PCB Yerleşiminin 6 Temel Kuralı

PCB düzeni, çok katmanlı bir devre tasarlamayı içerir. PCB tasarımının temel kurallarından bazıları aşağıdaki gibidir: Birden fazla toprak düzleminden kaçının. Analog devre sinyallerini doğrudan ve kısa yapın. Tek bir PCB üzerinde üç farklı kapasitör kullanmaktan kaçının. Çok katmanlı PCB tasarımı ve çok katmanlı bir PCB'nin nasıl tasarlanacağı ile ilgili makalelerimizi de okuyabilirsiniz.

Çok katmanlı bir PCB tasarlama

Çok katmanlı bir PCB tasarlarken göz önünde bulundurmanız gereken birkaç önemli nokta vardır. Bunlardan biri, bakır izlerin sinyal ve güç bütünlüğünü koruması gerektiğidir. Aksi takdirde, akımın kalitesini etkileyebilirler. Bu nedenle kontrollü empedans izleri kullanmak gerekir. Bu izler aşırı ısınmayı önlemek için normalden daha kalın olmalıdır.

Ne istediğinizi netleştirdikten sonra PCB'yi tasarlamaya başlayabilirsiniz. Çok katmanlı bir PCB tasarlamanın ilk adımı bir şematik oluşturmaktır. Bu, tüm tasarımınız için temel oluşturacaktır. Bir şematik düzenleyici penceresi açarak başlayın. Daha sonra ayrıntıları gerektiği gibi ekleyebilir ve döndürebilirsiniz. Şemanın doğru olduğundan emin olun.

Tek bir toprak düzlemi oluşturma

Bir PCB düzeninde tek bir toprak düzlemi oluşturmak, bir devre kartı boyunca düzgün olmayan voltaj miktarını azaltmaya yardımcı olur. Bu, toprak düzlemini kartın diğer kısımlarına bağlamak için yollar veya açık delikler oluşturularak gerçekleştirilir. Ayrıca, dönüş akımındaki değişikliklerden kaynaklanan gürültünün azaltılmasına da yardımcı olur.

Bir PCB üzerinde bir toprak düzlemi tanımlarken, toprak düzleminin iletken halkalarla kaplanmamasını sağlamak çok önemlidir, çünkü bu elektromanyetik parazite ve hatta toprak döngülerine yol açabilir. İdeal olarak, toprak düzlemi elektronik bileşenlerin altına yerleştirilmelidir. Toprak düzlemine uyması için bazı izlerin ve bileşenlerin yerleşimini yeniden düzenlemek gerekebilir.

Analog devre sinyallerini doğrudan ve kısa tutmak

Analog devreler için bir PCB düzeni uygularken, analog sinyal izlerini kısa ve doğrudan tutmak önemlidir. Ek olarak, analog bileşenler birbirine yakın yerleştirilmelidir, bu da doğrudan yönlendirmeyi kolaylaştıracaktır. Gürültülü analog bileşenleri kartın merkezine yakın tutmak da gürültüyü azaltmaya yardımcı olacaktır.

Analog devre sinyallerini doğrudan ve kısa tutmanın yanı sıra, tasarımcılar dönüş yollarını engellemekten de kaçınmalıdır. Düzlem yarıkları, vialar, yarıklar ve kesikler, analog sinyal kaynağına geri dönmek için en kısa yolu ararken gürültüye neden olabilir. Sonuç olarak, sinyal toprak düzleminin yakınında dolaşarak önemli ölçüde gürültü oluşturabilir.

Üç farklı kapasitörden kaçınmak

Bir PCB düzeni tasarlarken, güç pinlerine üç farklı kapasitör yerleştirmekten kaçınmak en iyisidir. Bu düzenleme çözdüğünden daha fazla soruna yol açabilir. Üç farklı kondansatörden kaçınmanın bir yolu, izler ve sandık dolgusu kullanmaktır. Ardından, bunları cihazın pinine mümkün olduğunca yakın yerleştirin.

Ancak bu her zaman mümkün değildir, çünkü izler arasındaki mesafe her zaman tasarım aşamasında hesaplanan mesafe olmayabilir. Bu, montaj işlemi sırasında sorunlara yol açabilecek yaygın bir sorundur. Yerleşimi değerlendirirken, her bir bileşenin yerleşiminin işlevselliği için çok önemli olduğunu unutmayın.

Güç katmanı bakır kullanımı

PCB düzeninde güç katmanı bakırının kullanılması uygun planlama gerektirir. Kartın bu bölümünde, güç ağı için kartın belirli bir alanını tahsis etmelisiniz. Bu alanı tahsis etmek için iç katman bölmeyi de kullanabilirsiniz. Bu katmanı eklemek için "PLACE-SPLIT PLANE" komutunu kullanmalı ve ardından bölme için ayrılacak ağı seçmelisiniz. Güç katmanı alanını tahsis ettikten sonra, bakırı bölünmüş alana yerleştirmek için bakır serme tekniğini kullanabilirsiniz.

Eşit bakır kaplaması elde etmenin yanı sıra, kartın kalınlığının çekirdeği ile uyumlu olduğundan emin olmalısınız. Güç düzlemi simetrisini kullanmak tek başına mükemmel bir bakır kaplamayı garanti etmeyecektir, çünkü bu kısımdaki bakır kontur yönlendirmesi sırasında yırtılacaktır. Kart kenarına kadar olan bakır da puanlama (V-cut) teknikleriyle uyumlu olmayacaktır. Bu sorunu önlemek için, bakır bölgeyi mekanik katman üzerinde belirtmeniz ve minimum 0,5 mm genişliğe sahip olması önerilir.

Bileşenleri PCB üzerine yerleştirmek için bir kılavuz listesi kullanma

Bir bileşeni PCB üzerine yerleştirmek için bir yönerge listesi kullanmak, ürün geliştirme döngüsünü kısaltırken yeni bir ürün geliştirmenin toplam maliyetini en aza indirmeye yardımcı olabilir. Bu yönergeler aynı zamanda prototipten üretime sorunsuz bir geçiş sağlanmasına da yardımcı olur. Bu yönergeler hem analog hem de dijital devreler için geçerlidir.

Çoğu pano tasarımcısı, bir PCB tasarlarken bir dizi yönergeyi takip eder. Örneğin, tipik bir pano tasarım kuralı, dijital saat izlerinin uzunluğunu en aza indirmektir. Ancak, birçok tasarımcı bu yönergelerin arkasındaki mantığı tam olarak anlamamaktadır. Diğer şeylerin yanı sıra, yüksek hızlı izler sinyal dönüş düzlemindeki boşlukları geçmemelidir.

Sulama Pompası Doldurulduktan Sonra EMI Bozulması

Bir sulama pompasını doldurduktan sonra EMI bozulmasını analiz etmenin iki farklı yolu vardır: radyasyon ve iletim. Dolum sonrası EMI bozulması, tutkal malzemesinin türüne ve giriş topraklama işleminin nasıl yapıldığına bağlıdır. EMI bozulması etanol ve su ile daha da kötüleşir.

Doldurma sonrası EMI bozulması

Güç kaynaklarının doldurulmasından sonra EMI bozulması genellikle 'doldurma etkisi' olarak adlandırılır ve bir güç kaynağı doldurulduktan sonra EMI hassasiyetinin kaybını tanımlar. Bozulma, radyasyon ve iletimin bir kombinasyonudur. 'Dolum etkisi', güç kaynağını oluşturan malzemelerin bir dizi değişikliğe uğraması nedeniyle ortaya çıkar. Bu değişikliklerin bazıları istenmeyen, bazıları ise faydalı olabilir.

İstenmeyen elektromanyetik enerji (EMI), endüktif ve kapasitif kuplaj yoluyla uzaya yayılan radyasyondur. Bu istenmeyen enerji elektronik cihazlar için zararlıdır ve işlevselliklerini etkiler. Bu radyasyon iletken değildir, yani sinyal metal veya başka bir malzeme üzerinden iletilmez. Sinyal uzun bir mesafe kat ettiğinde, yayılımı bir dalga şeklindedir. Dalgaya uzak mesafelerde radyasyon alanı hakim olurken, yüzeye yakın mesafelerde indüksiyon alanı hakim olur. İyonlaştırıcı olmayan radyasyon ise gazları iyonlaştırmaz ve elektronik cihazları etkilemez. İyonlaştırıcı olmayan radyasyona örnek olarak RF, mikrodalga fırınlar, kızılötesi ve görünür ışık verilebilir.

Statik elektrik bir başka EMI kaynağıdır. Bu gürültünün kaynağını tespit etmek zor olsa da yıldırım gibi doğal kaynaklardan kaynaklanabilir. EMI, elektronik cihazların performansını etkilemenin yanı sıra birçok sistemde güvenlik sorunlarına da neden olabilir. EMI'nin en yaygın nedeni elektrostatik boşalmadır. Teknik olmayan kişiler bu tür gürültüyü radyo paraziti, bozuk televizyon yayını ve ses sistemlerindeki tıklamalar olarak tanırlar.

Su ile doldurulduktan sonra EMI bozulması

Güç kaynağı anahtarlamasından sonra su ile doldurulduktan sonra EMI bozulması iki tipte sınıflandırılabilir: radyasyon ve iletim. Su ile doldurulduktan sonra EMI bozulması genellikle giriş toprağının sıcaklığındaki ve su dolu kondansatörü yapmak için kullanılan iletken malzemedeki değişikliklerden kaynaklanır. İletken malzeme, en yüksek içsel elektrik iletkenliğine sahip olan alüminyum ve bakır fiberleri içerir. Ancak bu liflerin yüzeyi oksidasyona yatkındır ve bu da bileşenlerin iletkenliğini etkileyebilir. Dahası, bazı vicdansız tüccarlar tutarlı ürünler sağlamayabilir.

EMI, elektrikli cihazların güvenliğini ve performansını etkileyebilir. Bu istenmeyen sinyaller radyo iletişimini engelleyebilir ve yakındaki ekipmanlarda arızaya neden olabilir. Bu nedenle, EMI kalkanı elektronik cihazlar için temel bir gerekliliktir. EMI kalkanı için çeşitli yöntemler ve malzemeler kullanılır. Aşağıda bunlardan bazıları listelenmiştir:

Sürekli karbon fiber kompozitler daha iyi EMI SE sergiler ve süreksiz muadillerine göre daha iyi iletkendir. Karbon matrisli sürekli karbon fiber kompozit 124 dB'lik bir EMI SE sergilemektedir. Öte yandan, süreksiz karbon fiberler kompozitlerin SE'sini önemli ölçüde azaltmaktadır.

Anahtarlamalı güç kaynakları verimlilik açısından doğrusal regülatörlere göre gelişme göstermiştir, ancak yine de sistemin güvenilirliğini olumsuz etkileyebilecek süreksiz akımlara neden olurlar. EMI analizinin iletken gürültü için yapılması yayılan gürültü için yapılmasından daha kolaydır. İletken gürültü, standart devre analizi teknikleri kullanılarak değerlendirilebilir.

Etanol ile doldurulduktan sonra EMI bozulması

Elektromanyetik parazit (EMI) elektronik bileşenleri ve cihazları birçok şekilde etkileyebilir. Örneğin, bir kondansatör nominal voltajından daha yüksek bir voltaj tepe noktasına maruz kalırsa, dielektrik bozulmaya uğrayabilir. Bu dejenerasyon, bileşenin özelliğine bağlı olarak arızaya veya yanmaya neden olabilir.

Elektromanyetik parazit modern teknolojide yaygın bir sorundur. Elektronik cihazların arızalanmasına ve iletişim sistemlerinin zarar görmesine neden olabilir. Bu parazit, motor fırçalarından çıkan kıvılcımlar, güç devresi anahtarları, endüktif ve dirençli yükler, röleler ve devre kesilmeleri gibi çeşitli kaynaklardan kaynaklanır. En küçük EMI miktarı bile elektronik bir cihazın performansını düşürebilir ve güvenliğini olumsuz etkileyebilir. EMI'nin en yaygın kaynağı elektrostatik deşarjdır (ESD) ve birçok kişi bunu radyo istasyonlarındaki statik, bozuk televizyon yayını ve ses sistemlerindeki tıklamalar olarak tanır.

EMI, anahtarlamalı güç kaynakları tarafından da üretilebilir. Bu güç kaynakları güçlü EMI kaynaklarıdır ve dikkatli kontrol gerektirirler. EMI riskini azaltmak için bu güç kaynaklarının çıkış gürültüsünü ölçmek çok önemlidir. Bu zaman alıcı ve pahalı bir süreçtir.

Bir Multimetrenin Doğruluğunu Artırmak için Birkaç Direnç Nasıl Kullanılır

Multimetrenizin doğruluğunu artırmak için birkaç direnç ve bileşen kullanabilirsiniz. Bunlar, multimetrenin problarıyla temas halinde kalacak şekilde yerinde tutulmalıdır. Dirençlere veya bileşenlere ellerinizle dokunmayın, çünkü bu yanlış okumalara neden olacaktır. Bu sorunu önlemek için, bileşenleri bir breadboard'a takın veya yerinde tutmak için timsah klipsleri kullanın.

Şönt dirençlerin kullanılması

Bir şönt direncin direnç değeri mikroOhm cinsinden ifade edilir. Bir şönt direncin direnci genellikle çok küçüktür. Bu tür bir direncin kullanılması multimetrenin doğruluğunu artırır, çünkü uç direncinden kaynaklanan istenmeyen etkiler ortaya çıkmaz. Ancak Kelvin bağlantısı ile kullanılması önemlidir, çünkü şönt dirençlerin direnci ortam sıcaklığı ile değişme eğilimindedir.

Multimetreler yük voltajına karşı hassastır, bu nedenle operatörler yük voltajı ve çözünürlük konusunda dikkatli olmalıdır. Seyrek testler beklenmedik ürün arızalarına neden olabilir. Şönt dirençler, ek çözünürlük sağlayarak multimetrenin doğruluğunu artırır. Bu özellikle tam ölçekli ölçümler yapabilen tezgah üstü multimetreler için kullanışlıdır.

Analog multimetrede doğru aralığın ayarlanması

Analog multimetrede doğru aralığı ayarlamak için, ohm birimini en düşük değere ayarlayarak başlayın. Genel olarak, direnç okuması 860 ile 880 ohm arasında olmalıdır. Alternatif olarak, öğrenme ve uygulama için 200 ohm'luk daha düşük direnç aralığını kullanabilirsiniz.

Elle ayarlanan bir multimetrede birçok seçim seçeneğine sahip bir düğme bulunur. Bunlar genellikle metrik öneklerle işaretlenir. Otomatik aralıklı multimetreler ise otomatik olarak uygun aralığa ayarlanır. Ayrıca, dijital devreleri ölçmek için özel bir "Logic" test fonksiyonuna sahiptirler. Bu fonksiyon için kırmızı (+) ucu anoda ve siyah (-) ucu katoda bağlarsınız.

Analog bir multimetrenin aralığını ayarlamak göz korkutucu görünebilir, özellikle de daha önce hiç kullanmadıysanız. Ancak, bu görev şaşırtıcı derecede basittir ve birkaç dirençle yapılabilir. Farklı aralıkların farkında olduğunuz sürece, bu görevde daha başarılı olacaksınız.

Hassas akım algılama dirençlerinin kullanılması

Bir multimetrenin doğruluğu, hassas akım algılama dirençleri kullanılarak geliştirilebilir. Bu bileşenler farklı stillerde satın alınabilir. Bir bataryaya giren ve çıkan doğru akım miktarının gerekli olduğu uygulamalar için kullanışlıdırlar. Ayrıca sıcaklık hassasiyetinin önemli olduğu uygulamalar için de faydalıdırlar.

Optimum ayak izi C'dir ve beklenen ölçüm hatası 1%'dir. Önerilen ayak izi boyutları Şekil 6'da gösterilmektedir. Sensör izinin yönlendirilmesi de ölçüm doğruluğunun belirlenmesinde önemli bir rol oynar. En yüksek doğruluk, algılama gerilimi direncin kenarında ölçüldüğünde elde edilir.

Akım algılama direnci, akım akışını algılayan ve bunu bir voltaj çıkışına dönüştüren düşük değerli bir dirençtir. Genellikle direnci çok düşüktür ve bu nedenle güç kaybını ve voltaj düşüşünü en aza indirir. Direnç değeri genellikle miliohm ölçeğindedir. Bu tip dirençler standart elektrik dirençlerine benzer, ancak akımı gerçek zamanlı olarak ölçmek için tasarlanmıştır.

Dirence veya proba parmaklarınızla dokunmak

Multimetreler ayrıca bir pil veya güç kaynağı üzerindeki pozitif ve negatif uçları algılayan özel bir özelliğe sahiptir. Multimetre probunu birkaç saniye boyunca uca doğru tutmak, içinden geçen akımın pozitif mi yoksa negatif mi olduğunu belirlemenizi sağlayacaktır. Kırmızı prob, pozitif akü terminaline veya kablosuna bağlanır.

Direnci ölçmek için bir multimetre kullanırken, devrenin açık olmadığından emin olmalısınız. Aksi takdirde, yanlış bir okuma alabilirsiniz. Direncin nasıl ölçüleceğini bilmek kadar önemli olmadığını unutmayın. Ayrıca, devrede akan akım multimetreye zarar verebilir.

Bir breadboard üzerindeki delikler arasındaki sürekliliği test etme

Bir breadboard üzerindeki delikler arasındaki direnci ölçmeden önce, breadboard'un bağlantısını kontrol etmelisiniz. Test yöntemi süreklilik kontrolü olarak bilinir ve iki bağlantının uyumlu olup olmadığını belirlemenin basit bir yoludur. Breadboard'da her birinin altında metal bir yaylı klips bulunan delikler vardır. Multimetrenizin problarını bu noktaların her ikisine de bağlayın. Bu noktalar arasında iletken bir yol bulmakta zorlanıyorsanız, breadboard ile multimetre arasına birkaç direnç takın.

Programlanabilir özelliğe sahip bir multimetre kullanıyorsanız, bir seferde birkaç delik arasındaki sürekliliği test ederek daha doğru olmasını sağlayabilirsiniz. Bunu yapmak için, probları devre tahtasının "+" ve "-" sütunlarına yerleştirin ve ardından aralarındaki direnci ölçün. Direnç sonsuzsa, iki sıra birbirine bağlı değildir.

SMTP İşleme Sırasında BGA Pedleri Altında PCB Reçine Malzemesinin Çatlamasının Nedenleri

Cracking of PCB resin material occurs due to the presence of entrapped moisture. The reason for this is a high soldering temperature that results in an increase in vapor pressure. The cracks can also occur because the board’s thermal expansion causes the spacing between the BGA pads to change. To mitigate the risk of this type of fault, alternative pad finishes can be used, which reduces the thermal impact on adjacent packages.

Entrapped moisture causes pcb resin material cracks

Entrapped moisture can cause a wide range of PCB failures, including delamination, blistering, and metal migration. It can also change the dielectric constant and dissipation factor, reducing circuit switching speed. Moisture also increases stress levels in various PCB features, including copper and bga pads. It can also lead to oxidation on copper surfaces, which reduces the wettability of finishes. Additionally, it can increase the occurrence of electrical shorts and opens. This is especially problematic because PCB fabrication involves many steps that involve the use of water.

During smt processing, entrapped moisture can result in cracks in the PCB resin material. Because of this, PCB manufacturers should pay attention to the size of the solder mask opening. The size should be smaller than the desired land area. If the pad area of the SMD is too big, it will become difficult to route the solder ball.

Reflow soldering temperatures increase vapor pressure

Various factors can influence package warpage during BGA soldering. These include preferential heating, shadow effects, and highly reflective surfaces. Fortunately, forced convection reflow processes can reduce these effects.

A high reflow temperature can lead to a deterioration of the solder bump. The rise in temperature can lead to a reduction in solder joint height, resulting in a solder standoff that is smaller than the original height of the solder bump.

The shape of the attachment pad is also an important factor in determining the robustness of the solder joint. It is recommended to use larger, wider pads than smaller ones. The increased area increases the chance of cracking.

Tacky flux reduces thermal impact on adjacent packages

Tacky flux is a thermosettable material used during chip scale and flip chip package assembly. Its composition consists of reactive chemicals, which are solubilized in the underfill material during reflow heating. Once cured, the tacky flux becomes part of the net work structure of the final package.

A chemical wetting agent, fluxes facilitate the soldering process by reducing the surface tension of molten solder, allowing it to flow more freely. They can be applied by dipping, printing, or pin-transferring. In many cases, they are compatible with epoxy underfill. This enables them to reduce the thermal impact of adjacent packages during smt processing.

Using tacky flux reduces thermal impact on adjacent packages during soldering. However, this method has limitations. Several factors can cause flux to fail. Impurities in the flux can interfere with the soldering process, making the solder joint weak. Additionally, it requires costly equipment to properly clean the solder paste before soldering.

Alternative pad finishes

The crack propagation behavior of a PCB can be affected by the pad finishes used. Various methods have been developed to solve this problem. One of these methods is the use of an organic solderability preservative. This preservative is effective against pad oxidation. In addition, it helps maintain the solder joint quality.

The pad geometry defines the stiffness of the board. It also defines the opening of the solder mask. The thickness of the board and the materials used to create each layer influence the stiffness of the board. Generally, a 1:1 pad-to-device ratio is optimal.

Test methods to characterize pcb resin material cracking

Various test methods are available to characterize the performance of PCB resin materials during SMTP processing. These include electrical characterization, nondestructive methods, and physical properties tests. In some cases, a combination of these tests may be used to detect pad cratering.

One test method to identify cracking is to measure the distance between pins. Typically, 0.004 inch is acceptable for peripheral packages, and 0.008 inch is acceptable for BGA Packages. Another test method to characterize PCB resin material is to measure the coefficient of thermal expansion. This coefficient is expressed as ppm/degree Celsius.

Another method is the flip chip technique. This process enables fabrication of high-density flip chip BGA substrates. It is widely used in advanced IC packaging. The flip chip process requires high-quality finishes that are uniform and free of impurities for solderability. These are typically achieved by electroless nickel plating over the copper pad and a thin layer of immersion gold. The thickness of the ENIG layer depends on the lifetime of the PCB assembly, but it is usually about 5 um for nickel and 0.05 um for gold.