Yüksek Termal İletkenliğe Sahip PCB Malzemesi Isı Yayılımı Sorununu Nasıl Çözecek?

Baskılı devre kartları olarak da bilinen PCB'ler, cam-epoksi katmanlar arasına sıkıştırılmış bakır folyolardan yapılmış katmanlı yapılardır. Bu katmanlar bileşenler için mekanik ve elektriksel destek görevi görür. Yüksek iletkenliğe sahip bakır folyolar PCB'de iletken devre görevi görürken, cam-epoksi katman iletken olmayan alt tabaka görevi görür.

Yüksek ısı iletkenliğine sahip pcb malzemesi

Termal iletkenlik, bir malzemenin ısıyı bir cihazdan uzağa aktarma yeteneğidir. Termal iletkenlik ne kadar düşükse, cihaz o kadar az verimli olur. Yüksek termal iletkenliğe sahip malzemeler, vialara olan ihtiyacı ortadan kaldırabilir ve daha düzgün bir sıcaklık dağılımı sağlayabilir. Bu aynı zamanda yüksek akımlı bileşenlerin yakınında sıcak noktalara yol açabilecek lokalize hacimsel genleşme riskini de azaltır.

Kişisel bir bilgisayar için tipik bir PCB iki bakır düzlem ve iki dış iz katmanından oluşabilir. Kalınlığı yaklaşık 70 um ve termal iletkenliği 17,4 W/mK'dır. Sonuç olarak tipik PCB verimli bir ısı iletkeni değildir.

Bakır paralar

Bakır paralar PCB içine gömülmüş küçük bakır parçalarıdır. En fazla ısıyı üreten bileşenin altına yerleştirilirler. Yüksek termal iletkenlikleri, ısıyı sıcak bileşenden bir ısı emiciye aktarmalarını sağlar. İstenen alanlara uyacak şekilde farklı şekil ve boyutlarda yapılabilirler ve sıkı bir bağlantı sağlamak için metalize edilebilirler.

Cam-epoksi

Isı dağıtımı sorunu elektronikte giderek daha önemli hale gelmektedir. Aşırı ısı düşük performansa ve erken arızaya yol açabilir. Şu anda, özellikle aşırı ortamlarda ısı dağıtma seçenekleri sınırlıdır. Bu sorunun çözümlerinden biri, yüksek sıcaklık cam epoksi PCB malzemesinin veya HDI-PCB'nin kullanılmasıdır. Bu malzeme, FR4 kompozitten iki yüz kat daha iyi bir termal iletkenliğe sahip olarak bu sorunu çözebilir.

Cam epoksi reçine mükemmel ısı ve alev direncine sahiptir. Yüksek cam geçiş sıcaklığına ve yüksek termal iletkenliğe sahiptir. Yalıtım katmanı ve ısı yayma katmanı olarak hizmet edebilir. Emprenye veya kaplama ile yapılabilir. Cam epoksi PCB'nin termal iletkenliği, elektronik bileşenlerin performansını ve kararlılığını artıracaktır.

Metal çekirdekli PCB'ler

Metal çekirdekli PCB üreticileri, yüksek sıcaklıklara dayanabilen yeni kart alt tabakalarını tanıttı. Bu, daha yüksek termal iletkenliğe sahip daha kalın bakır katmanları seçici olarak uygulamalarına olanak tanır. Bu tür PCB, daha iyi ısı dağılımı sağlar ve ince devre desenleri ve yüksek yoğunluklu çip paketlemesi için kullanılabilir.

Daha yüksek termal iletkenlik sunmanın yanı sıra, metal PCB'ler boyutsal olarak da kararlıdır. Alüminyum metal çekirdekli PCB'ler ısıtıldığında 2,5-3% boyut değişikliğine sahiptir, bu da onları yüksek güçlü uygulamalar için ideal hale getirir. Düşük termal genleşme özellikleri de onları yüksek anahtarlama gücü için uygun hale getirir. Metal çekirdekli bir PCB için en yaygın kullanılan metal, ucuz ve geri dönüştürülebilir olan alüminyumdur. Yüksek termal iletkenliği, hızlı bir soğutma işlemine izin verir.

Isı dağıtımı ile ilgili bir başka sorun da aşırı ısı riskidir. Isı üreten bileşenler tarafından üretilen ısı karttan uzaklaştırılmalıdır, aksi takdirde PCB en iyi performansı göstermeyecektir. Neyse ki, artık bu sorunu çözmek için yeni seçenekler var. Yüksek termal iletkenliğe sahip metal çekirdekli PCB'ler, bu sorunların üstesinden gelebilecek yeni bir termal çözüm türüdür.

FR4 alt tabakalar

PCB'ler bakır folyolar ve cam takviyeli polimerlerden yapılmış katmanlı yapılardır. Elektronik bileşenleri destekler ve bağlarlar. Bakır, PCB içinde iletken bir devre oluştururken, cam-epoksi katman iletken olmayan bir alt tabaka görevi görür.

Yüksek güçlü bileşenler en iyi şekilde kenarlardan ziyade PCB'nin merkezine yakın yerleştirilir. Bunun nedeni ısının kenarların yakınında birikmesi ve dağılmasıdır. Ayrıca, yüksek güçlü bileşenlerden gelen ısı hassas cihazlardan uzağa yerleştirilmeli ve ısı PCB üzerinden uzaklaştırılmalıdır.

Yüksek termal iletkenliğe sahip PCB malzemesi, ısı dağılımı için en iyi çözümdür, ısının hızlı bir şekilde aktarılmasını sağlar ve ısı birikimini önler. Yüksek teknolojili PCB'ler, alt tabaka malzemesi olarak bakır taban, alüminyum veya seramik kullanır. Bu, ısı dağılımı sorunlarını çözecek ve PCB'leri daha dayanıklı hale getirecektir.

PCB Projesi Siparişi Vermeden Önce Bilinmesi Gerekenler

Bir PCB projesi sipariş edecekseniz, bilmeniz gereken birkaç şey var. Örneğin, sipariş vermeden önce izlerinizi iki kez kontrol etmelisiniz. Ek olarak, BOM ve matkap dosyanızın eşleştiğinden emin olmanız gerekir. Dahası, doğru malzemeyi seçmelisiniz.

İzleri iki kez kontrol etme

Bir PCB üreticisinden PCB siparişi verirken, kartınızdaki izleri ve aralıkları iki kez kontrol etmek çok önemlidir. Projenizdeki izlerin kalınlığı ve genişliği, devreden akabilecek akım miktarını belirleyecektir. İdeal iz genişliğini bulmak için çevrimiçi bir iz genişliği hesaplayıcısı kullanabilirsiniz. Bu, bağlantıların kopma olasılığını azaltacaktır.

Ürün Ağacınızı Kontrol Etme

PCB bileşenlerini sipariş etmenin ilk adımı ürün reçetenizi kontrol etmektir. Bu, eksik veya yanlış bileşen numaralarından kaçınmanıza yardımcı olacaktır. BOM'u kullanmak, parça tedariki söz konusu olduğunda da faydalıdır. Bileşenin açıklaması, alıcının ve montaj evinin uygun bir yedek parça bulmasına yardımcı olacaktır. Bu aynı zamanda parçaların doğru MPN'ye sahip olduğunu teyit etmelerine de yardımcı olacaktır.

PCB projesini bir üreticiye göndermeden önce BOM'unuzu kontrol etmeniz önemlidir. Bunun nedeni, küçük bir hatanın bile PCB montaj işlemi sırasında sorunlara neden olabilmesidir. Ayrıca, ürün reçetesinde yapılan tüm değişiklikleri takip etmeli ve bunları açıkça etiketlemelisiniz. BOM'un en güncel sürümü kullanmanız gereken sürümdür.

BOM'unuzu aldıktan sonra, sipariş ettiğiniz bileşenin maliyetini öğrenmeniz gerekir. Tam olarak ne ödeyeceğinizi bilmek önemlidir. Bileşenlerinizin fiyatı PCB projenizin BOM'u ile eşleşmelidir. Değilse, bileşenleri değiştirmeniz veya hatta tasarımı değiştirmeniz gerekebilir.

Matkap dosyanızı kontrol etme

PCB projenizi bir PCB üretim şirketinden sipariş etmeden önce matkap dosyanızı kolayca kontrol edebilirsiniz. Ancak, sipariş vermeden önce hatırlamanız gereken bazı önemli şeyler vardır. İlk adım, dosyanın doğru formatta olduğundan emin olmaktır. Dosyanızı iki kez kontrol etmek için bir gerber dosya görüntüleyici kullanabilirsiniz.

Matkap dosyası, PCB üzerinde deliklerin nerede açılması gerektiğini açıklayan ikincil bir dosyadır. Bu dosya Gerber dosyaları ile birlikte gönderilmelidir. Matkap dosyanız deliklerin konumlarını veya boyutlarını belirtmiyorsa, PCB siparişiniz denetimde başarısız olacaktır.

Matkap dosyası ayrıca bir alet listesi içermelidir. Her bir bileşen deliği için hangi aletlerin gerekli olduğunu listeler. Takım listesi ya matkap dosyasına gömülmeli ya da ayrı bir metin dosyası olarak gönderilmelidir. Bu alet listesinin imalat çiziminde verilmemesi, otomatik doğrulamaları ortadan kaldıracak ve veri girişi söz konusu olduğunda daha fazla hataya neden olacaktır.

Doğru malzemelerin seçilmesi

PCB projeniz için doğru malzemeleri seçmek çok önemlidir. PCB malzemelerinin fiziksel özellikleri, kartın performansını önemli ölçüde etkileyebilir. Örneğin, daha düşük bir dielektrik sabiti daha ince dielektrikler ve daha düşük kart kalınlığı anlamına gelirken, daha yüksek bir dielektrik sabiti daha yüksek kayıplara yol açacaktır. Bu bilgiler, PCB malzeme seçiminizi daraltmanıza ve gerekli performansı sağlayanları bulmanıza yardımcı olacaktır.

Ardından, PCB'nizdeki yönlendirme katmanlarının sayısını belirlemelisiniz. Basit bir PCB tasarımı için yalnızca bir veya iki katman olabilirken, orta derecede karmaşık bir tasarım dört ila altı katmana ihtiyaç duyabilir. Daha karmaşık tasarımlar sekiz veya daha fazla katman gerektirebilir. Katman sayısı, PCB projenizin maliyetini doğrudan etkileyecektir.

PCB Renginden Yüzey Finişi Nasıl Anlaşılır?

Bir PCB'nin yüzey kalitesini nasıl bileceğinizi merak ediyorsanız, yalnız değilsiniz. Bir PCB'nin rengi, yüzey kaplamasını ortaya çıkarabilir. ENIG veya Sert altın, Gümüş veya Açık kırmızı olarak adlandırılan bir renk tanımı da görebilirsiniz. Ne görürseniz görün, PCB'nin yüzeyi korumak için kaplandığından emin olmak isteyeceksiniz.

ENIG

ENIG yüzey kaplaması PCB'ler için en popüler kaplamalardan biridir. Altın ve nikel birleştirilerek yapılır. Altın, nikel tabakasının oksidasyondan korunmasına yardımcı olur ve nikel bir difüzyon bariyeri görevi görür. Altın katman düşük temas direncine sahiptir ve genellikle ince bir katmandır. Altın tabakanın kalınlığı devre kartının gereksinimleri ile tutarlı olmalıdır. Bu yüzey kaplaması devre kartının ömrünü uzatmaya yardımcı olur. Ayrıca mükemmel elektrik performansına sahiptir ve PCB'nin bileşenleri arasındaki elektrik iletimini artırır.

ENIG yüzey kaplaması daha yüksek bir maliyete ancak yüksek bir başarı oranına sahiptir. Çoklu termal döngülere dayanıklıdır ve iyi lehimlenebilirlik ve tel bağlama özelliği gösterir. İki metalik katmandan oluşur: bir nikel katmanı temel bakır katmanını korozyondan korur ve bir altın katmanı nikel için korozyon önleyici bir katman görevi görür. ENIG, yüksek düzeyde lehimlenebilirlik ve sıkı toleranslar gerektiren cihazlar için uygundur. ENIG ayrıca kurşun içermez.

Sert altın

Sert altın, pahalı bir PCB yüzey kaplamasıdır. Genellikle yüksek düzeyde aşınma ve yıpranma gören bileşenler için ayrılmış yüksek kaliteli, dayanıklı bir kaplamadır. Sert altın genellikle kenar konektörlerine uygulanır. Ana kullanımı, pil kontakları veya klavye kontakları gibi sık çalıştırılan bileşenler için dayanıklı bir yüzey sağlamaktır.

Sert elektrolitik altın, nikel bariyer kaplama üzerine altın kaplanmış bir katmandır. İkisi arasında en dayanıklı olanıdır ve tipik olarak aşınma ve yıpranmaya duyarlı alanlara uygulanır. Ancak bu yüzey kaplaması çok pahalıdır ve düşük bir lehimlenebilirlik faktörüne sahiptir.

Gümüş

PCB'nin bileşimine bağlı olarak, farklı renk ve yüzeylerle üretilebilir. PCB yüzeyleri için en yaygın üç renk gümüş, altın ve açık kırmızıdır. Altın yüzey kaplamalı PCB'ler genellikle en pahalıyken, gümüş kaplamalı olanlar daha ucuzdur. PCB üzerindeki devre öncelikle saf bakırdan yapılır. Bakır havaya maruz kaldığında kolayca oksitlendiğinden, PCB'nin dış katmanını koruyucu bir kaplama ile korumak çok önemlidir.

Gümüş yüzey kaplamaları iki farklı teknik kullanılarak uygulanabilir. İlk teknik, levhanın altın iyonları içeren bir çözeltiye daldırıldığı daldırma tekniğidir. Levha üzerindeki altın iyonları nikel ile reaksiyona girer ve yüzeyi kaplayan bir film oluşturur. Bakır ve nikelin lehimlenebilir kalabilmesi ve bakırın oksijen moleküllerinden korunması için altın tabakanın kalınlığı kontrol edilmelidir.

Açık kırmızı

Bir PCB'nin yüzey kaplaması parlak, parlak olmayan veya açık kırmızı olabilir. Parlak olmayan bir kaplama daha gözenekli bir görünüme sahip olma eğilimindedir ve parlak bir kaplama yansıtıcı ve sert kabuk benzeri olma eğilimindedir. Yeşil en popüler PCB rengidir ve aynı zamanda en ucuz olanlardan biridir. Oksidasyonu önlemek için PCB'leri kullanmadan önce temizlemek önemlidir.

Lehim maskesi rengi PCB performansının doğrudan bir yansıması olmasa da, bazı üreticiler bunu bir tasarım aracı olarak kullanır. Renk, parlak görünürlük ve keskin kontrastlar gerektiren PCB'ler için idealdir. Kırmızı PCB'ler, ipek ekranlarla birleştirildiğinde de çekicidir.

Akımsız paladyum

PCB'lerinizde elektriksiz paladyum yüzey kaplamasının kullanılması, kart üzerinde siyah pedlerin oluşmasını önler ve mükemmel lehimlenebilirlik ve alüminyum ve gümüş tel bağlama dahil olmak üzere birçok faydası vardır. Bu tür bir kaplama aynı zamanda son derece uzun bir raf ömrüne sahiptir. Bununla birlikte, diğer yüzeylerden daha pahalıdır ve daha uzun bir teslim süresi gerektirir.

ENEPIG PCB yüzey bitirme işlemi, her biri dikkatli izleme gerektiren birkaç adımdan oluşur. İlk adımda bakır aktive edilir, ardından akımsız nikel ve paladyum biriktirilir. Bundan sonra devre kartı, yüzeydeki oksidasyon kalıntılarını ve tozu gidermek için bir temizleme prosedüründen geçer.

Kurşunsuz HASL

Yeni bir PCB arıyorsanız, kurşunsuz HASL yüzey kaplamalarını kurşun bazlı PCB'lerden nasıl ayırt edeceğinizi merak edebilirsiniz. HASL çekici bir görünüme sahip olsa da, yüzeye monte bileşenler için ideal değildir. Bu tür bir yüzey düz değildir ve dirençler gibi daha büyük bileşenler düzgün hizalanamaz. Öte yandan kurşunsuz HASL düzdür ve kurşun bazlı lehim kullanmaz. Bunun yerine RoHS uyumlu bakır bazlı bir lehim kullanır.

HASL yüksek kaliteli lehimlenebilirlik sunar ve çoklu termal döngülere dayanabilir. Bir zamanlar endüstri standardıydı, ancak RoHS standartlarının getirilmesi onu uyumluluğun dışına itti. Günümüzde kurşunsuz HASL, çevresel etki ve güvenlik açısından daha kabul edilebilir ve elektronik bileşenler için daha verimli bir seçimdir. Ayrıca RoHS direktifiyle de daha uyumludur.

PCB Board Array Panelize İşlemi Nasıl Yapılır?

Üretim maliyetlerini düşürmek için gömülü pano dizileri panelleştirilebilir. Bu makalede lazer kesici, testere veya yönlendirici kullanımı da dahil olmak üzere mevcut farklı seçenekler ele alınmaktadır. İlk adım panoyu kendi başına tasarlamaktır. Tasarım, tüm panel için tabloyu ve boyutları içermelidir.

Gömülü pano dizileri üretim maliyetlerini düşürmek için panelleştirilebilir

Gömülü panoların panelleştirilmesi, tek tek bileşenlerin sayısını ve toplam üretim maliyetini azaltmanıza olanak tanır. Kartları dört inç ve 7,5 inç kart genişliğine kadar yan yana yerleştirebilirsiniz. Panelleme, üretim katınızda yerden tasarruf etmenizi ve maliyetli ve zaman alıcı montaj işlemlerinden kaçınmanızı sağlar.

Panelleme, bir PCB'nin bütünlüğünü korumaya yardımcı olurken, Çin PCB üreticilerinin aynı anda birkaç pano üretmesini sağlar. Bununla birlikte, PCB'lerin panellenmesi dikkatle yapılmalıdır. İşlem çok fazla toza neden olabilir ve monte edilen kartların nakliyeden önce ek temizliğe ihtiyacı olabilir. Ayrıca, çıkıntı yapan bileşenler bitişik parçalara düşebilir. Çıkıntılar yeterince küçükse, bunu önlemek için her kartta "ayrılabilir delikler" kullanılabilir.

Birkaç PCB kullanarak bir panel oluşturmak için öncelikle uyumlu PCB katman yığınlarına sahip bir panel oluşturmanız gerekir. Bunu, aynı PCB tasarım dosyasını paylaşan PCB'leri seçerek ve birden fazla PCB içeren bir panel oluşturarak yapabilirsiniz. Ardından, bir veya birden fazla PCB'den oluşan bir panel oluşturmak için panelleştirme komutlarını kullanabilirsiniz.

Lazer kesici kullanma

Bir PCB kart dizisini depanelize etmek için bir lazer kesici kullanmak, PCB yönlendirici ihtiyacını ortadan kaldırır. Diğer kesme yöntemlerinin aksine, lazerle yönlendirme mekanik bir kalıp gerektirmez ve dar toleranslara sahip PCB'ler için uygundur. Ayrıca esnek devre alt tabakalarını ve cam fiberleri de kesebilir.

Bir testerenin aksine, bir lazer kesici bir PCB kart dizisini verimli ve hızlı bir şekilde panelleştirebilir. Lazerler en çok ince levhalar için uygundur ve bir PCB levha dizisi için en uygun kalınlık bir mm'dir. Ancak, panoda sarkan bileşenler varsa, lazer bunlara zarar verebilir. Ayrıca, bir PCB kart dizisini panelleştirmek için lazer kesici kullanmak, ek çalışma gerektirebilecek pürüzlü bir kenar bırakabilir.

Panel boyutu dikkate alınması gereken bir diğer faktördür. PCB dizinin uzunluğundan daha genişse, panoları istiflemek daha verimlidir. Bununla birlikte, bu stratejinin bir dezavantajı vardır: delikli makine lehimleme sırasında aşırı sarkmaya neden olacaktır.

Testere kullanımı

Panelizasyon işlemi, PCB kart panelinden tek tek PCB'lerin çıkarılmasını içerir. Bu işlem elle veya testere bıçağı ile yapılabilir. Her iki durumda da, PCB'nin üst ve altındaki laminat malzeme çıkarılır. PCB'nin merkezi, pano dizisi formatını korumak için bozulmadan bırakılır.

Bir PCB kartı dizisini panelleştirmenin en yaygın ve en ucuz yolu bir testere kullanmaktır. Testere, V olukları kullanarak tek tek panoları ayırmanızı sağlar. Bu yöntem, panoları kolay ve hızlı bir şekilde ayırmanızı sağlar. Nispeten basit bir yöntemdir ve testere, panoları doğru bir şekilde kesmenize yardımcı olur.

Bir PCB kartı dizisini panelleştirmek için başka bir teknik de sekme yönlendirmedir. Bu işlem devre kartını konturlar boyunca frezeler. Bu teknik, üretim süreci sırasında kartı yerinde tutan malzeme köprülerini korur. Ancak, büyük transformatörler veya diğer ağır bileşenler için uygun değildir. Bununla birlikte, baskılı devre kartına binen yükü azaltır ve ufalanma riskini azaltabilir.

Yönlendirici kullanma

PCB kart dizisi panelize işlemini yapmak için bir yönlendirici kullanıyorsanız, ilgili risklerin farkında olun. Bilmeniz gereken ilk şey, yönlendiricilerin toz ve titreşim ürettiğidir. Paneller çok kalınsa, bir lazer dilimleme makinesi kullanmak isteyeceksiniz. Alternatif olarak, bir kanca bıçak aleti kullanabilirsiniz. Bu yöntem daha az verimlidir, ancak çok daha ucuzdur.

Bir başka panelizasyon yöntemi de PCB'leri yerinde tutmak için delikli tırnaklar kullanan V-oluklu yönlendirmedir. Bu tırnaklarda üç ila beş delik bulunabilir. Bu yöntemin avantajları arasında esneklik ve depanelizasyon kolaylığı bulunmaktadır. Ancak, bu yöntem düzensiz şekillere veya küçük deliklere sahip PCB'ler için önerilmez.

Kanca şeklinde bir bıçak aleti kullanarak

Bir PCB kart dizisini panelize ederken, doğru prosedürü takip etmek önemlidir. Yanlış aletin kullanılması kartın kırılmasına neden olabilir. Bunu önlemek için PCB kartınızı dikkatlice ölçmeniz ve her paneli doğru derinlikte kesmeniz önemlidir. Ayrıca, her panelin kenarında en az 0,05 inç boşluk bıraktığınızdan emin olun.

Panelizasyonun birçok farklı yöntemi vardır. Bazı yöntemler diğerlerinden daha etkilidir. Bazı yöntemler, daha kalın levhalarla çalışırken pahalı ve etkisiz olan kanca şekilli bir bıçak aletinin kullanılmasını gerektirir. Diğer yöntemler, toz ve diğer sorunlara neden olabilen bir depaneling yönlendiricisinin kullanılmasını gerektirir.