Üretime Uygun PCB Tasarımı ve Referans Noktalarının Önemi

Doğru elektronik kart tasarımı uzun vadeli üretimlerde gereksiz maliyetlerin önüne geçmekle kalmaz hedeflenen kalitenin de yakalanmasını sağlar. Üretime uygun tasarımının önemini bir makalemizde ele almıştık. Bu yazımızda genel hatlarıyla PCB tasarım aşamasında dikkat edilmesi gereken hususlar ve referans noktalarının önemini paylaşıyoruz.

ÖN DEĞERLENDİRME
Tasarıma başlanmadan önce tasarımcı tarafından PCB ile ilgili aşağıdaki durumların belirlenmesi, üretim süreçlerini ve süreçlere göre üretilebilirlik düzenlemelerinin uygulanması için yol gösterecektir. PCB’nin ilerleyeceği üretim süreçlerin belirlenmesi ile yerleşim, ada yapısı, panelleme, kırılabilir çıtanın ve bunun benzeri düzenlemelerin uygun şekilde seçilmesini sağlayacaktır.

1- PCB de hangi kılıf malzemeler kullanılacak ?
a. Sadece Dip Montaj
b. Sadece Yüzey Montaj
c. Dip ve Yüzey Montaj birlikte
2- PCB hangi yüzünde / yüzlerinde malzeme olacak ?
a. Sadece Üst Yüz
b. Üst yüz ve Alt yüz birlikte
3- Aksiyel Ekleyici ve Radyal Ekleyici kullanılacak mı ?
a. Sadece Dip malzeme ile.
b. Üst yüz SMD malzeme ile.
c. Alt yüz SMD malzeme ile.
4- Alt yüzde yapışkan uygulaması kullanılacak mı ?
5- Seçmeli Dalga Lehim fikstürü kullanılacak mı ?

Bunlar gibi örnek sorularla aşağıdaki tablodan elektronik üretim süreçlerinin nasıl bir rota izleyebileceği çıkarılarak, oluşturulacak tasarımda üretilebilirlik için hangi tipte düzenlemelerin uygulanabileceğine karar verilebilir.

PCB REFERANS NOKTALARI

PCB Tasarımına başlandığında, üretim süreçlerinde herhangi bir otomatik üretim makinesi kullanılacak ise PCB üzerine referans noktaları veya delikler eklenmelidir. Günümüzde 10um çözünürlükle saniyede 60cm⊃2; alanı tarayan AOI makinesi, +/- 0.025mm hassasiyet ile 40.000 komponent/saat ve üstü kapasiteye sahip çip çakma makineleri bulunmaktadır. Makinelerin PCB üzerinde işlem yapabilmeleri için makine operatörü yada mühendisi tarafından makinenin anlayacağı dilde CAD / CAM program hazırlarlar. Hazırlanan bu proğrama göre makine 2,3,4 hatta 5 Eksende işlem yapabilir. Makinelerin yukarıdaki inanılmaz hassasiyetlerinde çalışabilmeleri için kapasitelerinin yanında PCB’nin tasarımınında bu teknolojiye uygun olması gerekmektedir. Makinenin PCB’nin yerleşimini tanımlayabilmesi ve uygun işlemi 10um yada 0.025mm toleransla işlem uygulayabilmesi için hazırlanan proğram ile PCB’nin eşleştirilmesi gereklidir, bu eşleştirmede referans noktaları yada delikleri (Aksiyel ve Radyal makineler için) ile olmaktadır. PCB’nin üzerinde uygun yerlerde, adetlerde ya da yapılarda referans noktaları olmaz ise makine kör kalacak ve eşleştirmesini hatalı ya da hiç yapamayacaktır.
Bu gibi durumda görünen üretim hatalarından bazıları kayık komponent, yanlış yere yerleştirme, kayıp komponent, bacaklar arasında kısa devre, mezar taşı olarak karşımıza çıkacaktır. gibi üretim sorunları ile karşılaşılacaktır. Tasarım aşamasında PCB referans noktaları düzgün tasarlanmayan bir PCB’nin kullanımı zorunlu ise fikstür veya PCB üzerindeki mevcut delikler kullanılmaya çalışılarak ekstra zaman ve maliyet yansıyacaktır. Bunlar gibi üretim sorunları ile karşılaşmamak için PCB’de referans noktaları uygun ölçüde, şekilde ve yerde olmalı ve tasarım sonunda oluşturulan CAD data (Pick and Place / Gerber) içerisinde yer almalıdır.

PCB REFERSANS NOKTASI UYGULAMALARI

SMD Üretim İçin Referans Noktası Uygulaması
İçi dolu 1-3mm çapında(tercihen 1.5mm) ölçülerinde yuvarlak nokta şeklinde olmalıdır. En az çapın iki katı kadar genişliğinde lehim maskesi olmalıdır. Fiducial üzerinde Yol, Geçiş Deliği veya Malzeme Baskısı olmamalıdır. X.Y koordinat bilgileri mutlaka CAD datada verilmelidir.

Aksiyel ve Radyal Üretim için Referans Noktası Uygulaması
Üretimde THT Aksiyel ve Radyal ekleme makineleri kullanılacak ise 4mm çapında(makine pin çapına göre değişiklik gösterebilir) 2 adet delik açılmalıdır. Bu delikler PCB’nin boyuna eksenindeki çıtada ve enine eksen kenarından 5mm uzaklıkta(makine pin yerleşimine göre değişiklik gösterebilir) konumlandırılmalıdır.

Referans Noktası Yerleşimi

SMD üretim için referans noktaları eklenirken aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir; Makinelerin hassas merkezleme yapabilmeleri için referans noktalarının aynı X,Y koordinatlarında olmayacak şekilde çapraz köşelerde olmak üzere en az iki adet olmalıdır. PCB, panelli değil tekli olarak üretilecek ise kenar sınırlarından en az 5mm uzaklıkta olmalı. PCB, panelli olarak üretilecek ise, kırılabilir çıtalar üzerine konulacak Fiducial noktaları PCB’nin enine eksen çıtasında ve boyuna eksen kenarından en az 5mm uzaklıkta olmalıdır.

Referans noktaları komponentlerin (SMD-THT) altında yer almamalıdır. Komponent altında kalan Referans noktaları komponent eklendikten sonraki makine süreçlerinde (SMD, AOI, Flying Probe Tester, vb..) etkisiz kalacaktır. 

Referans noktalarının yakınlarında aynı ölçülerde malzeme bacak deliği, delik geçişleri ya da benzer şekiller olmamalıdır. Yakınlarda bulunan benzer şekiller makinenin eşleştirme yapması esnasında karar verme hızını düşürecek, ya da yanlış noktayı Fiducial noktası seçmesine sebep olacaktır.

Cem Kanımdan

Elektronik İşletme Üretim Yöneticisi