Elektronik Devre Kartı (PCB) Üretimi : Baskılı Devre Kartları (PCB’ler) modern elektronik cihazların bel kemiğidir. Elektronik bileşenleri monte etmek ve aralarında elektrik bağlantıları kurmak için fiziksel bir platform sağlarlar. PCB üretim süreci, tasarım ve malzeme seçiminden montaja kadar birçok adımı içerir.
Tasarım ve Planlama
Herhangi bir fiziksel PCB üretimi başlamadan önce bir tasarım aşaması gerçekleşir. Bu aşama, devre kartının şemasını ve düzenini oluşturmak için Eagle, Altium veya KiCad gibi özel yazılımlar kullanır. Bu tasarım dosyaları, kartın boyutu, bileşenlerin yerleştirilmesi, elektrik yolları (izler) ve katman istifleme yapılandırmaları gibi ayrıntılı bilgiler içerir. Tasarım, mekanik kısıtlamalara ve elektrik gereksinimlerine bağlı kalarak kurulun amaçlanan amacı yerine getirebilmesini sağlayan mühendisler tarafından oluşturulur.
Tasarım genellikle PCB üretimi için evrensel dil olan Gerber dosyaları gibi standart bir biçimde kaydedilir. Bu dosyalar, aşağıdakiler de dahil olmak üzere PCB üreticisine gerekli tüm bilgileri sağlar:
Bakır Tabaka: Elektrik yolları.
Serigrafi: Bileşen etiketleri ve tanımlayıcıları.
Matkap Dosyaları: Pimler ve delikler gibi bileşenlerin yerleştirileceği delikler için.
Soldermask: İletken yolları izole eden yeşil kaplama.
Kenar Kesimleri: PCB’nin ana hatları.
Malzeme Seçimi
Tasarım tamamlandıktan sonra, PCB için malzemeler seçilmelidir. En yaygın iki malzeme türü şunlardır:
Temel Alt Tabaka: Genellikle cam elyaf takviyeli epoksiden (FR4) yapılan PCB’nin çekirdek malzemesi, ancak poliimid veya seramik gibi malzemeler de özel uygulamalar için kullanılabilir.
Bakır Folyo: Alt tabakanın her iki tarafına (veya katman sayısına bağlı olarak daha fazlasına) ince bir bakır tabakası uygulanır. Devre yollarını oluşturmak için bu bakır tabaka kazınacaktır.
Alt tabakanın kalınlığı, bakır folyo kalınlığı ve PCB’nin genel boyutu, tasarımın elektriksel ve mekanik gereksinimlerine göre seçilir.
Devre Deseninin Yazdırılması (Fotogravür İşlemi)
Alt tabaka hazırlandıktan sonra, bir sonraki önemli adım PCB yerleşim tasarımını bakır yüzeye aktarmaktır. Bunun için fotogravür işlemi kullanılır:
Temizlik: Bakır kaplı tahta önce kirleri ve oksitlenmeyi gidermek için temizlenir.
Fotorezist Kaplama: Tahta daha sonra fotorezist adı verilen ışığa duyarlı bir malzeme ile kaplanır. Bu malzeme ışığa tepki verir, maruz kaldığı alanlarda sertleşir ve maruz kalmadığı yerlerde yumuşak kalır.
Pozlama: Fotorezist kaplı bakırın üzerine PCB tasarımını içeren bir fotoğraf maskesi yerleştirilir. Tahta ultraviyole (UV) ışığa maruz kalır. Fotorezistin maskenin kapsamadığı alanlar sertleşirken, maruz kalan alanlar çözünür kalır.
Geliştirme: Maruz kaldıktan sonra, tahta, maruz kalmayan fotorezisti kaldıran ve tasarıma karşılık gelen bir deseni geride bırakan bir geliştirici çözeltisi ile yıkanır.
Aşındırma: Fotorezist tarafından korunmayan açıkta kalan bakır alanlar daha sonra kimyasal bir çözelti (tipik olarak demir klorür veya amonyum persülfat) kullanılarak kazınır. Bu işlem istenmeyen bakırı ortadan kaldırarak istenen devre izlerini bozulmadan bırakır.
Katman İstifleme ve Laminasyon (Çok katmanlı PCB’ler için)
Daha karmaşık PCB’ler (çok katmanlı olanlar) için istifleme ve laminasyon işlemi gerekli hale gelir. Çok katmanlı PCB’ler tipik olarak yalıtım malzemeleriyle ayrılmış birkaç bakır kaplı katmandan oluşur.
Katmanları Hazırlama: Her katman, fotorezist uygulamak ve bakırı aşındırmak da dahil olmak üzere tek katmanlı işleme benzer şekilde hazırlanır.
Hizalama: Katmanlar, kayıt amacıyla açılan delikler kullanılarak hassas hizada istiflenir.
Laminasyon: İstiflenmiş tabakalar daha sonra yüksek sıcaklık ve basınç altında birbirine bastırılır. Bu işlem, katmanları tek, sert, çok katmanlı bir PCB’ye bağlar.
Sondaj
Bakır izleri yerine oturduğunda, bileşenler (örn. Dirençler, kapasitörler) ve yollar (dikey ara bağlantılar) için delikler açılır. PCB’nin farklı katmanları arasında elektrik bağlantıları oluşturmak için yollar kullanılır. Delme tipik olarak binlerce deliği hassas bir şekilde delmek üzere programlanmış bilgisayar kontrollü makinelerle yapılır. Herhangi bir kalıntıyı gidermek için delikler daha sonra temizlenir.
Kaplama ve Bakır Dolgu
Delme işleminden sonra, katmanlar arasında elektriksel iletkenlik oluşturmak için delikler kaplanır. Bu, elektrokaplama adı verilen bir işlemi içerir:
Aşındırma: Delme işleminden kaynaklanan kalıntıları veya kalıntıları gidermek için deliklerin içini temizlemek için kimyasal bir işlem kullanılır.
Kaplama: Açılan delikler ince bir bakır tabaka ile elektrolizle kaplanarak farklı tabakalar arasında elektriksel sürekliliğin sağlanması sağlanır.
Delik kaplamaya ek olarak, PCB, iletkenliği iyileştirmek için izler arasındaki boşlukların da bakırla doldurulduğu bakır dolgusuna tabi tutulabilir.
Soldermask Uygulaması
Tüm bakır izleri yerine oturduktan ve yollar kaplandıktan sonra, bir sonraki adım bir asker maskesinin uygulanmasıdır. Bu, bileşenlerin lehimleneceği pedler hariç tüm PCB’yi kaplayan, genellikle yeşil (ancak başka renkler de mümkündür) koruyucu bir tabakadır. Soldermask, bileşen lehimlemesi sırasında yakın aralıklı izler arasında istenmeyen lehim köprülerini önler ve bakırı oksidasyondan korur.
Soldermask, fotoreziste benzer şekilde uygulanır — tahtayı kaplayarak ve ardından açıkta kalacak alanları ortaya çıkarmak için UV ışığı ve fotoğraf maskesi kullanılarak.
Serigrafi Baskı
Ardından, tahtaya bir serigrafi tabakası uygulanır. Serigrafi, PCB üzerinde montaj ve teste yardımcı olan bileşen etiketlerini, logoları ve diğer işaretleri sağlar. Serigrafi genellikle bir mürekkep püskürtmeli veya serigrafi işlemi kullanılarak yazdırılır.
Son Aşındırma ve İnceleme
Soldermask ve serigrafi uygulandıktan sonra, PCB son aşındırma ve inceleme işlemlerinden geçer. Son aşındırma, kalan istenmeyen bakırı temizler. Tahta ayrıca eksik aşındırma veya delikler gibi kusurlar açısından da denetlenir. Bu, PCB’yi düzensizlikler açısından tarayan otomatik optik inceleme (AOI) makinelerini içerebilir.
Deneme
Levhalar tamamen imal edildikten sonra, tasarım özelliklerini karşıladıklarından emin olmak için testlerden geçerler. Bu içerir:
Elektriksel Test: Elektronik Devre Kartı (PCB) Üretimi PCB’nin elektriksel sürekliliğini kontrol etmek için genellikle uçan bir prob veya çivi yatağı testi yapılır. Herhangi bir açık devre veya kısa devre tespit edilebilir.
Görsel İnceleme: Bir operatör veya makine, yanlış basılmış serigrafi veya soldermask’taki kusurlar gibi herhangi bir kozmetik kusuru kontrol eder.
Fonksiyonel Test: Üst düzey panolar için, kartın bileşenlerle monte edildiği fonksiyonel test yapılır ve tüm sistem gerçek dünya koşullarında test edilir.
Kurul
PCB imal edildikten sonra montaj için gönderilir. Dirençler, kapasitörler, entegre devreler (IC’ler) ve konektörler gibi bileşenler tahtaya monte edilir ve yerine lehimlenir. Montaj manuel olarak veya yüzeye montaj teknolojisi (SMT) veya delikten teknoloji (THT) makineleri gibi otomatik makineler kullanılarak yapılabilir.
Son Muayene ve Paketleme
Tamamlanan PCB bir kez daha iyice incelenir. Bu, lehimleme kalitesinin kontrol edilmesini, bileşenlerin doğru yerleştirilmesini ve düzgün çalışmasını içerir. İncelemeden sonra PCB, müşteriye veya ürün montajının bir sonraki aşamasına sevk edilmek üzere paketlenir.
Elektronik Devre Kartı (PCB) Üretimi tasarım ve malzeme seçiminden son test ve montaja kadar çeşitli adımları içeren oldukça ayrıntılı ve hassas odaklı bir süreçtir. Teknolojideki ilerlemelerle birlikte PCB’ler daha karmaşık, daha küçük ve daha verimli hale gelmeye devam ediyor. Bu işlemler, her PCB’nin modern elektronik cihazların yüksek performans gereksinimlerini destekleyebilmesini sağlar.
