Prototip kartı atölyeye geldiğinde ilk yaptığımız iş tasarımı incelemek olur. Yıllardır yüzlerce karta bakıyoruz ve gördüğümüz hataların büyük kısmı her seferinde tekrar ediyor. Çoğu zaman tasarımcının elinde zaman olmamış, bazen de "böyle de olur" diye geçilmiş ufak detaylar üretim sonrası saatlerce hata ayıklamayı doğuruyor.
Aşağıdaki on madde, yeni tasarımcılarda olduğu kadar deneyimli ekiplerde de en sık denk geldiğimiz problemler. Ne olduğu kadar neden problem yarattığını da yazmaya çalıştık; kuralı ezberlemek değil, mantığını anlamak işe yarıyor.
Bu yazıda EA ARGE olarak yıllar içinde sahada karşılaştığımız ve müşterilerimizin prototiplerinde sıkça gördüğümüz 10 kritik PCB tasarım hatasını, neden problem yarattıkları ve nasıl önlenebilecekleri ile birlikte ele alıyoruz.
1. Acid Trap (Asit Tuzağı): Dar Açılı Yollar
İki yolun 90 dereceden küçük açıyla birleştiği noktalarda, üretim sırasında aşındırıcı kimyasallar birikir. Bu birikim yolun gereğinden fazla incelmesine, hatta zamanla kopmasına yol açar.
Çözüm: Dar açılı yollar yerine 45 derecelik geçişler veya yumuşak yaylar kullanın. Modern CAD araçlarının çoğu bu özelliği otomatik olarak sağlar; mutlaka aktif edin.
2. Tombstoning (Mezar Taşı Etkisi)
SMD bileşenlerin pad boyutları yanlış hesaplandığında, lehimleme sırasında bileşenin bir ucu havaya kalkar. Özellikle 0402 ve 0201 gibi küçük pasif bileşenlerde sıkça görülür.
Çözüm: Üreticinin önerdiği footprint'leri kullanın. Pad boyutlarının simetrik olduğundan emin olun; ısı dengesi bozulmasın diye iki tarafa eşit termal yük gelmelidir.
3. Yetersiz Yol Genişliği ve Akım Kapasitesi
Güç hatlarında yol genişliği akım taşıma kapasitesine göre belirlenmelidir. IPC-2221 standardına göre 35 µm bakır kalınlığında 1A için yaklaşık 0,4 mm genişlik gereklidir.
Çözüm: Yol genişliği hesaplayıcı kullanın. Yüksek akımlı yollarda iç ve dış katman farkını gözetin; iç katmanlar daha kötü ısı atar, daha geniş olmalıdırlar.
4. Kötü Topraklama (Ground Plane) Tasarımı
Sürekli olmayan, parçalanmış veya bölünmüş topraklama düzlemleri, sinyal geri dönüş yollarını uzatır. Bu da EMI sorunlarına ve sinyal bütünlüğü problemlerine yol açar.
Çözüm: Mümkünse tam (solid) ground plane kullanın. Yüksek hızlı sinyallerin altında kesintisiz toprak bulunsun. Analog ve dijital topraklamayı tek bir noktadan birleştirin.
5. Termal Yönetim Eksikliği
Güç regülatörleri, MOSFET'ler veya MCU'lar gibi ısı üreten bileşenlerin altında yeterli bakır alanı ve termal via olmaması, kartın ömrünü ciddi şekilde kısaltır.
Çözüm: Isı üreten bileşenlerin altına thermal pad ve termal via dizileri yerleştirin. Yüksek güç uygulamalarında metal core PCB değerlendirin.
6. EMI/EMC Kurallarının Göz Ardı Edilmesi
Yüksek frekanslı sinyallerin paralel ve uzun mesafe gitmesi, crosstalk (sinyal karışması) yaratır. CE belgesi alacak ürünlerde EMC testi başarısız sonuç verir.
Çözüm: Yüksek hızlı sinyalleri birbirinden uzakta tutun, paralel rotalardan kaçının. Kritik sinyaller arasında guard trace veya katman ayrımı kullanın.
7. Test Noktalarının Eksikliği
Üretim sonrası kalite kontrol ve sahada arıza tespiti için test noktaları kritiktir. Bu noktalar olmadan ICT (In-Circuit Test) cihazları kartı test edemez.
Çözüm: Tüm kritik sinyallere, güç hatlarına ve toprak referanslarına test pad'leri ekleyin. Pad çapı en az 1 mm olmalı, kart yüzeyinin aynı tarafında olmalı.
8. Üretici Toleranslarının Göz Ardı Edilmesi
Her üreticinin minimum yol genişliği, via çapı ve katman ayrımı kuralları farklıdır. Üreticinin teknik limitleri dikkate alınmadan yapılan tasarımlar, üretim sırasında çok sayıda hatayla karşılaşır.
Çözüm: Tasarıma başlamadan önce hedef üreticinin design rules dosyasını alın. Minimum 6 mil yol/aralık, 0,3 mm via gibi muhafazakar değerlerle başlayın.
9. Silkscreen ve Solder Mask Çakışması
Bileşen etiketlerinin (silkscreen) lehim pad'lerinin üzerine düşmesi, lehimleme kalitesini düşürür ve okunabilirliği yok eder.
Çözüm: Silkscreen-to-pad clearance kontrolü yapın. Minimum 0,15 mm boşluk bırakın. Yazı boyutunu 1 mm altına düşürmeyin, üretici basamayabilir.
10. DRC ve ERC Kontrolünün Atlanması
Tasarım Kuralı Kontrolü (DRC) ve Elektriksel Kuralı Kontrolü (ERC), gözden kaçan birçok hatayı tasarım aşamasında yakalar. Birçok mühendis bu adımı zaman kazanmak için atlar.
Çözüm: Üretime göndermeden önce DRC/ERC mutlaka çalıştırılmalı, sıfır hata-sıfır uyarı seviyesine kadar düzeltilmelidir. Gerber dosyaları bir gerber viewer'da incelenmelidir.
Sonuç
Yukarıda bahsettiğimiz 10 hata, prototip aşamasında çoğunlukla küçük problemler gibi görünür ama seri üretime geçildiğinde maliyetli revizyonlara, hatta tüm kart partilerinin ıskartaya çıkarılmasına neden olabilir. Profesyonel bir DRC süreci ve deneyimli bir göz, bu hataların büyük bölümünü tasarım aşamasında yakalar.
EA ARGE olarak PCB tasarım süreçlerinde IPC-2221, IPC-7351 ve IPC-A-610 standartlarına uygun çalışıyor; her tasarımı çoklu DRC, sinyal bütünlüğü ve termal analiz adımlarından geçiriyoruz.
Son söz
Bu maddelerin hepsini aynı tasarımda yapmak elbette nadir, ama bir-iki tanesi neredeyse her prototipte çıkıyor. Tasarımı kuruluya verirken yarım saatinizi ayırıp baştan sona bu listeyle bir kez geçmek, sonradan günlerce harcayacağınız debug süresinden çok daha ucuz. Takıldığınız bir nokta varsa atölyeden geçerken uğrayın, kart üstünde konuşmak en hızlısı.