PCB Panel Tasarımı

PCB panel tasarımı, diğer adıyla paneling veya panelization, yüksek adetli PCB üretim sürecinde önemli bir adımdır. PCB üretimini ve yüzey montaj hatlarını daha verimli hale getirmek için küçük boyutlu tekil PCB’ler çoğu zaman daha büyük bir üretim paneli içinde birlikte yerleştirilir.

Tekrarlanan veya farklı tasarımların bir araya getirilmesiyle oluşturulan bu yapıya panel veya multiblock adı verilir. Üretim sürecine ve PCB tasarımına bağlı olarak tekil kartlar; PCB üretiminden, SMT montajından, THT montajından veya devre içi testlerden sonra panelden ayrılabilir. Bu ayırma işlemi depaneling olarak adlandırılır.

Tekil PCB’lerin panelden nasıl ayrılacağını belirlemek için farklı yöntemler kullanılabilir. Ancak depaneling yöntemi seçilmeden ve panel tasarımı yapılmadan önce PCB tasarımının fiziksel özellikleri dikkatlice incelenmelidir.

Örneğin kart kenarına yakın yerleştirilen hassas komponentler, PCB sınırının dışına taşan konnektörler veya mekanik açıdan kritik bölgeler panel tasarım yöntemini doğrudan etkileyebilir.

PCB Panel Tasarımına Başlarken

PCB panel tasarımına başlamadan önce ilk yapılması gereken, üreticiden minimum ve maksimum panel ölçülerini öğrenmektir. Bu sınırlar; panele yerleştirilecek farklı PCB tasarımı sayısına, PCB kalınlığına ve üreticinin proses kabiliyetlerine göre değişebilir.

Örneğin 1.6 mm kalınlığında iki farklı PCB tasarımı aynı panele yerleştirilecekse, üretici minimum kısa kenar için 50 mm ve maksimum uzun kenar için 300 mm gibi sınırlar tanımlayabilir.

Panel ölçüsü belirlendikten sonra, panelin en az iki paralel kenarında bırakılması gereken taşıyıcı kenar alanları toplam panel alanından çıkarılmalıdır. Geriye kalan alan, PCB yerleşimi için kullanılabilir panel alanını verir.

Kullanılabilir panel alanının en az %70’i üretim, montaj ve depaneling sırasında risk oluşturmayacak şekilde doldurulabiliyorsa, sonuç genel olarak verimli bir panel tasarımı olarak değerlendirilebilir.

PCB Panel Tasarım Yöntemleri

PCB tasarımında bazı fiziksel detaylar panel tasarım yöntemini sınırlayabilir. Kart kenarına yakın hassas komponentler, kart sınırının dışına taşan konnektörler veya diğer komponentler ve üretim sırasında ihtiyaç duyulan mekanik dayanım bu detaylar arasında yer alır.

Bu detaylar değerlendirildikten sonra, PCB’nin panele bağlanmaya en uygun kenarları seçilir. Daha sonra kenar yapısına ve üretim gereksinimlerine göre bir veya birden fazla panel tasarım yöntemi uygulanabilir.

Bazı durumlarda tek bir yöntem yeterli gibi görünebilir. Ancak üretim sırasında sorun yaşamamak ve panel dayanımını artırmak için birden fazla yöntem birlikte kullanılabilir. Gerekirse kullanılabilir panel alanından bir miktar fedakarlık edilerek kartlar arasına ek köprüler yerleştirilebilir.

Verimli bir PCB panel tasarımı için sık kullanılan iki depaneling yöntemi vardır: V-scoring ve stamp holes.

1. V-Scoring Yöntemi

V-scoring, V-cut veya V-groove olarak da bilinen bir depaneling yöntemidir. Bu yöntemde dairesel bir kesici bıçak, panelin üst ve alt yüzeyinde aynı hizaya gelen oluklar oluşturur. Genel olarak kesici bıçak 30–45 derece açıya sahiptir ve kart kalınlığının yaklaşık üçte biri her iki taraftan alınır.

Geriye kalan malzeme, PCB’ler arasında kontrollü bir kırılma hattı oluşturur. Bu hatta kart kalınlığı azalmış olsa da PCB’lerin panelden ayrılması yine de dikkat gerektirir.

Figure 1’de görüldüğü gibi komponentler V-scoring hattına çok yakın yerleştirilmemelidir. Depaneling sırasında mekanik gerilim riskini azaltmak için kesim hattı ile yakındaki komponentler arasında güvenli bir mesafe bırakılmalıdır.

Figure 2, tipik V-groove yapısını ve kesimden sonra kalan kart kalınlığını gösterir. Skorlanan bölgede PCB kalınlığının yalnızca bir kısmı kaldığı için panelin ayrılması kolaylaşır; ancak bu hat boyunca mekanik dayanım da azalır.

V-scoring uygulanmış kartları elle ayırmaya çalışmak PCB’nin bükülmesine neden olabilir. Kart komponent montajı ve test süreçlerinden geçmişse, mekanik gerilimi azaltmak ve riski en aza indirmek için uygun bir depaneling makinesi kullanmak daha doğru olur. Figure 3, depaneling bıçağı yaklaşımını ve V-cut hattına yakın yüksek komponentler için bırakılması gereken mesafeyi gösterir.

V-scoring yöntemi için dikkat edilmesi gereken bazı tasarım noktaları şunlardır:

• V-scoring hatları panel boyunca kesintisiz devam etmeli ve düz bir panel kenarına paralel olmalıdır. Kesim hattı üzerinde herhangi bir komponent bulunmamalıdır.

• Yüksekliği 7 mm’den düşük komponentler V-scoring hattından en az 1 mm uzakta yerleştirilmelidir. Ancak ayırma sırasında oluşabilecek gerilim veya titreşim riskini azaltmak için çoğu durumda en az 3 mm mesafe tercih edilir.

• Kesici bıçak geometrisi dikkate alındığında, yüksekliği 25 mm’den fazla olan komponentler kesim hattına 5 mm’den daha yakın yerleştirilmemelidir.

• PCB izleri, kesim sırasında zarar görmemesi için genel olarak V-scoring hattından en az 0.3 mm uzakta tutulmalıdır.

• V-scoring sonrasında panelin mekanik dayanımı azalır. Panel dalga lehimleme sürecinden geçecekse, kullanılabilir panel alanı azalsa bile ek dayanım önlemleri gerekebilir.

2. Stamp Holes Yöntemi

Stamp holes yöntemi, tekil PCB tasarımlarının birbirine veya taşıyıcı kenarlara küçük köprü alanlarıyla bağlanmasına dayanır. Daha sonra bu köprüler üzerine kontrollü kırılma noktaları oluşturmak için delikler yerleştirilir.

Bu yöntem özellikle PCB konturu düz V-scoring hatları için uygun olmadığında veya kart geometrisi daha esnek panel bağlantıları gerektirdiğinde kullanışlıdır.

Figure 4’te gösterildiği gibi, köprünün tam merkezine tek sıra halinde yerleştirilen deliklerden kaçınılmalıdır. Bu tür bir yapı, ayırma sonrasında PCB kenarında istenmeyen çıkıntılar bırakabilir ve düzensiz bir kırılma oluşturabilir.

Daha uygun bir stamp holes yapısı Figure 5’te gösterilmiştir. Bu yapıda delikler, PCB kenarında kalan malzeme miktarını azaltırken kontrollü bir kırılma hattı oluşturacak şekilde konumlandırılır.

Stamp holes tasarımı için dikkat edilmesi gereken önemli noktalar şunlardır:

• PCB izleri ve komponentler, kırılmanın gerçekleşeceği deliklerden en az 3 mm uzakta yerleştirilmelidir. MLCC gibi mekanik açıdan hassas komponentler için 5–6 mm mesafe tercih edilebilir.

• Köprünün tam merkezine yerleştirilen tek sıra delik yapısından kaçınılmalıdır. Bu yapı, ayırma sonrasında PCB kenarında istenmeyen çıkıntılar bırakabilir.

• Yaygın kullanılan bir stamp holes yapısı şu ölçülerde olabilir:

  • Delik çapı: 1 mm

  • Delik sayısı: 5

  • Delik merkezleri arası mesafe: 1.5 mm

  • Köprü uzunluğu: 5 mm

  • Köprü genişliği: 2 mm

İzler ve komponentler için yeterli alan yoksa veya taşıyıcı kenar gibi bölgelerde deformasyon kabul edilebiliyorsa, delik sayısı 3’e düşürülebilir. Bu durumda köprü genişliği ve delikler arası mesafe de buna uygun şekilde azaltılmalıdır.

Köprüler, gerekli mekanik dayanımı sağlayacak şekilde yerleştirilmelidir. 5 delikli köprü yapıları için yaklaşık 5–7.5 cm aralık kullanılabilir. 3 delikli köprü yapılarında ise yaklaşık 3–5 cm aralık tercih edilebilir.

Köprüler, PCB kenarından taşan komponentlerin altına yerleştirilmemelidir. Figure 6’da gösterildiği gibi breakout tab yapıları, taşan komponentlerden uzak konumlandırılmalıdır. Tercih edilen yaklaşım, komponent gövdesinin kırılma bölgesiyle çakışmayacağı şekilde köprüyü yerleştirmektir.

Köprüler ayrıca yüzey bükülmesini azaltmak için panel uçlarına mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir. Aksi halde panel dalga lehimleme sürecine girerse, desteklenmeyen PCB bölgeleri aşağı doğru bükülebilir ve lehimleme hatalarına neden olabilir. Figure 7, desteklenmeyen bölgelerin dalga lehimleme sırasında aşağı çekilebileceğini ve bunun üst yüzeyde lehim taşması gibi montaj sorunlarına yol açabileceğini gösterir.

Depaneling işleminden önce kırılma eksenleri dikkatlice incelenmelidir. Kırılma hattı üzerinde kırılmaya direnç gösterecek veya uygulanan kuvvetin yönünü değiştirecek bir geometri ya da mekanik özellik bulunmamalıdır. Figure 8’de gösterildiği gibi, kırılma ekseninin panel kenarına kadar uzatılması komşu PCB kenarında yukarı yönlü kuvvet oluşmasını önler ve daha temiz bir ayrılma sağlar.

Sonuç

PCB panel tasarımı; üretim verimliliğini, montaj kalitesini ve depaneling sürecinin güvenilirliğini doğrudan etkiler. İyi bir panel tasarımı yalnızca bir panele kaç adet kart sığdırılabileceğini değil, panelin üretim, montaj, test ve ayırma süreçlerinde nasıl davranacağını da dikkate almalıdır.

Doğru panel ölçüsü, taşıyıcı kenar yapısı, depaneling yöntemi ve köprü geometrisi seçilerek PCB üretimi daha verimli ve daha düşük riskli hale getirilebilir.