Друкаваная плата (Друкаваная плата) сустракаюцца практычна ва ўсіх электронных прыладах. Калі ў абсталяванні ёсць электронныя кампаненты, яны таксама ўбудоўваюцца ў друкаваную плату розных памераў. У дадатак да фіксацыі розных дробных дэталяў, асноўная функцыя друкаванай платы – забеспячэнне электрычных злучэнняў паміж кампанентамі. Паколькі электроннае абсталяванне становіцца ўсё больш складаным, усё больш і больш дэталяў патрабуецца, а праводка і дэталі на друкаванай плаце становяцца ўсё больш шчыльнымі. Стандартная друкаваная плата выглядае прыкладна так. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

Падкладка самой дошкі зроблена з матэрыялу, які ізаляваны і ўстойлівы да выгібу. Маленькі лінейны матэрыял, які можна ўбачыць на паверхні, – гэта медная фальга. Першапачаткова медная фальга пакрыта ўсёй дошкай, а сярэдняя частка вытраўляецца ў працэсе вытворчасці, а астатняя частка становіцца сеткай невялікіх ліній. Гэтыя лініі называюцца правадырамі або правадырамі і выкарыстоўваюцца для забеспячэння электрычных злучэнняў з часткамі на друкаванай плаце.

Каб замацаваць дэталі на друкаванай плаце, мы прыпаялі іх штыфты непасрэдна да праводкі. На базавай друкаванай плаце дэталі сканцэнтраваны з аднаго боку, а драты – з другога. Такім чынам, нам трэба зрабіць адтуліны ў дошцы, каб шпількі маглі праходзіць праз дошку ў іншы бок, каб штыфты дэталяў прыварваліся да іншага боку. З -за гэтага пярэдняя і задняя бакі друкаванай платы называюцца адпаведна кампанентам і прыпоем.

Калі на друкаванай плаце ёсць дэталі, якія можна выдаліць або зноў надзець пасля вырабу, Socket будзе выкарыстоўвацца для ўстаноўкі дэталяў. Паколькі гняздо непасрэдна зварваецца з платай, дэталі можна адвольна разбіраць. Раз’ём ZIF (Zero InserTIon Force) дазваляе лёгка ўстаўляць і вымаць дэталі. Рычаг побач з разеткай можа ўтрымліваць дэталі на месцы пасля іх устаўлення.

Для злучэння двух PCBS адзін з адным звычайна выкарыстоўваецца кантавы раз’ём. Залаты палец змяшчае шэраг аголеных медных пракладак, якія на самой справе з’яўляюцца часткай праводкі на друкаванай плаце. Звычайна для падлучэння мы ўстаўляем залаты палец на адну друкаваную плату ў адпаведны слот (звычайна называецца слот пашырэння) на іншай друкаванай плаце. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Зялёны або карычневы колер на друкаванай плаце – гэта колер паяльнай маскі. Гэты пласт з’яўляецца ізаляцыйным шчытом, які абараняе медны дрот і прадухіляе зварванне дэталяў у неналежным месцы. Яшчэ адна шаўкаграфія будзе надрукаваная на пласце супраціву прыпою. Звычайна ён надрукаваны словамі і сімваламі (пераважна белага колеру) для пазначэння становішча частак на дошцы. Screen printing surface is also known as icon surface

Легенда).

Аднабаковыя дошкі

Як мы ўжо згадвалі, на базавай друкаванай плаце дэталі сканцэнтраваны з аднаго боку, а драты – з другога. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Паколькі адзінкавыя панэлі мелі мноства строгіх абмежаванняў на канструкцыю схемы (паколькі была толькі адна бок, праводка не магла перасякацца і мусіла ісці па асобным шляху), толькі раннія схемы выкарыстоўвалі такія платы.

Двухбаковыя дошкі

Плата мае праводку з абодвух бакоў. Але для таго, каб выкарыстоўваць абодва правады, паміж двума бакамі павінны быць належныя электрычныя злучэнні. Гэты «мост» паміж контурамі называецца накіроўвалым адтулінай (VIA). Накіроўвалыя адтуліны – гэта невялікія адтуліны на друкаванай плаце, запоўненыя або пакрытыя металам, якія можна падключыць да правадоў з абодвух бакоў. Because a dual panel has twice the area of a single panel, and because the wiring can be interlaced (it can be wound around to the other side), it is better for more complex circuits than a single panel.

Шматслаёвыя дошкі

Для таго, каб павялічыць плошчу, якую можна падлучыць правадамі, выкарыстоўваюцца больш аднабаковых або двухбаковых праводных дошак. У шматслаёвай дошцы выкарыстоўваецца некалькі падвойных панэляў, а пласт ізаляцыі размяшчаецца паміж кожнай панэллю і склейваецца (прыціскаецца). Колькасць слаёў дошкі ўяўляе сабой некалькі незалежных праслоек праводкі, звычайна гэта цотная колькасць слаёў, у тым ліку два крайніх пласта. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. У большасці вялікіх суперкампутараў выкарыстоўваецца даволі шмат слаёў мацярынскіх плат, але яны выйшлі з ужытку, бо іх можна замяніць кластарамі звычайных кампутараў. Because the layers in a PCB are so tightly integrated, it’s not always easy to see the actual number, but if you look closely at the motherboard, you might be able to.

Накіроўвальнае адтуліну (VIA), якое мы толькі што згадалі, калі яно ўжываецца да падвойнай панэлі, павінна праходзіць праз усю дошку

Але ў шматслойным, калі вы хочаце злучыць толькі некаторыя лініі, накіроўвалыя адтуліны могуць выдаткаваць частку месца для радкоў у іншых пластах. Buried vias and Blind vias avoid this problem because they only penetrate a few layers. Blind holes connect several layers of internal PCBS to surface PCBS without penetrating the entire board. Закапаныя адтуліны падключаюцца толькі да ўнутранай друкаванай платы, таму святло не бачны з паверхні.

У шматслойнай друкаванай плаце ўвесь пласт непасрэдна падлучаны да провада зазямлення і крыніцы харчавання. Такім чынам, мы класіфікуем пласты як сігнал, магутнасць або зямля. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Тэхналогія ўпакоўкі дэталяў

Праз тэхналогію адтуліны

The technique of placing parts on one side of the board and welding the pins to the other side is called “Through Hole Technology (THT)” encapsulation. Гэтая частка займае шмат месца, і для кожнага штыфта прасвідроўваецца адно адтуліну. Такім чынам, іх стыкі займаюць месца з абодвух бакоў, а паяльныя злучэнні адносна вялікія. З іншага боку, дэталі THT лепш падключаюцца да друкаванай платы, чым часткі паверхневай тэхналогіі (SMT), пра што мы пагаворым пазней. Разеткі, такія як правадныя разеткі і падобныя інтэрфейсы, павінны быць устойлівымі да ціску, таму звычайна гэта пакеты THT.

Паверхневая тэхналогія

Для дэталяў паверхневай тэхналогіі (SMT) штыфт зварваецца з аднаго боку з дэталямі. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Паверхневыя клеючыя часткі можна нават зварваць з абодвух бакоў.

SMT таксама мае меншыя часткі, чым THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. Таму не дзіўна, што большасць сучасных PCBS – гэта SMT.

Паколькі паяльныя злучэнні і штыфты дэталяў вельмі малыя, зварваць іх уручную вельмі складана. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

Працэс праектавання

У канструкцыі друкаванай платы перад афіцыйнай праводкай трэба прайсці вельмі доўгія крокі. Ніжэй прыведзены асноўны працэс праектавання:

The system specifications

Перш за ўсё, варта спланаваць сістэмныя характарыстыкі электроннага абсталявання. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Наступны крок – стварэнне функцыянальнай блок -схемы сістэмы. Таксама трэба адзначыць адносіны паміж квадратамі.

Divide the system into several PCBS

Дзяленне сістэмы на некалькі PCBS не толькі памяншае памер, але і дае сістэме магчымасць абнаўляць і мяняць дэталі. The system function block diagram provides the basis for our segmentation. Computers, for example, can be divided into motherboards, display cards, sound cards, floppy disk drives, power supplies, and so on.

Вызначце спосаб упакоўкі і памер кожнай друкаванай платы

Once the technology and the number of circuits used for each PCB has been determined, the next step is to determine the size of the board. If the design is too large, then packaging technology will have to change, or re-split the action. Пры выбары тэхналогіі таксама варта ўлічваць якасць і хуткасць электрасхемы.

Намалюйце схематычныя схемы ўсіх друкаваных плат

Падрабязнасці ўзаемасувязяў паміж часткамі павінны быць паказаны на эскізе. Павінна быць апісана друкаваная плата ва ўсіх сістэмах, і большасць з іх у цяперашні час выкарыстоўваюць CAD (Computer Aided Design). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Прынцыповая схема схемы друкаванай платы

Preliminary design of simulation operation

Каб пераканацца, што распрацаваная схема працуе, яе трэба спачатку змадэляваць з дапамогай кампутарнага праграмнага забеспячэння. Такое праграмнае забеспячэнне можа чытаць чарцяжы і паказваць, як працуе схема ў многіх адносінах. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

Спосаб размяшчэння дэталяў залежыць ад таго, як яны злучаны паміж сабой. Яны павінны быць найбольш эфектыўна падлучаны да шляху. Эфектыўная праводка азначае максімальна кароткую праводку і меншую колькасць слаёў (што таксама памяншае колькасць накіроўвалых адтулін), але мы вернемся да гэтага на самой справе. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Праверце магчымасці праводкі пры правільнай працы на высокай хуткасці

Некаторыя з сучасных камп’ютэрных праграм могуць праверыць, ці можна правільна падключыць размяшчэнне кожнага кампанента, або праверыць, ці можа ён правільна працаваць на высокай хуткасці. Гэты крок называецца размяшчэннем частак, але мы не будзем заходзіць занадта далёка ў гэта. Калі ўзнікаюць праблемы з канструкцыяй схемы, дэталі можна таксама пераставіць да экспарту схемы ў палявых умовах.

Экспартная схема на друкаванай плаце

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Гэты крок звычайна цалкам аўтаматызаваны, хоць звычайна патрабуюцца змены ўручную. Below is the wire template for 2 laminates. Чырвоная і сіняя лініі ўяўляюць пласт дэталяў друкаванай платы і зварачны пласт адпаведна. Белы тэкст і квадраты ўяўляюць сабой маркіроўку на паверхні трафарэтнай друку. Чырвоныя кропкі і кругі ўяўляюць сабой свідраванне і накіроўвалыя адтуліны. Справа справа мы бачым залаты палец на зварачнай паверхні друкаванай платы. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Кожны дызайн павінен адпавядаць набору правілаў, такім як мінімальныя зарэзерваваныя прамежкі паміж радкамі, мінімальная шырыня лініі і іншыя падобныя практычныя абмежаванні. Гэтыя характарыстыкі адрозніваюцца ў залежнасці ад хуткасці ланцуга, сілы сігналу, які будзе перадавацца, адчувальнасці ланцуга да энергаспажывання і шуму, а таксама якасці матэрыялу і вытворчага абсталявання. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. Для таго, каб знізіць выдаткі на друкаваную плату і пры гэтым скараціць колькасць слаёў, неабходна таксама звярнуць увагу на тое, ці выконваюцца гэтыя правілы. Калі патрабуецца больш за 2 слаёў, звычайна выкарыстоўваюць сілавы і зазямляльны пласты, каб пазбегнуць пашкоджання перадачы сігналу на сігнальным пласце, і могуць выкарыстоўвацца ў якасці шчыта сігнальнага пласта.

Провад пасля тэсту ланцуга

Каб пераканацца, што лінія працуе правільна за дротам, яна павінна прайсці апошняе выпрабаванне. Гэты тэст таксама правярае наяўнасць няправільных злучэнняў, і ўсе злучэнні ідуць па прынцыповай схеме.

Усталяваць і падаць

Паколькі ў цяперашні час існуе мноства інструментаў САПР для праектавання друкаваных плат, перад вытворчасцю пліт вытворцы павінны мець профіль, які адпавядае стандартам. Ёсць некалькі стандартных спецыфікацый, але найбольш распаўсюджанай з’яўляецца спецыфікацыя файлаў Gerber. Набор файлаў Gerber ўключае план кожнага сігналу, магутнасці і зазямляльнага пласта, план пласта супраціву прыпоя і паверхні трафарэтнай друку, а таксама зададзеныя файлы свідравання і выцяснення.

Electromagnetic compatibility problem

Электронныя прылады, якія не распрацаваны ў адпаведнасці са спецыфікацыямі ЭМС, верагодна, будуць выпраменьваць электрамагнітную энергію і перашкаджаць прыборам, размешчаным паблізу. ЭМС накладае максімальныя межы на электрамагнітныя перашкоды (EMI), электрамагнітнае поле (EMF) і радыёчастотныя перашкоды (RFI). Гэта рэгуляванне можа забяспечыць нармальную працу прыбора і іншых прыбораў паблізу. ЭМС накладвае строгія абмежаванні на колькасць энергіі, якая можа быць рассеяна або перададзена з адной прылады на іншую, і прызначана для зніжэння ўспрымальнасці да знешніх ЭМП, ЭМП, RFI і г.д. Іншымі словамі, мэта гэтага рэгулявання заключаецца ў прадухіленні траплення электрамагнітнай энергіі ў прыладу. Гэтая праблема вельмі цяжкая для вырашэння, і звычайна яна вырашаецца з выкарыстаннем сілавых і зазямляльных слаёў або ўкладаннем друкаваных плат у металічныя скрыні. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. Мы не будзем занадта далёка заходзіць у гэтыя пытанні.

Максімальная хуткасць ланцуга залежыць ад адпаведнасці ЭМС. Унутраныя EMI, такія як страты току паміж правадырамі, павялічваюцца з ростам частоты. Калі розніца току паміж імі занадта вялікая, не забудзьцеся павялічыць адлегласць паміж імі. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Хуткасць затрымкі праводкі таксама важная, таму чым карацейшая даўжыня, тым лепш. Такім чынам, маленькая друкаваная плата з добрай праводкай будзе працаваць лепш на высокіх хуткасцях, чым вялікая друкаваная плата.