Instagram: @lentark
Panel tasarımı (Paneling), yüksek hacimli elektronik APCB üretim sürecinin bir adımıdır. PCB üretimi ve yüzey montaj (SMT) dizgi hatlarının verimini artırmak için PCB'ler genellikle nihai üründe kullanılacak çok sayıda küçük, tekil PCB'lerden oluşacak şekilde tasarlanır. Bu PCB kümesine panel veya çoklu blok(multiblock) adı verilir. Üretim sürecine, üretilen PCB’ye bağlı olarak ve genellikle SMT & THT montajlama veya ICT işleminden hemen sonra panel tekil parçalarına ayrılır (depaneling). Bu ayrılma işleminin nasıl gerçekleşeceğini belirleyen birçok yöntem kullanılmaktadır. Ancak ayrılma işlemin belirlenebilmesi, dolayısı ile panelin tasarlanabilmesi için üretilecek PCB tasarımının/tasarımlarının fiziksel özellikleri dikkatlice incelenmelidir. Örneğin; hassas bileşenlerin kenarlarda konumlandırılmış olması, kenarlardan dışarı sarkan konektör gibi bileşenlerin bulunması tasarımın belirlenmesini önemli ölçüde etkiler.
Panel tasarımına başlarken, öncelikle panelin üretimini gerçekleştirecek olan üreticiden minimum ve maksimum panel boyutları hakkında bilgi alınmalıdır. Bu boyutlar panel üzerindeki farklı tasarım sayısına ve PCB kalınlığına göre değişebilir. Örneğin, elimizde 1.6mm kalınlığında iki farklı PCB tasarımı var ise panelin en kısa kenarı 50 mm’den kısa olmamalı ve en uzun kenarı 300 mm’den uzun olmamalıdır gibi. Daha sonra, panelin en azından paralel olan iki kenarında bulunması gereken kenar hatlarının (Edge Rails) alanını panel alanınızdan çıkartarak kullanılabilir panel alanınızı hesaplayabilirsiniz.
Panelin üretilmesinden tekil parçalarına ayrılana kadar olan tüm süreçlerde, imalatta hatalara sebep olacak herhangi bir sebep bırakmamaya dikkat ederek panel alanınızın en azından %70’ini kullanabiliyorsanız elinizde verimli bir panel tasarımı vardır demektir.
Panel Tasarım Yöntemleri
PCB tasarımında, hassas bileşenlerin bir kenara yakın olup olmadığı ve konektörlerin veya diğer bileşenlerin bir kenardan taşıp taşmadığı gibi durumlar panel tasarım yöntemlerinin seçimlerini sınırlayan etkenlerdendir. Bu ve benzeri durumlar değerlendirilerek PCB'lerin mümkün olan en uygun kenarları belirlenir ve kenar özelliklerine göre yöntemlerden biri seçilir. Bazen bir yöntem tek başına uygulanabilir olarak gözükse de panelin, imalat sürecinin herhangi bir adımında hataya sebebiyet vermemesi ve panelin mukavemetini güvence altına almak için birkaç yöntem birlikte uygulanabilir. Gerekli görüldüğünde, mukavemeti artırmak için, kullanılabilir panel alanından taviz verilerek paneller arasına kenar hatlarını birbirine bağlayacak köprüler yerleştirilebilir.
Tasarımda panel alanı en verimli şekilde kullanabilmek için çoğunlukla iki ayırma(depanelization) yöntemi tercih edilir; V-Scoring(V-Cut/V-Groove) ve Stamp Holes(Breaking Holes).
1- V-Scoring Yöntemi
Genel olarak, 30-45 derecelik dairesel bir kesme bıçağıyla panelin üst ve alt yüzeyinden aynı hizada olacak şekilde, levha kalınlığının ortalama 3 te 1’inin kesilmesi işlemidir. Kalan levha kalınlığı panel için bir kırılma ekseni oluşturmaktadır. Kesim hattının kalınlığı, levha kalınlığına göre oldukça inceltilmiş olsa da PCB'lerin panelden ayrılması dikkat gerektiren bir işlemdir. PCB'leri el ile ayırmaya çalışmak PCB’nin esnemesine sebep olacağından, özellikle bileşen montajı ve testlerden geçmiş ise, bir makine yardımı ile ayırma işlemini gerçekleştirerek riskleri minimize etmekte fayda vardır.
V-Scoring, PCB tasarımında bazı kısıtlamalara gidilmesini gerektirmektedir;
- V-Scoring kesim eksenlerinin panelin düz bir kenarına paralel olacak şekilde tüm panel boyunca devam etmeli ve yol boyunca herhangi bir bileşen ile kesişmediğinden emin olunmalıdır. (Şekil 1)
- Kesim hattına yakın bulunan ve yüksekliği 7 mm’den az olan bileşenlerin kesim eksenine olan mesafesi en az 1 mm olmalıdır. Ancak kesim sırasında yüzeyde oluşan stres ve titreşimin yakın bileşenlere veya montaj yapısına zarar vermediğinden emin olmak için en az 3 mm mesafe tercih edilebilir. (Şekil 2)
- V-Scoring bıçağının yapısı da dikkate alınarak kesim hattına paralel 5 mm mesafe içinde 25 mm'den yüksek hiçbir bileşen bulunmamalıdır. (Şekil 3)
- PCB üzerindeki bir iletim hattının kesim sırasında zarar görmemesi için kesim hattından en az 0,3 mm uzaklıkta bulunmaları genellikle yeterlidir.
- V-Scoring kesimi gerçekleştikten sonra panelin mukavemetinin azaldığı unutulmamalıdır. Eğer kesimden sonra dalga lehim(wave-solder) işlemi uygulanacak ise tasarımda mukavemetin yeterliliğini sağlamak için panel alanından taviz vererek mukavemet önlemleri alınabilir.
1- Stamp Holes Yöntemi
Panel üzerindeki PCB tasarımlarının birbirlerini ve kenar hattını tutacak şekilde bağlanması ve bu bağlantı alanlarına (köprülere) kırılma eksenlerini belirleyecek şekilde delikler yerleştirilmesidir.
Stamp Holes yönteminin kullanımında dikkat edilmesi gereken unsurlar:
- PCB iletim hatlarının ve bileşenlerin kırılmanın gerçekleşeceği deliklerden en az 3 mm uzakta konumlandırılması gerekmektedir. MLCC’ler gibi fiziksel gerilime hassas olan bileşenler için bu mesafe 5-6 mm olarak tercih edilebilir.
- Köprülere, ortalarından ayrılacak şekilde tek sıra delikler yerleştirilmemelidir. Bu PCB’lerinizin kenarlarında istenmeyen çıkıntılara sebep olacaktır. (Şekil 4)
- Delikler için genellikle aşağıdaki özellikler tercih edilir; (Şekil 5)
Delik Çapı: 1 mm
Delik Sayısı: 5
Deliklerin Merkez Mesafesi: 1.5 mm
Köprü Uzunluğu: 5 mm
Köprü Genişliği: 2 mm
Bileşen ve iletim hatları için PCB üzerinde yeterli alan bulunmaması durumunda veya kenar hattı (edge rail) gibi deformasyonun önemli olmadığı yerlerde delik sayısı 3 olarak seçilebilir. Bu durumda köprü genişliği ve deliklerin birbirine olan mesafesi de azaltılmalıdır.
- Köprüler, mukavemet ihtiyacına göre 5 delikli tasarımlar için ortalama 5 - 7,5 cm de bir yerleştirilmeli ve 3 delikli tasarımlar için ortalama 3 - 5 cm de bir yerleştirilmelidir.
- PCB kenarlarından dışarı taşan bileşenlerin altına köprü yerleştirilmemelidir. (Şekil 6)
- Köprüler, yüzey esnemelerini önlemek için mümkün olduğunca panelin uçlarına yakın yerleştirilmelidir. Aksi halde panelin dalga lehim işlemine girmesi durumunda, lehim dalgası, panelde desteksiz olan pcb tasarımlarını esnetmeye ve hatalı lehimlemeye sebep olacaktır. (Şekil 7)
- Panelin küçük bileşenlerine ayrılacağı sırada kırılmaların gerçekleşeceği eksenler dikkatlice incelenmelidir. Kırılmanın gerçekleşeceği eksen üzerinde kırılmaya karşı mukavemet oluşturacak veya uygulanan kuvvetin yönünü değiştirebilecek hiçbir unsurun olmadığına dikkat edilmelidir. Aksi taktirde kuvvetin yönünün levha yüzeyine dik olarak değişmesi durumunda yüzey kaplamasında yırtılma etkisine neden olacaktır. (Şekil 8)
