PCB Tasarım Kuralları ve Uygulama Notları

PCB TASARIMINDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKENLER

PCB tasarımı sistemlerin üretim aşamalarındaki temel adımlardan biridir. İyi bir pcb tasarımı yapmak üretim anında ortaya çıkabilecek sorunları engelleyeceği gibi bununla alakalı maddi problemleri de en aza indirecektir. Tasarım sırasında dikkat edilmesi gereken kurallar ve uygulama yöntemleri vardır. Bu yazımızda bunlardan bahsedeceğiz. Uzun bir konu uzun bir yazı okurken keyif almanızı dilerim.

İlk olarak önemli olan kriterler belirlenerek başlanmalıdır.

1. Üretim aşaması için tasarım referans noktaları belirlenmelidir.
2. Kartın büyüklüğü hakkında bilgi sahibi olunmalı ve Tasarıma yeterli büyüklük ayarlanmalıdır.
3. Devre kartının kaç kat olacağı belirlenmelidir. (1 layer- 2 layer- 4 layer….)
4. Elemanların montaj yöntemleri belirlenmelidir ve eleman montaj kılıflarına hakim olunmalıdır. (DIP – SMD gibi)

PCB tasarımında dikkat edilmesi gereken noktalar;

• Montaj kolaylığı ve görünürlük için komponent yerleştirme aşamasında tüm bileşenlerin aynı yönde yerleştirilmesine dikkat edilmelidir.

                                                                    Hatalı Uygulama

                                                                    Doğru Uygulama

• Tüm yüzey montajlı elemanların kartın aynı yüzeyine yerleştirilmesi uygulama açısından önemlidir.
• Devre kartı küçük boyutlu bileşenlerden büyük boyutlu bileşenlere doğru soldan sağa veya sağdan sola şeklinde yerleştirilmelidir.

• Elemanların birleşimi için kullanılacak olan yolların kalınlıklarının doğru belirlenip çizimlerin buna göre yapılması gerekmektedir. (Düşük akım (0.3 A <) ve Analog-Dijital sinyaller için 0.010 inc tercih edilebilir.)
• Devrenin aşırı ısınmasını engellemek ve doğru çalışmasını sağlamak için yol hesaplayıcı kullanılabilir. Programlar bize kullanılması gereken yol kalınlığını gösterecektir. Tasarım Aracı
• Isınma problemleri devreler için büyük sorun teşkil etmektedir. İlk adımda hangi elemanın kartta en fazla ısıyı yayacağı belirlenmelidir. Bunun için datasheet üzerindeki Thermal Resistance derecelendirmelerine bakılmalıdır.
• Sistem soğuması için soğutucu ve soğutma fanları eklenebilir ancak ekleme yapılması için sistemde gerekli yerleşim uygulaması yapılmalıdır.

• Kritik durum bileşenleri (entegreler, işlemciler…) yüksek sıcaklıkların olduğu bölgeden uzak tutulmalıdır.
• Çok miktarda ısı üreten eleman varsa bunlar devre kartı üstünde aynı alana koyulmamalıdır. Bu elemanların yerleşiminde yolları olabildiğince kısa tutacak şekilde dengeli ve ayrı bir yerleşim uygulanmalıdır.
• Pin bağlantılarında termal ve mekanik stresi azalmak için termal rölyef ile tasarım yapılmalıdır.

• Via-yol bağlantılarında geçişi daha sağlam hala getirmek ve daha güvenli olmasını sağlamak için teardrop eklenmelidir.

• Via ve Via pedi oranının belirlenmesi gerekir. Genellikle 1.8:1 oranı kullanılır.
• Via pedlerinin seçimi uygulanacak lehimleme yöntemine göre seçilir.
• Elektrik ve güç soketleri mümkün olduğunca devre kartının çevresine yerleştirilmelidir.
• Önemli sinyal hatları vialardan geçirilmemelidir.
• Güç hattı ve toprak hattı mümkün olduğunca radyal olmalıdır.
• Üreticinin sınırları öğrenilmeli minimum ve maksimum verileri hakkında bilgi alınmalıdır.
• Label kullanımı üretim aşamasında olduğu gibi tasarım aşamasında da önemlidir. Yapılan tasarımda gruplandırma yapılırken isim verme işlemi büyük önem taşır.
• PCB üzerine model-revizyon numarası yazmanız ilerleyen geliştirme aşamalarında size yardımcı olacaktır.
• Ana yolları uçtan uca hatlar şeklinde çizmeye özen gösterin. Elemandan elemana yapılacak olan çizimler çizimi zorlaştırır ve kullanım alanını kısıtlar.

• Güç topraklamasını ayrı tuttuğunuzdan emin olmanız gerekir. Hatları bağlamanız gerekiyorsa besleme yolunun en sonuna doğru bağlanmalıdır.
• Çok katlı devreler için toprak katmanını orta kata yerleştirirseniz güç hattı interferansını azaltmak için ve sinyalleri korumak için küçük bir empedans yolu geçirdiğinizden emin olmalısınız.
• Büyük bir toprak yerleştirilmesi durumunda kartın alt ve üst yüzeyindeki kapasitif etkiyi azaltmak için analog toprağın sadece analog hatlardan geçmesini sağlayın.

• Güç ve toprak yüzeyleri kullanmak gürültü ve akım açısından size avantaj sağlayacaktır.

• Devre kartı üzerinde güç ve toprak olmayan büyük boşluklar bırakmamak gerekir. Bu boşluklar devrenin lehimleme sırasında ve ısıtma işlemlerinde kasılmasına ve gerilmesine neden olur.
• Yüksek frekanslı devrelerde T şeklinde yol çıkartmak sinyal gürültüsüne neden olur.

• Yüksek frekanslı yolların üzerinden geçtiği toprak ve güç yüzeyleri kesintiye uğratılmamalıdır. Empedans sorunları ortaya çıkabilir.
• Yüksek frekanslı yollar  mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır.
• Yüksek frekanslı yollarda chamfer eklemek 90 derecelik açıları engeller.

• PCB tasarım aşamasında sonlara doğru hata yapma olasılığı artar. Bu sebepten dolayı yapılan çizimi 2 veya 3 kez kontrol etmek üretim doğruluğunu artıracaktır.
• Tasarım sırasında Elektrik Kural Denetimi (ERC) ve Tasarım Kural Denetimi (DRC) sürekli kontrol edilmelidir. Bu kuralların tanımlamaları devre uygulamasına göre yapılmalıdır.

NOTLAR

1. Tasarım sırasında standartlara (IPC-2152 vb.) uyulmaları yaptığınız tasarımın standartlar içerisinde olmasına özen gösterilmelidir. Bu tasarlanan devrenin uygulanabilirliğini artıracaktır.
2. YOL-YOL, YOL-VİA  arasında her zaman gerekli boşluk bırakmak gerekmektedir. Baskı devre üretimi her zaman %100 hassasiyet ile gerçekleşmez bundan dolayı kısa devre vs. sorunlardan olabildiğince uzak durmak gerekir.
3. Yol çizimlerinde 90 derecelik açılarla dönüşlerden kaçınmak gerekir. 45 derecelik açılar ile dönüşler yapmak her zaman daha iyidir. 90 derecelik açılarda elektromanyetik girişimlerin gücü artar.
4. Montaj için bırakılan deliklerin (Vida vs. gibi) etrafında her zaman güvenlik payı bırakın.
5. Her zaman ortak toprak yüzeyi kullanmaya özen gösterin aksi takdirde çizimde kendi direnç değerine sahip ve farklı voltaj düşüşlerine sahip yollar olacaktır bundan kaçınmak için ortak toprak yüzeyini tercih etmelisiniz.
6. Toprak ve güç hattı yol kalınlıklarını olabildiğince geniş tutmaya özen gösterin.
7. Isınan elemanlarınız varsa altlarına via yardımı ile sıralı boşluklar bırakarak soğumasına yardımcı olabilirsiniz.(THERMAL VİA)
8. Autorouter (Otomatik Çizim) kullanımı kolay olarak düşünülüp kullanılabilir ancak insan gözü her zaman için daha doğru bir tercih olacaktır. Autorouter kullanımının yardımcı olacağı konular ise şöyledir;

• Yol çizimi %85’in altında kaldıysa eleman yerleşiminde sıkıntı vardır ve eleman yerleşimi aşamasına tekrar dönerek düzeltme yapmalıyız.
• Çizim sırasında göremediğimiz dar boğazların farkına varmamızı sağlar yollar sıkışıp geçemiyorsa tekrar elaman yerleşimine dönmeliyiz.
• Otomatik çizim senaryoları nihai devre çizimi için size ilham verecektir. Bu nedenle PCB tasarımında otomatik devre çizimi tavsiye edilmemektedir. Her zaman ondan daha iyisini yapabilirsiniz.