1. PCB Deliklerine Giriş
PCB veya baskılı devre kartı, farklı devre bileşenlerinin bağlandığı devre oluşturma için çok önemli bir bileşen veya yapı taşıdır. Ancak PCB kartı tasarımı ve kart üzerindeki tüm bileşenlerin işlenmesi için en önemli faktör, farklı teknikler ve işlemler kullanılarak farklı tipte deliklerin açılmasıdır. Her delik tipinin kendine özgü bir üretim süreci ve çalışma performansı vardır. Deliklerin temel işlevi, bileşenlerin karta monte edilmesini kolaylaştırmak, PCB kartı için güçlü ve güvenilir elektrik bağlantıları ve yapısal dayanıklılık sağlamaktır. Bu eğitimde, proje taleplerine göre doğru PCB tasarımı ve üretimi için önemli olan çeşitli PCB delik tiplerini ele alacağız. Hadi başlayalım!
2. PCB Deliklerinin Türleri
2.1 Kaplamalı Delikler (PTH)
Deliklerden kaplama, elektrolitik olmayan kaplama bakır olarak da bilinir. Bu delikler, karttan delinir ve iletken bir malzeme olan bakır yardımıyla kaplanır. PCB kart katmanları arasındaki bağlantıyı yapmaya yardımcı olan kaplama için kalay veya altın kullanılır.
Bu deliklerin işlevi, farklı PCB kart katmanları veya karta bağlı bileşenler arasında elektrik bağlantıları yapmaktır. Bu delikler ayrıca bileşen uçları ve bakır teller için düşük direnç sağlamada ve PCB montajının mekanik kararlılığını artırmada yardımcı olur.
Kaplamalı delikler aynı zamanda çift taraflı levha veya çok katmanlı levha katmanları arasında güçlü bağlantılar kurmak için de faydalıdır.
PTH'lerin başlıca kullanım alanları reçine bakır kaplama, bakır kaplama veya elmas bakır kaplamadır.
2.2 Kaplamasız Delikli Bağlantılar (NPTH)
Bu tip PCB deliğinde, delik duvarlarına kaplama olarak bakır kullanılmaz; sonuç olarak, delik namluları iletken bir yapıya veya elektriksel özelliklere sahip değildir. Bunlar, kartın tek bir tarafında bakır raylar bulunan yerlerde kullanmak için en iyisidir, ancak bu deliklerin kullanımı, kartın katman sayısını azalttığı için çok katmanlı kartlar için iyi bir seçenek değildir.
Ancak bu deliklerin imalatı kolay ve hızlı bir işlemdir ve çalışma noktasındaki panoları sabitlemek için delik açmak için kullanılır. Ayrıca vidalar veya cıvata benzeri bileşenler için yapılır, ısı dağılımı için ısı emici olarak kullanılır ve sabitlenir.
2.3Yarım delikler
PCB kartındaki yarım delikler, aynı zamanda plaka yarım delikleri veya kale delikleri olarak da adlandırılır, kısmen kart kenarında yapılan deliklerden delinir ve bu delikler yarı yolda frezelenir. Bu delikler ana karta başka bir PCB lehimlemek için kullanılır. Basitçe söylemek gerekirse, iki ayrı kart arasındaki bağlantıyı yaparlar ve bunlar yüksek yoğunluklu bileşen bağlantılarının ana parçasıdır. Başka bir karttaki Bluetooth bağlantısı için, plakalı delikler kullanılır.
2.3 Geçiş Delikleri
Via deliklerinin temel amacı, PCB kartlarının farklı katmanları arasında güçlü elektrik bağlantıları yapmak ve ayrıca kaplamalı through-hole komponent bağlantıları vb. için kullanılmaktır. Çok katmanlı kartların farklı katmanlarının vialar aracılığıyla birbirine bağlanması, katmanlar ve bağlı komponentler arasındaki sinyal akışının kolaylaşmasına yardımcı olur.
Kör Yollar
Tahtanın kör geçişleri, üst veya alt katmanlardan iç katmanlara doğru yapılır ve kaplamalı geçişler gibi tahtanın içinden tamamen geçmez. Bu görünümde tahtanın diğer tarafını göremeyiz.
Bu geçişler mekanik delme işlemi kullanılarak yapılır ve bazen kör geçişleri delmek için lazerler kullanılır. Bu geçiş tiplerinin delinmesi için, doğru boyutlarına dikkat edin. Zor bir işlemdir, ancak kör geçişleri doğrudan tahtaya delebilir.
Kör geçişlerin temel kullanımı, en az bir iç katmanla bir dış katmana bağlantı kurmaktır. Bu geçişler için en boy oranı 1:1 veya daha büyüktür.
Kör geçişler HDI PCB üretiminin bir parçasıdır, ancak kör geçişlere sahip kartın her zaman HDI PCB olmadığından emin olun.
Gömülü vialar
Gömülü geçiş yolları PCB kartının iç katmanları arasında yapılır ve bunlar kartın dış tarafından görünmez. Bu geçiş yollarının temel amacı 2 veya daha fazla iç katman arasında bağlantı kurmaktır. Her bağlantı seviyesi için delikleri şu şekilde tanımlayın: ayrı matkap dosyaları.
Gömülü geçişlerin en boy oranı 1:12 veya daha büyüktür.
IPC standartlarına göre kör geçişler ve gömülü geçişler için önerilen çap 6 milden büyük olmamalıdır.
Yığılmış Via'lar
Yığın geçiş yolları, üçten fazla devre katmanı için farklı kart katmanları arasında bağlantı kurmak için kullanılan kör geçiş yolları veya gömülü geçiş yollarıdır. Yığın geçiş yolları, birçok kart katmanını geçen, birbiri üzerine yapılandırılmış iki veya daha fazla geçiş yolu ile gelir.
Yığılmış viaların temel kullanımları çok katmanlı kartlarda ve ayrıca HDI kartlardadır. Yığılmış viaların tasarımı, yığındaki her bir vai'nin kartın bir iç katmanıyla yapılandırılması şeklindedir.
Bu viaların temel özelliği farklı katmanlarda sürekli elektrik bağlantıları sağlamaktır. Alanın sınırlı olduğu ancak karmaşık tasarıma sahip projelerde yığılmış vialar kullanılır.
Kademeli Geçişler
Kademeli geçişler, farklı PCB kart katman geçişleri bağlandığında ancak üst üste gelmediğinde yapılır. Kademeli geçişler, matkap eksenleri farklı olduğundan doğrudan bağlantısı olmayan bu tür bağlantılarda birçok geçişle birlikte gelir.
Kademeli geçiş yolları, kartı herhangi bir taraftan gördüğümüzde kart üzerinde zikzak bir desen oluşturur. Kademeli geçiş yollarının başlıca kullanımları HDI kartlarında ve çok katmanlı PCB'lerdedir.
Geçiş Yollarını Atla
Bu via, kartın birçok katmanını geçer ancak hiçbir katmanla elektriksel bağlantısı yoktur. Atlama via'ları, üst üste binen via'lar, kör via'lar veya gömülü via'lar olabilir. Bu via'lar, kompakt ve karmaşık devreler oluşturmak için HDI kartı için önemlidir. Atlama via'ları, yoğun bileşen paketlemesi yapan ve sinyal yolu uzunluğunu azaltan kart katmanları arasında dikey elektriksel bağlantılar kurar.
Vias-in-Pad
Peddeki Via, PCB via'larının daha az yaygın bir türüdür ve bu tasarımda, via, izi pedin etrafında yönlendirmek yerine doğrudan yüzey montajlı bileşen pedinin altına yapılır. Üst katmanlardaki bileşen pedinin kartın iç katmanıyla bağlantısı yoluyla.
Bu geçiş yollarını kullanmaya yardımcı olan temel özellikler, kolay yönlendirme sağlamaları ve parazitik endüktansı kontrol etmeleridir. Dezavantajı, yeniden akış sırasında lehimleme lehim macununun geçiş yollarından geçmesi ve PCB pedindeki lehimlemeyi etkilemesidir.
2.4 Montaj Deliği
PCB'de, kartın şasiye monte edilmesi için noktalar sağlamak amacıyla montaj delikleri yapılır. Bu delikler, diğer kart delik tiplerinden daha büyük boyutlara sahiptir ve normalde kart köşelerinde yapılır. Kart ile montaj bileşenleri arasında güçlü ve sağlam bir bağlantı sağlamak için, montaj deliklerinin etrafına bakır pedler uygulanır.
2.5 Havşa ve Karşı Delikler
Karşı delik delikleri cıvatalar veya vidalar için yapılır ve vida tasarımlarına kıyasla daha büyük bir boyuta sahip düz tabanlı başlıklarla gelir. Bu delikler 2 çaplı delik ile gelir, vida başını tutmak için üst kısımda daha büyük bir çap ve bir vida veya cıvata gövdesine sahip olmak için küçük bir çap.
Havşalar, vidaların konik başlığa sahip olması gereken uygulamalar için kullanılır. Bu delikler, vidanın tahta yüzeyine tam oturmasını sağlayan vidanın başının üst kısmının konikliğine göre konik bir açıyla yapılır. Havşalar yapmak için normalde 82 veya 90 derecelik matkap uçları kullanılır.
resim Havşa ve Karşı Delikler
2.6 Fiducial Delikleri (Hizalama Delikleri)
Hizalama delikleri olarak adlandırılan fiducial delikleri, otomatik üretim araçları için referans noktaları olarak kullanılan, tahtaya delinmiş küçük boyutlu ve tanımlanmış deliklerdir. Başlıca özellikleri, bileşen bağlantısı, şablon işlemi ve test gibi farklı aşamalarda doğru hizalama sağlamak ve tahtadaki tüm bileşenlerin tahta montajı için doğru şekilde bağlandığından emin olmaktır.
Resim: Fiducial delikleri
2.7 Özel PCB Delik Tipleri
- Damga Delikleri
Damga delikleri, kopma delikleri olarak da adlandırılır, paneldeki her devre kartının kenarlarıyla sıra veya sıra halinde açılan küçük boyutlu deliklerdir. Bu delikler damgaların kenarlarına benzer, bu nedenle damga delikleri olarak bilinirler. Bu deliklerin ana kullanımı PCB depanelizasyonudur. Depanelizasyon sürecinde, tek bir kart daha büyük panelden ayrılır. Bu süreç üretim verimliliğini artırmak ve giderleri azaltmak için kullanılır.
3. PCB Delik Tasarım Hususları
Burada listelenen PCB delik tasarımında dikkate alınması gereken birçok faktör vardır.
Delik Boyutu ve En Boy Oranı
Delik boyutunun değeri delme tekniklerine ve levhanın katman sayısına dayanır. Delik derinliğinin delik çapına oranına en boy oranı denir.
| Delme Tekniği | dak. Delik Çapı | Maksimum Görüntü Oranı |
| Mekanik Delme | 0.2 mm | 10:1 |
| Lazer Delme (Microvias) | 0.075 mm | 1: 1 için 1.5: 1 |
| Kimyasal aşınma | ~50 µm | ~1:1 |
| EDM (Elektriksel Deşarj) | 0.1 mm | 5:1 |
| Ultrasonik Delme | 0.2 mm | 5:1 |
Matkap Toleransı ve Halka Halka Detayları
Halka şeklindeki halka, kaplanmış deliğin etrafındaki bakır kaplamadır. Halkanın uygun genişliği yoksa, kart güvenilirliği için sorunlara neden olur.
| Delik Boyutu (mm) | Matkap Toleransı (± mm) | Min Halka Halka (mm) |
| ≤ 0.3 | ± 0.025 | 0.1 |
| 0.3 - 0.6 | ± 0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ± 0.075 | 0.2 |
PTH ve Vias için Kaplama Kalınlığı
Tasarım gereksinimlerine uygun kaplama kalınlığı, levhaya iyi mekanik dayanıklılık ve elektriksel iletkenlik sağlar.
| Delik | Bakır Kaplama Kalınlığı | Standart |
| Kaplamalı Delikli (PTH) | 25-50 µm | IPC-6012 |
| Mikrovia (HDI) | 5-25 µm | IPC-6016 |
| Kör/Gömülü Via | 15-30 µm | IPC-6012 |
| Vias-in-Pad | 25 – 50 µm (doldurulmuş, kaplanmış) | IPC-4761 |
Malzeme
Tahta için kullanılan malzemeler de delik doğruluğunu etkiler
| Malzeme | Delme Özelliği |
| FR-4 | Kolay delme özelliğine sahiptir ve her türlü deliği kolayca işleyebilir. |
| Yüksek-TG FR-4 | Bu malzemede delik açmak için daha güçlü matkap uçları kullanılır |
| Alüminyum PCB'ler | Bu levhaya delik açmak için CNC freze veya özel matkaplar kullanılır. |
| Seramik PCB'ler | Seramik levhalarda delik açmak için ultrasonik veya lazer delme kullanılır |
| Esnek PCB'ler | kimyasal aşındırma veya lazer delme kullanılır |
4. PCB Deliklerinin İşlevleri
Katmanlar Arası Elektriksel Bağlantı
PCB kartlarındaki deliklerin temel kullanımı PCB katmanları arasında elektrik bağlantıları yapmaktır. Kaplamalı delikler gibi, sinyal ve gücü kartın bir tarafından diğer tarafına iletmeye yardımcı olur.
Kör, gömülü ve delikli delikler, HDI PCB kartları için çok katmanlı bağlantılar yapmaya yardımcı olur.
Farklı kompakt tasarımlarda yüksek hızlı sinyal iletimi için mikro geçişler kullanılmaktadır.
Bileşen Montajı
Çoğunlukla devre kartı üzerindeki komponentlerin bağlantısı için delikli montaj teknolojisi veya THT, komponent uçlarının lehimlenmesi ve deliklere yerleştirilmesi için kaplamalı delikler kullanır.
PCB delikleri ayrıca SMT'ye kıyasla kartla güçlü bir bağlantı sağlar. Delikler, konektörler ve kapasitörler gibi yüksek güçlü bileşenlerin bağlantısı için en iyisidir.
Isı dağılımı
PCB delikleri ayrıca karttaki farklı bileşenlerden kaynaklanan ısı dağılımını yönetir ve aşırı ısınmayı önler. Termal geçişler, ısının ısıtılmış bileşenlerden ısı emiciye akmasına yardımcı olur. Peddeki geçişler ise termal direnci kontrol ederek ısı dağılımını artırır.
5. PCB Delikleriyle İlgili Yaygın Sorunlar ve Bunlardan Nasıl Kaçınılır
Delik hizalama hatası
- Bu arıza deliği delme pozisyonunda, gereksinimlere uygun değildir ve bileşen pedleri ve iç katmanların hatalı bağlanmasıyla sonuçlanır. Bu hata, elektriksel bağlantı kesintileri veya uygunsuz lehimleme tekniklerinin sonucudur.
- Üretim esnasında levha malzemesinin genleşmesi nedeniyle de meydana gelir.
- Bu sorunu önlemek için, belirli noktalarda referans işaretleri kullanın ve genleşme/büzülmeyi önleyecek kaliteli malzemeler kullanın.
- Çok katmanlı kartlar üzerinde çalışıyorsanız, X-ışını hizalama kontrol özelliklerini kullanın.
Yetersiz Halka Halkası
- Bu hatada, delikler hakkında bakır ped gerekli değildir veya mekanik ve elektriksel özellikleri etkileyen küçük boyuttadır. Sonuç olarak, kartta açık devreler veya zayıf lehim bağlantıları yapılır.
- Bu sorunu çözmek için, halka şeklindeki ayrıntıları ayarlayın. Küçük hizalama hataları için uygun ped boyutunu kullanın.
Üst üste binen matkap delikleri
- Bu hatada, birçok matkap deliği birbirinin üzerine biner ve kötü bir kart tasarımı oluşturur. Sonuç olarak, bakır kopması ve delaminasyon meydana gelir.
- Kart tasarımında delik konfigürasyonunun uygun olmaması nedeniyle oluşur.
- Çakışmayı önlemek için uygun delik aralıkları ve daha büyük matkap uçları kullanın.
Yanlış Delik Boyutları
- Bu hatada delikler daha büyük ve daha küçük boyutlardadır ve doğru bileşen yerleştirmeyi etkiler. Bu hata lehimleme özellikleri ve elektrik bağlantıları üzerinde bir etkiye sahiptir.
- Bu hata Gerber eğelerindeki hatalı matkap ölçüsünden ve hatalı kaplama kalınlığından kaynaklanmaktadır.
- Bu sorunu çözmek için, tanımlanmış değere göre standart delik ölçüsünü takip edin ve kaplama kalınlığını ayarlayın.
Sonuç
PCB deliği, herhangi bir elektronik cihaz ve projede PCB tasarımı ve düzgün çalışması için ana bileşendir. Bu delikler, farklı kart katmanları arasındaki elektrik bağlantısını ve mekanik mukavemeti sağlamak için önemlidir. Kaplamasız geçiş delikleri, kaplamalı geçiş delikleri ve geçiş delikleri, kör geçiş delikleri, gömülü geçiş delikleri, mikro geçiş delikleri vb. gibi farklı PCB deliği türleri vardır. Her biri, PCB kart tasarımı ve çalışması için kendi özellikleri ve önemi ile birlikte gelir. Her PCB delik türünün kendi tasarımı ve özellikleri vardır, ancak bir kartta kullanılan ana amaç, PCB katmanları arasında elektrik bağlantıları yapmak, bileşen montajı yapmak ve kart üzerindeki harici bileşenlerle bağlantı kurmaktır. Eski PCB kartları, çoğunlukla geçiş deliği bileşenlerini monte etmek için kaplamalı geçiş delikleriyle gelir ve yüksek yoğunluklu kartlara olan yüksek taleple birlikte üreticiler artık kaplamalı delik olmayan yüzeye monte bileşenler kullanıyor. Yüksek yoğunluklu minyatür geçiş delikleri için lazerle delinmiş delikler kullanılır.
