İster saniyede trilyonlarca işlem gerçekleştiren bir veri merkezi sunucusu, ister cebinizdeki güçlü akıllı telefon olsun, elektronik cihazlarla tanımlanan çağımızda, özünde hepsinin ortak bir özelliği vardır: son derece entegre, inanılmaz derecede gelişmiş çok katmanlı baskılı devre kartı (PCB).

Çift taraflı bir kart, A noktasını B noktasına bağlayan iki yönlü bir cadde ise, çok katmanlı bir PCB, üst geçitler, yer altı tünelleri, otoyollar ve özel acil durum şeritleri ile tamamlanmış modern bir metropoldür. PCB tasarım ve üretim teknolojisinin zirvesini temsil eder ve ileri teknoloji elektronik cihazların vazgeçilmez bir temel taşıdır. Bugün çok katmanlı PCB'lerin gizemini çözelim ve bunların ardındaki karmaşıklığı ve sanatı keşfedelim.

I. Çok Katmanlı PCB nedir? Boyutların ötesinde bir mühendislik harikası

1.1 Temel Tanım

Çok katmanlı bir kart, prepreg (prepreg, PP) ile birlikte lamine edilmiş ve kaplanmış açık delikler (PTH'ler) aracılığıyla birbirine bağlanmış üç veya daha fazla iletken desen katmanından (bakır folyo) oluşan karmaşık bir PCB'dir. Yaygın katman sayıları, süper bilgisayarlarda ve büyük iletişim anahtarlarında kullanıldığı gibi 4, 6, 8 ve hatta 100 veya daha fazlasını içerir.

1.2 Çekirdek Yapı

Canlı bir benzetme: Bir bilim kurgu romanında "boyutsal bir cep" hayal edin.

Üst/Alt Katmanlar:en önemli bileşenleri ve dış bağlantıları yerleştirmek için kullanılan cebin giriş ve çıkışı.

İç Düzlemler:cebin içindeki çok boyutlu alan. Her zaman Güç Düzlemi ve Yer Düzlemine atanırlar ve tüm bileşenler için istikrarlı, düşük gürültülü bir enerji kaynağı ve dönüş yolu sunarlar.

Dahili Sinyal Katmanları:Yüksek hızlı, hassas sinyal hatlarını ayarlamak ve dış parazitleri önlemek için özel olarak kullanılan cepteki gizli yola saklanın.

Prepreg:Her boyutu yapıştırmak için sihirli yapıştırıcı, hem yalıtkan hem de yapısal destek görevi görür.

Vias:Tüm yapı boyunca uzanan açık delikler, yalnızca yüzeyden iç katmana giden kör yollar ve iç katmanda tamamen gizlenmiş gömülü yollar dahil olmak üzere farklı boyutları birbirine bağlayan bir "portal".

Bu üç boyutlu yapı, çift taraflı PCB'lerin baş edemediği yüksek yoğunluklu ara bağlantı (HDI), sinyal bütünlüğü (SI), güç bütünlüğü (PI) ve elektromanyetik uyumluluk (EMC) gibi temel zorlukları çözer.

II. Neden Çok Katmanlı PCB'ler? 4 Dayanılmaz Avantajlar

Çift taraflı kartlardan çok katmanlı kartlara yükseltme yalnızca kablolama alanını artırmakla ilgili değildir; ileriye doğru önemli bir adım sunuyor:

1. Benzersiz kablolama yoğunluğu ve yüksek yoğunluklu ara bağlantılar (HDI)

Bu en belirgin avantajdır. Tasarımcılar, iç katmanlar ekleyerek katlanarak daha fazla kablolama alanı kazanır ve son derece karmaşık IC'lerin (1,000'den fazla pinli büyük BGA paketleri gibi) tasarlanmasına olanak tanır. Kör ve gömülü teknolojiyle birleştirildiğinde bu, daha hassas ara bağlantılara olanak tanıyarak modern elektronik ürünlerdeki minyatürleştirme ve hafifletme eğilimini karşılıyor.

2. Mükemmel sinyal bütünlüğü

Yüksek hızlı dijital sinyaller (PCIe, DDR ve USB 3.0+ gibi) iletim yollarına karşı son derece hassastır. Çok katmanlı kartlar, şerit çizgi yönlendirmenin (iki referans düzlemi arasına sıkıştırılmış sinyal hatları) kullanılmasına izin verir. Çift taraflı kartların (yüzeydeki sinyal hatları) mikroşerit yönlendirmesiyle karşılaştırıldığında, bu daha iyi koruma sağlar, karışmayı ve harici radyasyonu azaltır ve temiz, distorsiyonsuz sinyaller sağlar.

3. Güçlü Güç Bütünlüğü

Özel güç ve yer düzlemleri, son derece düşük empedanslı güç kaynağı yolları sağlar. Bu, güç kaynağı gürültüsünü etkili bir şekilde azaltır, voltaj dalgalanmalarından kaynaklanan devre mantığı hatalarını önler ve yüksek hızlı çip anahtarlamanın geçici yüksek akım taleplerini destekler. İstikrarlı bir güç dağıtım ağı (PDN), sistem güvenilirliğinin temel taşıdır.

4. Mükemmel Elektromanyetik Uyumluluk (EMC)

Sıkı güç/yer düzlemleri, kart içindeki yüksek hızlı sinyallerin ürettiği elektromanyetik alanları koruyarak etkili bir Faraday kafesi etkisi yaratır. Bu sadece dış dünyaya elektromanyetik paraziti (EMI) azaltmakla kalmaz, aynı zamanda kartın dış parazitlere karşı doğal direncini de arttırır. Bu, CE ve FCC gibi katı EMC sertifikalarını geçmesi gereken ürünler için çok önemlidir.

III. Çok Katmanlı Kart Üretim Sürecinin Ortaya Çıkarılması—Hassasiyet ve İşbirliğinin Senfonisi

Çok katmanlı levhaların üretimi son derece karmaşık bir süreçtir ve çift taraflı levhalardan çok daha karmaşıktır. Herhangi bir adımdaki hatalar, tüm panoların hurdaya çıkarılmasına neden olabilir.

1. İç Katman Çekirdek İmalatı

Kesme: Büyük CCL (bakır kaplı laminat) levhaların üretim boyutlarına göre kesilmesi.

İç Katman Desen Transferi: İç katman devre deseni, kaplama, maruz kalma ve geliştirme yoluyla bakır folyoya aktarılır.

İç Katman Aşındırma: İç katman devreleri oluşturmak için gereksiz bakırı aşındırın.

AOI (Otomatik Optik İnceleme): Bu, iç katman devrelerini taramak için yüksek hassasiyetli bir kamera kullanır ve herhangi bir kopukluk, kısa devre veya kusuru tespit etmek için bunları orijinal tasarımla karşılaştırır. Bu, iç katmanların kalitesini sağlamak için kritik öneme sahiptir.

2. Laminasyon—Sihirli An

Bu, çok katmanlı kartlara özgü temel adımdır.

Yerleştirme: Hazırlanan iç çekirdek katmanı, prepreg ve bakır folyo (dış katman için) hassas bir şekilde hizalanır ve katmanlı bir kek gibi istiflenir.

Laminasyon: Yüksek sıcaklık (170-180°C) ve yüksek basınç altında, prepreg erir ve akar, çizgiler arasındaki boşlukları doldurur ve soğuduktan sonra katılaşarak tüm katmanları sağlam bir bütün halinde sıkıca bağlar.

3. Delme

Son derece ince bir matkap (0,1 mm kadar küçük) veya bir lazer kullanılarak, lamine levhaya açık delikler, kör yollar ve gömülü yollar delinir. Delik doğruluğu ve duvar kalitesi daha sonraki bakır birikimi için çok önemlidir.

4. Kaplamalı Açık Delikler (PTH) ve İkincil Kaplama

Prensip olarak çift taraflı PCB'lere benzer olmasına rağmen, daha büyük delik en-boy oranı, son derece yüksek bakır birikimi ve kaplama homojenliği gerektirir. Bu, bakırın olmamasından kaynaklanan ölümcül kusuru (delik kırılması) önlemek için delik duvarlarının hem üstünde hem de altında yeterli bakır birikintisi sağlar.

5. Dış Katman Desen Transferi ve Kaplama

İşlem, iç katmanlarınkine benzer, ancak sonraki işlem adımlarına dayanabilmesi için izler ve delik duvarları üzerindeki bakırı kalınlaştırmak için desen kaplama kullanılır.

6. Lehim maskesi, serigrafi ve yüzey işleme

Çift taraflı PCB işlemine benzer, ancak daha yüksek hizalama doğruluğu gereksinimleri vardır.

7. Uçan Prob/Test Cihazı Testi ve Son Muayene

Çok sayıda ağ nedeniyle, tüm ara bağlantıların doğru olduğundan emin olmak için yüksek kanal sayımlı bir test cihazı kullanılarak %100 elektriksel performans testi yapılmalıdır.

IV. Katman Yığın Tasarımı—Performans Sanatı

Yığın tasarımı, çok katmanlı PCB tasarımının ruhudur. İyi bir yığın tasarımı performansı en üst düzeye çıkarırken, kötü bir tasarım, mükemmel yönlendirmeyle bile istenen sonucu elde edemez.

İşte klasik bir 8 Katmanlı Yığın Tasarım Planı Örneği

Katman Sayısı	Katman Türü	Amaç
Katman 1	Sinyal Katmanı (Üst)	Ana bileşenleri ve yüksek hızlı sinyal hatlarını yerleştirin
Katman 2	Yer Düzlemi (GND Düzlemi)	Katman 1 için tam bir referans dönüş yolu sağlar, radyasyonu korur
Katman 3	Sinyal Katmanı	Yüksek hızlı sinyal yönlendirme
Katman 4	Güç Kaynağı Düzlemi (PWR Düzlemi)	Çekirdek voltajı (örn. +1.2V) dağılımı
Katman 5	Güç Kaynağı Düzlemi (PWR Düzlemi)	Yardımcı voltaj (örn. +3.3V, +5V) dağıtımı
Katman 6	Sinyal Katmanı	Düşük hızlı sinyal düzeni
Katman 7	Yer Düzlemi (GND Düzlemi)	Katman 8 ve Katman 6 için referans zemin sağlar
Katman 8	Sinyal Katmanı (Alt)	Ana bileşenleri ve düşük hızlı sinyal hatlarını yerleştirin

Tasarım İlkeleri:

-. Her sinyal katmanı bir referans düzlemine (güç veya toprak) bitişik olmalıdır. Bu, empedansı kontrol etmenin ve sinyal bütünlüğünü sağlamanın altın kuralıdır.

-. Güç ve yer düzlemleri sıkıca bağlanmalıdır. Bu, etkili bir ayrıştırma kapasitörü oluşturmak için bitişik güç ve toprak katmanlarını ayırmak için ince bir dielektrik (örneğin, 4 mil) kullanmak anlamına gelir.

-. Daha iyi EMC performansı için yüksek hızlı sinyaller tercihen iç katmanlara (şerit çizgileri) yönlendirilmelidir.

V. Uygulama Alanları—Üst Düzey Teknoloji Taşıyıcıları

Çok katmanlı levhalar aşağıdaki alanlarda mutlak iş gücüdür:

-. Bilgisayarlar ve Veri Merkezleri: Anakartlar, grafik kartları, sunucular ve SSD'ler.

-. İletişim Ekipmanları: 5G baz istasyonları, çekirdek yönlendiriciler ve fiber optik anahtarlar.

-. Tüketici Elektroniği: Akıllı telefonlar, tabletler, akıllı saatler ve üst düzey oyun konsolları.

-. Otomotiv Elektroniği: Otonom sürüş alanı denetleyicileri, akıllı kokpitler ve araç içi eğlence sistemleri.

-. Havacılık ve Savunma: Güvenilirlik ve katman sayısı konusunda son derece yüksek talepler getiren radar sistemleri, navigasyon ekipmanları ve uçuş kontrol sistemleri.

-. Tıbbi Ekipman: Üst düzey görüntüleme ekipmanları (CT, MRI) ve yaşam izleme sistemleri.

VI. Üretim Maliyeti Nasıl Tahmin Edilir: Maliyeti Etkileyen Faktörleri Anlayın

Çok katmanlı PCB'lerin maliyeti, çift taraflı PCB'lerden çok daha yüksektir; Maliyet, aşağıdaki faktörlerden birlikte etkilenir;

Katman Sayısı:Katman sayısı arttıkça malzeme, işlem süresi ve zorluk doğrusal olmayan bir şekilde artar.

Tahta Boyutu:Tahta boyutu ne kadar büyük olursa, maliyet de o kadar yüksek olur.

Malzeme türleri:yüksek frekanslı ve yüksek hızlı malzeme, Rogers, Taconic gibi, yüksek tg malzemeler normal FR-4'ten çok daha pahalıdır

Kart Kalınlığı ve En Boy Oranı (En Boy Oranı):Levha ne kadar kalın olursa, delmenin en boy oranı (levha kalınlığı/delik çapı) o kadar büyük olur, delme ve elektrokaplama işlemlerindeki zorluk o kadar büyük olur ve maliyet de o kadar yüksek olur.

İGE Süreci:Kör gömülü yolların, lazer yolların, istiflenmiş yolların, kademeli yolların ve diğer süreçlerin kullanılıp kullanılmayacağı, maliyetleri artıran ana faktördür.

Minimum İz/Alan:Gereksinimler ne kadar ince olursa (örneğin, 3/3 mil), maliyet o kadar yüksek olur.

Bakır Ağırlığı:İç ve dış katmanlar için bakır kalınlığı gereksinimleri, özellikle 2 oz veya daha kalın bakır kalınlığı gerektiğinde.

Yüzey:ENIG, ENEPIG, sert altın ve diğer kaplamalar HASL'den daha pahalıdır.

Teknik gereksinimler:Empedans kontrolü (toleransları ve kanal sayısını kontrol etme), geri delme (saplamaları ortadan kaldırma), ped içi geçiş ve diğer özel gereksinimler.

Sipariş miktarı:Büyük hacimler NRE ve takım maliyetlerini önemli ölçüde azaltabilir.

Doğru bir fiyat teklifi almanın en iyi yolu: Gerber dosyalarınızı, yığın diyagramınızı ve teknik özelliklerinizi (empedans gereksinimleri, özel süreçler vb.) sağlayın. Bir DFM analizi yapacağız ve ayrıntılı bir fiyat teklifi sunacağız. Jerico PCB, yaklaşık 20 yıldır profesyonel çok katmanlı PCB imalatında çalışmaktadır. Kendini işine adamış mühendislik ekibimiz ve modern tesislerimizle, tahtayı uygun fiyat ve inanılmaz kalite ile istediğiniz gibi yapabiliriz. Projelerinizi istediğiniz zaman göndermeye hoş geldiniz, Jerico ekibi her zaman yanınızda.

Bugün PCB hakkında konuşalım!