Печатна платка (PCB) се срещат в почти всички видове електронни устройства. Ако в едно оборудване има електронни компоненти, те също са вградени в различни размери на печатни платки. В допълнение към фиксирането на различни малки части, основната функция на печатната платка е да осигури електрически връзки между компонентите. Тъй като електронното оборудване става все по -сложно, са необходими все повече и повече части, а окабеляването и частите на печатната платка стават все по -плътни. Стандартната печатна платка изглежда така. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

Подложката на самата дъска е изработена от материал, който е изолиран и устойчив на огъване. Малкият материал, който може да се види на повърхността, е медно фолио. Първоначално медното фолио е покрито върху цялата дъска, а средната част е гравирана в производствения процес, а останалата част се превръща в мрежа от малки линии. Тези линии се наричат ​​проводници или проводници и се използват за осигуряване на електрически връзки към части на печатната платка.

За да закрепим части към печатната платка, запояваме техните щифтове директно към окабеляването. На основна печатна платка частите са концентрирани от едната страна, а проводниците от другата. Така че трябва да направим дупки в дъската, така че щифтовете да могат да преминават през дъската от другата страна, така че щифтовете на частите да са заварени от другата страна. Поради това предната и задната страна на печатни платки се наричат ​​съответно страна на компонента и страна на запояване.

Ако на печатната платка има части, които могат да бъдат отстранени или поставени отново след производството, Socket ще се използва за инсталиране на частите. Тъй като гнездото е директно заварено към дъската, частите могат да бъдат произволно разглобени. Щепсел ZIF (Zero InserTIon Force) позволява лесно поставяне и изваждане на части. Лостът до гнездото може да държи частите на място, след като ги поставите.

За да свържете два PCBS един към друг, обикновено се използва ръбов конектор. Златният пръст съдържа редица голи медни подложки, които всъщност са част от окабеляването на печатната платка. Обикновено за свързване вмъкваме златния пръст на една печатна платка в съответния слот (обикновено наричан разширителен слот) на другата печатна платка. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Зеленият или кафявият цвят на печатната платка е цветът на маската за запояване. Този слой е изолационен щит, който предпазва медната жица и предотвратява заваряването на части на грешното място. Друг копринен екран ще бъде отпечатан върху слоя за устойчивост на спойка. Обикновено се отпечатва с думи и символи (предимно бели), които показват позицията на частите на дъската. Screen printing surface is also known as icon surface

Легенда).

Едностранни дъски

Както споменахме, на основна печатна платка частите са концентрирани от едната страна, а проводниците от другата. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Тъй като единичните панели имаха много строги ограничения за дизайна на веригата (тъй като имаше само една страна, окабеляването не можеше да премине и трябваше да поеме по отделен път), само ранните схеми използваха такива платки.

Двустранни дъски

Платката има окабеляване от двете страни. Но за да използвате двата проводника, трябва да има правилни електрически връзки между двете страни. Този „мост“ между веригите се нарича направляващ отвор (VIA). Водещите отвори са малки дупки в печатната платка, пълни или покрити с метал, които могат да бъдат свързани към проводници от двете страни. 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.

Многослойни дъски

За да се увеличи площта, която може да бъде окабелена, се използват повече едностранни или двустранни кабелни табла. Многослойната дъска използва няколко двойни панела, като между всеки панел се поставя слой изолация и се залепва (пресова). Броят на слоевете на дъската представлява няколко независими слоя окабеляване, обикновено четен брой слоеве, включително най -външните два слоя. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. Повечето големи суперкомпютри използват доста слоеве дънни платки, но те са излезли от употреба, тъй като могат да бъдат заменени от клъстери обикновени компютри. 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.

Водещият отвор (VIA), който току -що споменахме, ако е приложен към двоен панел, трябва да бъде през цялата дъска

Но в многослойно, ако искате да свържете само някои от линиите, направляващите отвори могат да загубят част от линейното пространство в другите слоеве. 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. Заровените дупки са свързани само с вътрешната платка, така че светлината не се вижда от повърхността.

В многослойна печатна платка целият слой е директно свързан към заземяващия проводник и захранването. Така че ние класифицираме слоевете като сигнал, мощност или земя. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Технология на опаковане на части

Чрез технологията на дупките

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. Тази част заема много място и за всеки щифт се пробива по една дупка. Така че техните фуги всъщност заемат място от двете страни, а спойките са относително големи. От друга страна, частите THT са по -добре свързани към печатни платки, отколкото частите за повърхностно монтирана технология (SMT), за които ще говорим по -късно. Гнездата като кабелни контакти и подобни интерфейси трябва да са устойчиви на натиск, така че обикновено са пакети THT.

Повърхностно монтирана технология

За части с повърхностно монтирана технология (SMT) щифтът е заварен от една и съща страна с частите. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Повърхностно залепващите части могат дори да бъдат заварени от двете страни.

SMT също има по -малки части от THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. Така че не е изненада, че повечето от днешните PCBS са SMT.

Тъй като спойките и щифтовете на частите са много малки, е много трудно да ги заварявате ръчно. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

Процесът на проектиране

В дизайна на печатни платки всъщност има много дълги стъпки, които трябва да преминете преди официалното окабеляване. Следният е основният процес на проектиране:

The system specifications

На първо място, трябва да се планират системните спецификации на електронното оборудване. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Следващата стъпка е създаването на функционална блокова схема на системата. Връзката между квадратите също трябва да бъде маркирана.

Divide the system into several PCBS

Разделянето на системата на няколко PCBS не само намалява размера, но също така дава възможност на системата да надгражда и сменя части. 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.

Определете метода на опаковане, който ще се използва, и размера на всяка печатна платка

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. Качеството и скоростта на електрическата схема също трябва да се вземат предвид при избора на технология.

Начертайте схематични схеми на всички печатни платки

Подробностите за взаимовръзките между частите трябва да бъдат показани в скицата. ПХБ във всички системи трябва да бъдат описани и повечето от тях в момента използват CAD (Computer Aided Design). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Принципиална схема на веригата на печатни платки

Preliminary design of simulation operation

За да се гарантира, че проектираната електрическа схема работи, първо трябва да се симулира с помощта на компютърен софтуер. Такъв софтуер може да чете чертежи и да показва как веригата работи по много начини. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

Начинът на поставяне на части зависи от това как са свързани помежду си. Те трябва да бъдат свързани с пътя по най -ефективния начин. Ефективното окабеляване означава възможно най -краткото окабеляване и по -малко слоеве (което също намалява броя на направляващите отвори), но ще се върнем към това при действителното окабеляване. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Тествайте възможностите за окабеляване с правилна работа при висока скорост

Някои от съвременния компютърен софтуер могат да проверят дали разположението на всеки компонент може да бъде правилно свързано или да провери дали може да работи правилно при висока скорост. Тази стъпка се нарича подреждане на части, но няма да отидем твърде далеч в това. Ако има проблем с конструкцията на веригата, частите могат също да бъдат пренаредени, преди веригата да бъде изнесена на полето.

Експортна схема на печатна платка

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Тази стъпка обикновено е напълно автоматизирана, въпреки че обикновено са необходими ръчни промени. Below is the wire template for 2 laminates. Червената и синята линия представляват съответно слоя от печатни платки и заваръчния слой. Белият текст и квадратите представляват маркировките върху повърхността на ситопечат. Червените точки и кръгове представляват пробиване и водене на отвори. Най -вдясно можем да видим златния пръст върху заваръчната повърхност на печатната платка. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Всеки дизайн трябва да съответства на набор от правила, като минимални запазени празнини между линиите, минимални ширини на линиите и други подобни практически ограничения. Тези спецификации варират в зависимост от скоростта на веригата, силата на сигнала, който трябва да се предава, чувствителността на веригата към консумация на енергия и шум и качеството на материала и производственото оборудване. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. За да се намалят разходите за печатни платки, като същевременно се намали броят на слоевете, е необходимо също така да се обърне внимание дали тези разпоредби все още са спазени. Ако са необходими повече от 2 слоя, енергийният слой и заземяващият слой обикновено се използват, за да се избегне повлияване на предавания сигнал върху сигналния слой и може да се използва като щит на сигналния слой.

Тел след верига

За да сте сигурни, че линията работи правилно зад проводника, тя трябва да премине последния тест. Този тест също проверява за неправилни връзки и всички връзки следват схематичната диаграма.

Установете и подайте

Тъй като в момента има много CAD инструменти за проектиране на PCBS, производителите трябва да имат профил, който отговаря на стандартите, преди да могат да произвеждат дъски. Има няколко стандартни спецификации, но най -често срещаната е спецификацията на Gerber Files. Набор от файлове на Gerber включва план за всеки сигнал, мощност и заземен слой, план на слоя за устойчивост на спойка и повърхността на ситопечат и определени файлове за пробиване и изместване.

Electromagnetic compatibility problem

Електронните устройства, които не са проектирани според спецификациите за електромагнитна съвместимост, е вероятно да излъчват електромагнитна енергия и да пречат на близките уреди. EMC налага максимални граници за електромагнитни смущения (EMI), електромагнитно поле (EMF) и радиочестотни смущения (RFI). Този регламент може да осигури нормалната работа на уреда и други уреди в близост. EMC налага строги ограничения за количеството енергия, което може да бъде разпръснато или предадено от едно устройство на друго и е предназначено да намали чувствителността към външни ЕМП, EMI, RFI и т.н. С други думи, целта на този регламент е да предотврати навлизането или излъчването на електромагнитна енергия от устройството. Това е много труден за решаване проблем и обикновено се решава чрез използване на захранващи и заземяващи слоеве или поставяне на PCBS в метални кутии. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. Няма да отидем твърде далеч в тези въпроси.

Максималната скорост на веригата зависи от съответствие с EMC. Вътрешните EMI, като загуба на ток между проводници, се увеличават с увеличаване на честотата. Ако текущата разлика между двете е твърде голяма, не забравяйте да удължите разстоянието между тях. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Скоростта на забавяне на окабеляването също е важна, така че колкото по -къса е дължината, толкова по -добре. Така че малка печатна платка с добро окабеляване ще работи по -добре при високи скорости, отколкото голяма печатна платка.