin ve bunlara uyun. Askeri kara, deniz, havacılık ve uzay endüstrisi yoğun bir şekilde düzenlenmiştir ve tüm standartları gerçekten zordur.

Örneğin, panoların gereksinimlere uyması yaygındır. IPC sınıf 3, 3A ve üstü. Bunu yapmamak, şüphesiz uzun geliştirme döngülerine, PCB'larınızın ve cihazlarınızın onaylanmasında sorunlara ve gereksiz ve muhtemelen oldukça önemli ROI kayıplarına yol açacaktır.

Çevre koşulları için tasarım yönergelerine uyulmalıdır. PCB kartınızın çalışması gerekebileceği ortam, birçok tasarım kararını doğrudan etkileyeceği için birincil tasarım düşüncesi olmalıdır.

Örneğin malzemeler, bileşen gereksinimleri, kart esnekliği ve diğer parametreler aşırı sıcaklık döngüsünden etkilenebilir. İster dahili ister harici monte edilmiş olsun PCB sensörleri radyasyona duyarlıdır. Bu nedenle, radyasyona dayanıklı elektronik tüm askeri uygulamaları için her zaman çok iyi düşünmelisiniz. Özellikle havacılıkta ek olarak, düşük gaz kapatma sensörleri kullanılmalıdır.

En iyi bileşenler seçilmelidir. Bileşen seçimi, askeri sektörde tasarım yapan mühendisler için en zor görevlerden biridir. Bunun bir nedeni, kabul edilebilir bileşenlere göre daha geleneksel sertlikten daha esnek olana geçiş söz konusudur.

COTS çözümü. Sensörler için, standart COTS parçalarından daha kaliteli oldukları için Otomotiv Sınıfı (AEC-Q100) parçaları seçmek ve zorlu koşullara dayanmak için 0,25 ila 0,5 mm'den daha sıkı BGA'lar gibi ince aralıklı paketlerden kaçınmak iyi bir seçenek olabilir. mekanın çevresel koşulları. Kanıtlanmış eski bileşenler de iyi bir seçenektir.

Sözleşmeli PCB üreticinizin üretim kurallarına ve yönergelerine uymak, en verimli PCB üretim sürecini ve en iyi oluşturulmuş PCB kartlarını sağlar. Sensör kartları da dahil olmak üzere askeri PCB' ler için bu, ek düzenleyici gereksinimler, en yüksek kalite gereklilikleri ve daha sıkı güvenilirlik kontrolü olduğundan daha kritiktir.

Askeri platformlarındaki en önemli elektronik cihazlardan biri PCB sensörleridir. Bu kartlar, neredeyse tüm sistem işlemlerine yardımcı olur. Bu nedenle, en üst düzeyde performans ve tutarlılık sergileyecek şekilde tasarlanmalı ve üretilmelidir.

Koruma halkaları (Guard Rings) ne zaman kullanılmalıdır?

Devre kartlarını tasarlarken, tam da ihtiyacınız olan şeyin kaba tabirle bir “çit” olduğu zamanlar vardır. PCB' lerde bunlara çit denmez; bunun yerine PCB koruyucu halka (Guard ring) olarak anılırlar.

Ve bu halkalar tipik olarak kartınızdaki düğümleri, bileşenleri veya devreleri çevreleyen bakır izlerdir. Bu basit izleri eklemek tasarımınız için büyük fayda sağlayabilir.

Örneğin izolasyon sağlayabilirler, sinyal bütünlüğünü iyileştirmek ve doğru kullanılırsa operasyonel stabilite sağlarlar.

Adından da anlaşılacağı gibi, koruma halkaları kalkanlardır(shields). Ve bu halkalar, faraday kalkanları gibi diğer koruma türlerine biraz benzerler.

Temel amacı izolasyon sağlamaktır. Ancak, koruma halkaları, kart üzerindeki diğer sinyal yolları gibi gerçek bakır izleridir; bu nedenle, radyasyonu bloke etmeleri amaçlanmamıştır, ancak akım taşımalıdırlar. Ve taşınan akımlar, aksi takdirde kartınızdaki diğer bileşenlere veya iletkenlere akan veya sapan yüzey akımlarıdır.

PCB koruyucu halkaların kart düzeninizin bir parçası olarak ne zaman dahil edilmesi gerektiğine bir göz atalım ve ardından bunları nasıl etkili bir şekilde tasarlayabileceğimizi görelim.

Örneğin aşağıdaki resimdeki uygulamayı ele alalım. Burada izden ize ayrım yapılmıştır. Sinyal karışmasını en aza indirmek için koruma halkaları kullanılabilir(Yeşil alanlar).

Tasarımcıların çoğu, öncelikli olarak elektriksel tehlikeleri ve yanıcılığı ele alan dünya çapında güvenlik kurumu standartlarına (örneğin UL, IEC) aşinadır. Ancak bu standartlar güvenilirliği ele almamaktadır.

Metalik kıl kalınlığındaki yollardaki, izler arasındaki voltaj potansiyeli, aylar veya yıllar içinde büyümesine neden olabilir. Sonunda, izleri kısaltacak ve ürün arızasına yol açacaktır.

PCB tasarım standardı IPC-2221, 'Baskılı Kart Tasarımında Genel Standart', elektro göçü önlemek için izleme aralığı gereksinimlerini tanımlar. Mühendisler, izleme-izleme mesafesini IPC-2221 yönergelerinin üzerinde olacak şekilde tasarlamaya çalışmalıdır.

Aşağıdaki soldaki resimdeki SOIC "R" paketindeki birçok tek opamp için 1, 5 ve 8 numaralı pinlerin "Bağlantı Yok / No connect" pinleri olduğunu unutmayın. Bu tür durumlar için bu durumun, konumların belirli bir düzende koruma izlerini yönlendirmek için kullanılabileceği anlamına gelir.

Şekil. Opamp girişinde gürültü için koruma halkası kullanımı

Şekil. Kristal kullanımında koruyucu halka kullanımı

Şekil. Kristal kullanımında koruyucu halka kullanımı

Aşağıdaki şekilde, bir PCB kartı, operasyonel amplifikatör gösterilmektedir. Gösterildiği gibi, bu kart yüzey kaçak veya kaçak akımları azaltmak için iki PCB koruma halkası (Kalkan(Shield) 1 ve Kalkan(Shield) 2) kullanır.

Bu op-amp, yüksek giriş empedansına ve düşük çıkış empedansına sahip olduğundan, halkaların önlediği parazitik kapasitans veya akım sızıntısından geri beslemeye duyarlıdır. Ek olarak, bu kart, iç katmanlarda koruma sağlamak için bir geçiş perdesi kullanır.

Şekil. PCB Koruma Halkalı ADA4530 Değerlendirme Kartı

Yukarıdaki devre kartı, bir korumanın veya kalkanın tasarımınız için ne zaman faydalı olabileceğine iyi bir örnek verir. Özellikle, akım için istenmeyen yollar sağlayabilecek voltaj farklılıkları olduğunda.

Bu durumlarda amaç kaçak akım için alternatif bir yol sağlamaktır. Bu durumda, akım akışının istenmediği düğümün voltaj seviyesini eşleştirerek devrede daha düşük bir empedans düğümü, bileşen gücü (VSS) veya topraklama (VDD) olabilir.

Artık PCB koruma halkalarını ne zaman kullanacağımızı bildiğimize göre, bunları neden kullandığımızı görelim.

Neden Koruma Halkaları Kullanılır?

Günümüzde PCB'lar basit ve karmaşık olabilirler. Karmaşık kartlar, AC dahil olmak üzere yüzey izleri boyunca ve yollardan yayılan birden fazla sinyal türüne sahip olma eğilimindedir.

Bu kartların çoğu, yüksek derecede hassasiyet gerektiren işlevleri yerine getirir.

Örneğin,biyomedikal cihazElektrokardiyogramlarda kullanılanlar gibi PCB'ler karmaşıktır ve yanlış teşhisi önlemek için yüksek doğrulukta okumalar üretmelidir.

Giriş sinyalleri tipik olarak çok düşük voltaj ve yüksek kazançlı amplifikatörlerdir, örneğin kazancın 100.000'e kadar çıkabileceği op-amp' ler kullanılır. Bu daha yüksek seviyeli voltajlar daha sonra işlenmek üzere dijitale dönüştürülebilir.

Düşük voltaj bileşenleri için, yaygın kart EMI benzeri yayılan emisyon önemli bir sorun değildir; bu nedenle, bileşeni çevreleyen ortak ekranlama gerekli değildir. Bununla birlikte, sızıntı nedeniyle akımdaki küçük değişiklikler, çıkışı ve dolayısıyla ölçümleri ve okumaları önemli ölçüde etkileyebilir.

Ve halkalar (veya bazen bahsedildiği gibi tahrikli korumalar), tasarlanması kolay, ucuz bir koruma unsurudur. Bununla birlikte, PCB koruma halkaları dahil edilirken aşağıdaki hususlar ele alınmalıdır.

Etkili PCB Koruma Halkaları Nasıl Tasarlanır?

Girişlerin çevrelenmiş olduğundan emin olun

Giriş düğüm (ler) i tipik olarak korunan yüksek empedans düğümü olduğundan, halka ile çevrelenmelidir.

Ring Halkayı uygun düğümlere bağlayın

Halka, doğru potansiyel polarite seçimine göre bağlanmalıdır. Halka, düşük empedans düğümüne veya pozitif veya negatif giriş kaynağına bağlanmalıdır.

Termokupl etkisini en aza indirin

Termokupl etkisi, iki bağlantı noktasında birbirine bağlanan iki farklı metal arasındaki sıcaklık farkının voltaj potansiyeline dönüştürülmesidir. Bu, iki farklı iletkenin tek bir bağlantısının doğrudan elektriğe dönüştüğü Seebeck efektinden farklıdır. Her iki durumda da, alçak gerilim devrelerinde hassasiyeti etkileyebilecek önemli bir akım üretilebilir. Bu etkileri en aza indirmek için diğer metal hatlardan koruma halkasıyla korunun.

Açıklık ve sızıntı (clearance and creepage) yönergelerine uyun

Koruma halkaları iletkendir ve yakındaki izlerden ve iletken elemanlardan kaynaklanan EMI' ye karşı hassastır. Bu nedenle, yeterli olması kritiktir. Bu konuda literatürdeki boşluk ve sızıntı kurallara uyulmalıdır. Yukarıdaki şekillerde tipik olarak bazı koruma halkaları hakkında pratik görseller sunulmuştur.

Bir PCB koruma halkası, kart tasarımınıza bağlı olarak kritik bir unsur olabilir. Gerekirse, bu koruma izleri düzeninize basit bir ek olabilir.

Creepage- Kaçak ya da sızıntı, PCB' nizin yalıtım malzemesinin yüzeyi boyunca başka bir iletkene olan en kısa mesafedir.

Clearance- Boşluk ya da açıklık- Açıklığa bakarken, iletkenler veya düğümler arasındaki havadaki en kısa mesafe olduğunu unutmamalısınız. Genellikle iyi bir çözüm, söz konusu iki nokta arasına yalıtım bariyeri eklemektir.

Aşağıda birkaç türlü koruma halkası tipi verilmiştir. Uygulamanıza göre planlanacaktır.

Bu, PCB'nin yerleştirileceği ortama bağlı olduğu için genel olarak cevaplanamayan bir sorudur. Her durumda koruma halkası, iç katmanlardan kaynaklanan emisyonları önleyecektir.

Sinyal GND'yi kasadan ayırmak kasa tipine (metal veya plastik) ve ne tür EMI / ESD standardını karşılamanız gerektiğine bağlı olacaktır. Ayrıca, gerekli olması durumunda koruma için yer tutucular sağlamak da iyi bir önlemdir.

ESD bir sorunsa / test edilmesi gerekiyorsa, işlemciyi konektörlerden uzağa yerleştirmek iyidir.
Bir konektör ile CPU arasında en az 6 cm mesafe bırakmaya çalışın.

Şekil. Bir ana kart üzerinde genel bir koruyucu halka uygulaması-1

- Şasiye bağlı vida veya vidalar
- Toprak döngüsünden kaçınmak için her iki tarafta (üst ve alt) boşluk alanıyla birlikte koruma halkası.
- Halka izi ve GND, Güç Kaynağına yakın bağlanır.
- Kartın etrafına, vidanın yakınına bir çift 4K7 direnç ve düşük kapasitör (100pF - 22nF / 100V-2000V) yerleştirilmelidir. Ek olarak, korumalı konektörlere yakın.

- Kartın sağ üst köşesine gürültü kaynağı olarak değerlendirilebilecek yığın (bulk) kapasitörler olan güç kaynağı devresi veya devreleri.

- Şaseye gelecek kapasitörlerden dolayı, kaçak akım konusuna dikkat edilmelidir.

Şekil. Bir ana kart üzerinde genel bir koruyucu halka uygulaması-2

- Şasiye ve sinyal zemin planına bağlı vida

- Kartın etrafına, vidanın yakınına bir çift 4K7 direnç ve düşük kapasitör (100pF - 22nF / 100V-2000V) yerleştirilmelidir. Ek olarak, korumalı konektörlere yakın.

- Kartın sağ üst köşesine gürültü kaynağı olarak değerlendirilebilecek yığın (bulk) kapasitörler olan güç kaynağı devresi veya devreleri.

- Şaseye gelecek kapasitörlerden dolayı, kaçak akım konusuna dikkat edilmelidir.

Şekil. Bir ana kart üzerinde genel bir koruyucu halka uygulaması-3

- Şasiye ve sinyal zemin planına bağlı vida

- Kartın etrafına, vidanın yakınına bir çift 4K7 direnç ve düşük kapasitör (100pF - 22nF / 100V-2000V) yerleştirilmelidir. Ek olarak, korumalı konektörlere yakın.

- Kartın sağ üst köşesine gürültü kaynağı olarak değerlendirilebilecek yığın (bulk) kapasitörler olan güç kaynağı devresi veya devreleri.

- Şaseye gelecek kapasitörlerden dolayı, kaçak akım konusuna dikkat edilmelidir.

- Her iki tarafta kalkan(shield) izi (üst ve alt)

Bu uygulama alttaki gibi bir uygulamaya uygundur;

Yüksek hızlı bileşenler de dahil olmak üzere kart, çok sayıda elektronik ve anahtarlama güç amplifikatörleri içeren bir kabine yerleştirilecektir. Kartlar, bir dokunmatik ekran ile gigabit ethernet, profinet ve USB / HDMI aracılığıyla başkalarıyla iletişim kuracak. PCB' ler metal bir şasiye vidalanacaktır (belki bir kutuda, belki sadece metal bir alana vidalanabilir). Genellikle, çizmek için kullandığımız elektronik kartların düzeni yukarıdaki resme benziyor (şasiye vidalanmış korumalı bir plan ve aynı şasiye vidalanmış, hem izole edilmiş hem de kapasitörlerle ayrılmış bir sinyal zemin planı ile). Bu tasarım yeterli olabilir.

Şekil. MCU kartında koruyucu halka kullanımı

Elektromanyetik radyasyonun baskılı devre kartlarının (PCB'ler) kenarlarından yayılabildiği bilinen bir gerçektir. Bir akım taşıyan bir akım iki veya daha fazla referans düzleminden geçtiğinde, aşağıdaki Şekil' de gösterildiği gibi bir EM dalgası boşluk içindeki yoldan radyal olarak uzağa yayılır.

İlgili düzlemler tarafından yönlendirilir; tıpkı bir su dalgasının bir su birikintisine çarpan bir yağmur damlasından radyal olarak uzağa yayılması gibi. Dalga PCB kenarıyla karşılaştığında, iki referans düzlemi bir yuvalı anten oluşturur ve yakındaki ekipmana elektromanyetik girişim (EMI) oluşturma potansiyeline sahip gürültü yayar.

Şekil. Düzlem boşlukları arasında indüklenen EM alanlarından kaynaklanan kenar emisyonlarını gösteren iki bitişik düzlem katmandan geçme yoluyla basitleştirilmiş kesit şeması.

Emisyonlar, yüksek frekanslı izlerden gelen sınır alanları PCB' nin kenarına çok yakın yönlendirildiğinde veya zayıf ayırma uygulamaları nedeniyle güç ve toprak gürültüsü tarafından istem dışı akımlar üretildiğinde de meydana gelebilir.

Yukarıda açıklanan sebeplerden dolayı ilk makalemde de kısaca ele aldığım aşağıdaki gibi bir yapı kullanılmalıdır.

Bu sorunu hafifletmenin bir yolu, Şekil 2'de gösterildiği gibi, PCB'nin çevresi etrafında bir "Çit" oluşturmaktır.

Yukarıdaki Şekil' de gösterildiği gibi, dalga boyunun 1 / 8'inde (λ / 8) aralıklarla yerleştirilmeli ve her düzlem katmanında bir zemin şeridine dikilmelidir.

Şekil. λ / 8 aralıklı bir PCB' nin çevresi etrafındaki yolların dikildiği bir "çitin" yukarıdan aşağıya çizimi.

Şekil. Tüm düzlem katmanlarının zemine dikilmesi yoluyla PCB kenarına yakın birkaç düzlem katmanından geçen yolun basitleştirilmiş kesit görünümü.

PCB'nin çevresine λ / 8'lik bir aralıkla birden fazla yol yerleştirildiğinde, gürültüyü kaynağa doğru geri yansıtan kısa bir sınır koşulu oluşturan bir "çit" oluşturulur. Burada ayrıntılara girilmeyecektir.

Çevre boyunca zemine dikilmiş via larla örülü çitlerle, PCB içindeki gürültüyü tutmanın bir yolu vardır. Ancak PCB üretimi için maliyet faktörlerinden biri, açılan deliklerin sayısı ve bunların matkap çaplarıdır. Büyük bir arka düzlemde, çevre çevresinde delikler açmak ekstra maliyet sağlar. 2 katmandan büyük kartlarda bu uygulama mantıklıdır.

Son yıllarda PCB kartın kenarının da kaplaması uygulaması bulunmaktadır. Kenar kaplama, adından da anlaşılacağı gibi, PCB etrafındaki kenarların kaplanması işlemidir. Aklımda, emisyonların bir arka düzlemin kenarlarından dışarı sızmasını önlemek en iyi uygulamadır ve bu nedenle benim çözümüm budur.

İşte nedeni.

PCB üretimi sırasında, son kaplama işleminden önce levhanın dış kenarlarının nihai boyutlara önceden yönlendirilmesi basit bir işlemdir. Zaten yapılması gereken bir şey, bu yüzden son kaplamadan sonra değil, hemen önce yapılır. Ek fikstürle bağlama gerekmez ve maliyet minimumdur.

Başarılı kenar kaplaması için, resme önceden yerleştirilmesi gereken bazı temel tasarım özellikleri vardır.

Bakırın, kaplamanın tutunabilmesi için levhanın bitmiş kenarını geçecek şekilde tüm katmanlarda uzatılması.
Son kaplama sırasında arka paneli panele tutturmak için çevre etrafında aralıklı küçük tırnaklara sahip olmak.
Açığa çıkan sekme konumlarında çitle dikiş ekleme.

* Ek gereksinimler ve tasarım yönergeleri için PCB üretici firmayla kontak kurunuz.

Sonuç olarak çit uygulaması ve kenar kaplama hakkında son olarak şunu söyleyebilirim;

Bu kısmı okuduktan sonra, bir arka düzlemin kenarlarından yayılan gerçek emisyonların EMI testini geçememek için yeterli olup olmadığı konusunda kafanızda sorular ve şüpheler olabilir. Kısa cevap, bilmiyorum ve cevabın, kenar kaplamalı veya kaplamasız veya çitle nihai sistemin resmi uygunluk testini gerçekten yapmadan evrensel olarak kolayca cevaplanıp cevaplanamayacağını bilmiyorum.

Tüm bu çabayı göstermiş olsanız ve sistem kenar kaplamadan geçse bile, sistemin veya arka yüzeyin gelecekte yeni donanım tasarlandığında veya aynı arka yüz başka bir ürün yapılandırmasında yeniden kullanıldığında testten geçeceğini garanti etmez.

Burada şunu söylemek zorundayım. Özellikle yüksek hızlar gerektiren backplane içeren kartlar varsa ve burada anlatılanların önemi ortaya çıkacaktır. Yani; günün sonunda, hiçbir şirket, sadece çit veya kenar kaplamasının küçük maliyetlerinden tasarruf etmek için tüm bu çabayı ve riske girmeyecektir. Bu yüzden sadece emip yapmaya meyilliyiz. Bu argümanı kabul ederseniz ve herhangi bir EM enerjisinin bir arka panelin kenarlarından yayılmasını önlemek istiyorsanız, kenar kaplama tek pratik ve uygun maliyetli çözümdür ve geceleri uyumanızı sağlar.

Komponent yerleşiminde simetri kullanımına övgü

Çatlak oluşmaması, ısıl sebepler, ağırlığın yayılması, büyük komponentlerin yerleşimi, deliklerin yerleşimi vb yüzlerce parametreyi ilk makalem ve bu makalemde anlatmaya çalıştım. Bu parametrelerden en önemlilerinden bir tanesi de PCB yerleşiminde ve hatların çiziminde, simetriye saygı göstermektir.

Komponent yerleşiminde montaj vida deliklerinin genişliği

PCB' nin vida montaj deliklerinin normalden daha büyük seçilmesi daha uygundur. Bunda 2 türlü yöntem vardır.

Birincisi; dairesel delik dairesel olarak daha büyük seçilebilir. Yani; 3mm lik bir delik 3.2mm olarak seçilmelidir. Fakat bundaki sıkıntı çapın fazla alınıp PCB' de daha fazla yer kaplamasına neden olursunuz. Ayrıca vidaya ek olarak takılacak pul ları da düşünürsek ped genişliği pul ölçüsünden de büyük alınmalıdır.

İkincisi; alttaki resimde sağdaki delikteki gibi eliptik bir ped tasarımı kullanmaktır. Bu ped kullanımında PCB kasaya vidalandığında esneklik payı bırakabilmekte ve PCB' de çatlak oluşumunu engellemektedir.

Bu makalenin devamı niteliğindeki; diğer 2 makaleye aşağıdaki linklerden ulaşabilirsiniz...

Yukarıdaki yazıyı okuduysanız yandaki yazıya tıklayarak "Elektronik kartlarda Koruyucu Toprak (Protective Earth), Toprak (Fonsiyonel), Şasi Toprak (Chassis Ground), Sinyal Toprak (Signal Ground):" başlıklı makalemi de okumanızı tavsiye ederim.

Askeri sistemlerle ilgili tüm donanım deneyimlerimi paylaştığım, 100' den fazla makaleme BLOG' uma üye olarak, tam erişim sağlayabilirsiniz.

Ayrıca; gün geçtikçe sayısı artan yeni makalelerimden ve yakında siteye eklenecek olan özel devre arşivinden faydalanmak ve anında haberdar olmak ve üyelerle iletişimde olmak için lütfen BLOG' a üye olunuz. Aynı zamanda BLOG' da önemli bulduğunuz makale ve yazıları paylaşabilirsiniz.

Bu dokümanın içeriğinin, tamamen veya kısmen kopyalanıp izinsiz kullanılması durumunda yasal işlem başlatılacaktır.

Burada verilen bilgilerden faydalandıysanız lütfen aşağıdaki değerlendirme kutucuğunda değerlendirmelerinizi oylayınız.

Verilen bilgilerde eksiklik / hata olduğunu düşünüyorsanız veya sorularınız varsa lütfen aşağıdaki yorum kısmına isim ve email bırakarak bilgi verebilirsiniz. Size en yakın zamanda dönüş sağlanacaktır.

Askeri Sistemlerde Kullanılacak PCB' ler İçin Yerleşim Tasarım Bilgileri - 2 :

"Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimize Katılın... 100' e yakın şirkete verdiğimiz eğitimimiz hakkında ayrıntılı teknik bilgi için lütfen tıklayınız... Eğitim faaliyetlerimize katılımlara ait görsellere bakmak için tıklayınız.

​

Tabi ki şunu da kabul etmek gerekir ki, bazı bilgiler tasarım esnasında insanın aklına geliyor. Bu iki makalede de eksik kalan kısımlar olursa onları not edip, belki dördüncü bir makalede de kalan diğer kısımları ele almayı planlıyorum.

Giriş

Komponent yerleşimini optimize edememenin tuzakları

​

Yaygın PCB Bileşen Yerleştirme Sorunları

​

Etkili Bileşen Yerleştirme Hususları

​

Bileşen yerleşimini optimize etmenin yolları

​

PCB Bileşeni - Kenar Boşluğu nedir?

PCB üzerinde indüktör ve trafo yerleşimi

Bileşenleri Yerleştirirken PCB' de Isıl Hususlar

​

Yeterli Aralık ve Sinyal Bütünlüğü Hususları

Üretilebilirliği sağlamak için SMT komponent yerleştirme ipuçları

​

BGA Yönlendirme (Routing) Zorlukları

BGA Via Seçenekleri

BGA IC'ler, 4 ila 1000 arasında değişen çok çeşitli pin sayılarına sahiptir ve tipik olarak eşit aralıklı bir satır ve sütun ızgarası şeklinde düzenlenmiştir.

Aşağıdaki görüntü, 0,8 mm aralıklı 8 x 8 modelinde düzenlenmiş 64 pimli bir BGA'nın örnek bir ayak izini göstermektedir. Bu ayak izi ile kullanılması gereken nominal bilye çapı 0,4 mm'dir.

Her iniş için NSMD (Lehimsiz maske tanımlı / Non solder mask defined) pedler seçilmiştir.

NSMD pedleri tipik olarak bilye çapından% 20 daha küçük olarak tanımlanır, bu nedenle bu pedlerin çapı 0,32 mm'dir. Farklı yönlendirme izleme yöntemlerini göstermek için bu gönderide aşağıdaki örnek ayak izini kullanacağız.

Aşağıda, 4 bitişik ped ve boyutlarının büyütülmüş bir örneği bulunmaktadır. İzleri BGA'nın dışına nasıl yönlendireceğimizi araştırmak için bu büyütülmüş görünümü kullanacağız.

​

​

BGA için PCB' de sinyal katmanı sayısı

Örneğimiz BGA'da, yukarıdaki görüntüden, iki kırmızı kare ile gösterilen iki satır / sütun çifti grubu olduğunu görebiliriz.

Daha büyük kare, tek bir katmana yönlendirmek için kullanılabilecek ilk iki satırı / sütunu çevreler.

Merkezdeki daha küçük kırmızı kare, yönlendirmek için ikinci bir katman gerektirecek olan iç satır / sütun çiftlerini çevreler.

Daha yüksek top sayısına sahip daha büyük BGA'lar, yönlendirme için genellikle daha yüksek katman sayıları gerektirir.

​

​

Dış Pedlerin Yönlendirilmesi

Şekil. İki Ped Arasında İz Geçme​

​

​

Delik geçişli (Through-Hole) Via

​

Geçiş en-boy oranı, matkap derinliğinin delinmiş delik boyutuna oranıdır. Bu, lazerle delinmiş yolların uygulanmasını yalnızca dış katman çiftini kullanmak üzere sınırlar.

Kör (Blind) Via

​

Via-In-Pad' i ne zaman kullanmalıyım?

​

Via-In-Pad kullanırken Yol Kapatma İstisnaları

​

Şekil. Termal soğutma için "Via In Pad" açık ve kakapaksız bırakılmış.

​

PCB komponent yerleşiminde güvenlik ve ark önleme

​

Askeri sistemler için PCB montajlı sensörlerin yerleşimi

​

Koruma halkaları (Guard Rings) ne zaman kullanılmalıdır?

Devre kartlarını tasarlarken, tam da ihtiyacınız olan şeyin kaba tabirle bir “çit” olduğu zamanlar vardır. PCB' lerde bunlara çit denmez; bunun yerine PCB koruyucu halka (Guard ring) olarak anılırlar.

Ve bu halkalar tipik olarak kartınızdaki düğümleri, bileşenleri veya devreleri çevreleyen bakır izlerdir. Bu basit izleri eklemek tasarımınız için büyük fayda sağlayabilir.

Örneğin izolasyon sağlayabilirler, sinyal bütünlüğünü iyileştirmek ve doğru kullanılırsa operasyonel stabilite sağlarlar.

​

Adından da anlaşılacağı gibi, koruma halkaları kalkanlardır(shields). Ve bu halkalar, faraday kalkanları gibi diğer koruma türlerine biraz benzerler.

PCB koruyucu halkaların kart düzeninizin bir parçası olarak ne zaman dahil edilmesi gerektiğine bir göz atalım ve ardından bunları nasıl etkili bir şekilde tasarlayabileceğimizi görelim.

​

Örneğin aşağıdaki resimdeki uygulamayı ele alalım. Burada izden ize ayrım yapılmıştır. Sinyal karışmasını en aza indirmek için koruma halkaları kullanılabilir(Yeşil alanlar).

​

​

​

Neden Koruma Halkaları Kullanılır?

​

Etkili PCB Koruma Halkaları Nasıl Tasarlanır?

​

​

Yukarıdaki yazıyı okuduysanız yandaki yazıya tıklayarak "Elektronik kartlarda Koruyucu Toprak (Protective Earth), Toprak (Fonsiyonel), Şasi Toprak (Chassis Ground), Sinyal Toprak (Signal Ground):" başlıklı makalemi de okumanızı tavsiye ederim.

​

​

Bu dokümanın içeriğinin, tamamen veya kısmen kopyalanıp izinsiz kullanılması durumunda yasal işlem başlatılacaktır.

​

Burada verilen bilgilerden faydalandıysanız lütfen aşağıdaki değerlendirme kutucuğunda değerlendirmelerinizi oylayınız.

Verilen bilgilerde eksiklik / hata olduğunu düşünüyorsanız veya sorularınız varsa lütfen aşağıdaki yorum kısmına isim ve email bırakarak bilgi verebilirsiniz. Size en yakın zamanda dönüş sağlanacaktır.

​

"Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimize Katılın...
100' e yakın şirkete verdiğimiz eğitimimiz hakkında ayrıntılı teknik bilgi için lütfen tıklayınız...
Eğitim faaliyetlerimize katılımlara ait görsellere bakmak için tıklayınız.

Şekil. İki Ped Arasında İz Geçme