Štampana ploča (PCB) nalaze se u gotovo svim vrstama elektroničkih uređaja. Ako u nekom komadu opreme postoje elektroničke komponente, one su također ugrađene u različite veličine PCB -a. Osim pričvršćivanja različitih malih dijelova, glavna funkcija PCB -a je osiguravanje električnih veza između komponenti. Kako elektronička oprema postaje sve složenija, potrebno je sve više dijelova, a ožičenje i dijelovi na PCB -u postaju sve gušći. Standardna štampana ploča izgleda otprilike ovako. Gola ploča (bez dijelova na njoj) često se naziva i „Odštampana ožična ploča (PWB).

Podloga same ploče izrađena je od materijala koji je izoliran i otporan na savijanje. Materijal male linije koji se može vidjeti na površini je bakrena folija. U početku je bakrena folija prekrivena cijelom pločom, a srednji dio se urezuje u procesu proizvodnje, a preostali dio postaje mreža malih linija. Ove se linije nazivaju vodiči ili vodiči i koriste se za osiguravanje električnih veza dijelova na PCB -u.

Za pričvršćivanje dijelova na tiskanu ploču lemili smo njihove igle direktno na ožičenje. Na osnovnom PCB -u dijelovi su koncentrirani s jedne strane, a žice s druge strane. Zato moramo napraviti rupe na ploči tako da igle mogu proći kroz ploču na drugu stranu, tako da su igle dijelova zavarene na drugu stranu. Zbog toga se prednja i zadnja strana PCB -a nazivaju strana komponente i strana lemljenja.

Ako na ploči postoje dijelovi koji se mogu ukloniti ili vratiti nakon proizvodnje, Socket će se koristiti za ugradnju dijelova. Budući da je utičnica izravno zavarena na ploču, dijelovi se mogu proizvoljno rastaviti. ZIF (Zero InserTIon Force) utikač omogućava jednostavno umetanje i uklanjanje dijelova. Poluga pored utičnice može držati dijelove na mjestu nakon što ih umetnete.

Za povezivanje dva PCBS -a međusobno se obično koristi rubni konektor. Zlatni prst sadrži niz golih bakrenih jastučića koji su zapravo dio ožičenja PCB -a. Uobičajeno, za povezivanje, ubacujemo zlatni prst na jednom PCB -u u odgovarajući utor (obično se naziva utor za proširenje) na drugom PCB -u. U računarima su kartice za prikaz, zvučne kartice i slične kartice za povezivanje povezane s matičnom pločom pomoću zlatnog prsta.

Zelena ili smeđa boja na PCB -u je boja maske za lemljenje. Ovaj sloj je izolacijski štit koji štiti bakrenu žicu i sprječava zavarivanje dijelova na pogrešno mjesto. Još jedan sitotisak bit će odštampan na sloju otpornosti na lemljenje. Obično se štampa riječima i simbolima (uglavnom bijelim) koji označavaju položaj dijelova na ploči. Površina sito štampe poznata je i kao površina ikona

Legenda).

Jednostrane ploče

Kao što smo spomenuli, na osnovnom PCB -u dijelovi su koncentrirani s jedne strane, a žice s druge strane. Budući da se žica pojavljuje samo na jednoj strani, ovu vrstu TIP-a nazivamo jednostrano. Budući da su pojedinačni paneli imali mnogo strogih ograničenja u dizajnu kruga (jer je postojala samo jedna strana, ožičenje nije moglo prijeći i moralo je ići odvojenim putem), samo su rani krugovi koristili takve ploče.

Dvostrane ploče

Pločica ima ožičenje s obje strane. No da biste mogli koristiti obje žice, moraju postojati odgovarajuće električne veze između dvije strane. Ovaj “most” između kola naziva se rupa za vođenje (VIA). Rupe za vođenje su male rupe na PCB -u ispunjene ili presvučene metalom koje se mogu spojiti na žice s obje strane. Budući da dvostruka ploča ima dvostruko veću površinu od jedne ploče i zato što se ožičenje može ispreplesti (može se namotati na drugu stranu), bolje je za složenija kola od jedne ploče.

Višeslojne ploče

Kako bi se povećala površina koja se može ožičiti, koristi se više jednostranih ili dvostranih ožičenih ploča. Višeslojna ploča koristi nekoliko dvostrukih ploča, a sloj izolacije postavlja se između svake ploče i lijepi (prešano). Broj slojeva ploče predstavlja nekoliko nezavisnih slojeva ožičenja, obično paran broj slojeva, uključujući dva najudaljenija sloja. Većina matičnih ploča izgrađena je sa četiri do osam slojeva, ali je tehnički moguće izgraditi do 100 slojeva PCBS -a. Većina velikih superračunara koristi nekoliko slojeva matičnih ploča, ali su ispali iz upotrebe jer se mogu zamijeniti klasterima običnih računara. Budući da su slojevi na PCB -u tako čvrsto integrirani, nije uvijek lako vidjeti stvarni broj, ali ako pažljivo pogledate matičnu ploču, možda ćete to moći.

Rupa za vođenje (VIA) koju smo upravo spomenuli, ako se nanese na dvostruku ploču, mora proći kroz cijelu ploču

Ali u višeslojnom, ako samo želite spojiti neke linije, rupe za vođenje mogu izgubiti dio prostora za linije u drugim slojevima. Ukopane i slijepe vias izbjegavaju ovaj problem jer prodiru samo u nekoliko slojeva. Slepe rupe povezuju nekoliko slojeva unutrašnjeg PCBS -a sa površinskim PCBS -om bez prodiranja kroz celu ploču. Ukopane rupe povezane su samo s unutarnjom PCB -om, tako da se svjetlost ne vidi s površine.

U višeslojnoj PCB -i, cijeli sloj je direktno povezan sa žicom za uzemljenje i napajanjem. Stoga klasificiramo slojeve kao signalne, energetske ili uzemljene. Ako dijelovi na PCB -u zahtijevaju različita napajanja, obično imaju više od dva sloja napajanja i žice.

Tehnologija pakiranja dijelova

Kroz tehnologiju rupa

Tehnika postavljanja dijelova na jednu stranu ploče i zavarivanje igala na drugu stranu naziva se inkapsulacija “Kroz tehnologiju rupa (THT)”. Ovaj dio zauzima puno prostora, a za svaku iglu izbušena je jedna rupa. Tako njihovi spojevi zapravo zauzimaju prostor s obje strane, a lemni spojevi su relativno veliki. S druge strane, THT dijelovi su bolje povezani s PCB -om nego dijelovi sa površinski montiranom tehnologijom (SMT), o čemu ćemo kasnije govoriti. Utičnice poput žičnih utičnica i sličnih sučelja moraju biti otporne na pritisak, pa su to obično THT paketi.

Tehnologija površinske montaže

Za dijelove tehnologije površinske montaže (SMT), zatik je zavaren na istoj strani s dijelovima. Ova tehnika ne buši rupe na PCB -u za svaki zatik.

Površinski ljepljivi dijelovi mogu se čak i zavariti s obje strane.

SMT takođe ima manje dijelove od THT -a. U poređenju sa PCB sa THT delovima, PCB sa SMT tehnologijom je mnogo gušći. Delovi SMT paketa su takođe jeftiniji od THT -a. Stoga ne čudi što je većina današnjih PCBS -a SMT.

Budući da su lemni spojevi i igle dijelova vrlo mali, vrlo ih je teško zavariti ručno. Međutim, s obzirom na to da je trenutna montaža potpuno automatizirana, ovaj će se problem pojaviti samo pri popravljanju dijelova.

Proces projektovanja

U dizajnu PCB -a, zapravo je potrebno proći jako mnogo koraka prije formalnog ožičenja. Slijedi glavni proces projektiranja:

Specifikacije sistema

Prije svega, treba planirati sistemske specifikacije elektroničke opreme. Pokriva funkcionalnost sistema, ograničenja troškova, veličinu, rad itd.

Blok dijagram funkcije sistema

Sljedeći korak je stvaranje funkcionalnog blok dijagrama sistema. Odnos između kvadrata takođe mora biti označen.

Podijelite sistem na nekoliko PCBS -a

Podjelom sistema na nekoliko PCBS -a ne samo da se smanjuje veličina, već se sistemu daje mogućnost nadogradnje i zamjene dijelova. Blok dijagram sistemskih funkcija pruža osnovu za našu segmentaciju. Računari se, na primjer, mogu podijeliti na matične ploče, kartice za prikaz, zvučne kartice, diskete, napajanja itd.

Odredite način pakiranja koji će se koristiti i veličinu svakog PCB -a

Nakon što se utvrdi tehnologija i broj korištenih kola za svaku PCB, sljedeći korak je određivanje veličine ploče. Ako je dizajn prevelik, morat će se promijeniti tehnologija pakiranja ili ponovno podijeliti radnju. Kvalitetu i brzinu dijagrama kola također treba uzeti u obzir pri odabiru tehnologije.

Nacrtajte shematske dijagrame svih PCB -a

Detalji o međusobnim vezama između dijelova trebaju biti prikazani na skici. PCB u svim sistemima mora biti opisan, a većina njih trenutno koristi CAD (Computer Aided Design). Evo primjera CircuitMakerTM dizajna.

Shematski dijagram PCB kola

Idejno rješenje simulacijskog rada

Kako bi se osiguralo da dizajnirani dijagram kola funkcionira, prvo ga se mora simulirati pomoću računalnog softvera. Takav softver može čitati nacrte i na mnogo načina pokazati kako kolo funkcionira. Ovo je mnogo učinkovitije nego zapravo napraviti uzorak PCB -a, a zatim ga ručno izmjeriti.

Postavite dijelove na PCB

Način postavljanja dijelova ovisi o tome kako su međusobno povezani. Moraju biti povezani na stazu na najefikasniji način. Učinkovito ožičenje znači najkraće moguće ožičenje i manje slojeva (što također smanjuje broj rupa za vođenje), ali na to ćemo se vratiti u stvarnom ožičenju. Evo kako sabirnica izgleda na PCB -u. Postavljanje je važno kako bi svaki dio imao savršeno ožičenje.

Testirajte mogućnosti ožičenja s ispravnim radom pri velikoj brzini

Neki današnji računalni softver može provjeriti može li se postavljanje svake komponente pravilno povezati ili provjeriti može li ispravno raditi velikom brzinom. Ovaj korak se naziva sređivanje dijelova, ali nećemo ići predaleko u ovo. Ako postoji problem s dizajnom kola, dijelovi se također mogu preurediti prije nego što se kolo izvozi u polje.

Izvozni krug na PCB -u

Veze na skici sada će izgledati kao ožičenje na terenu. Ovaj korak je obično potpuno automatiziran, iako su obično potrebne ručne izmjene. Ispod je predložak žice za 2 laminata. Crvena i plava linija predstavljaju sloj dijelova PCB -a i sloj za zavarivanje. Bijeli tekst i kvadrati predstavljaju oznake na površini sito štampe. Crvene točkice i krugovi predstavljaju bušenje i vođenje rupa. Krajnje desno možemo vidjeti zlatni prst na površini za zavarivanje PCB -a. Konačni sastav ove PCB -e često se naziva radnim umjetničkim djelom.

Svaki dizajn mora biti u skladu sa nizom pravila, kao što su minimalni rezervirani razmaci između linija, minimalne širine linija i druga slična praktična ograničenja. Ove specifikacije variraju ovisno o brzini kruga, jačini signala koji se prenosi, osjetljivosti kruga na potrošnju energije i buku te kvaliteti materijala i proizvodne opreme. Ako se jačina struje poveća, mora se povećati i debljina žice. Kako bi se smanjili troškovi PCB -a, uz smanjenje broja slojeva, potrebno je obratiti pažnju i na to jesu li ovi propisi još uvijek ispunjeni. Ako su potrebna više od 2 sloja, energetski sloj i sloj tla obično se koriste za izbjegavanje utjecaja na prijenos signala na signalnom sloju i mogu se koristiti kao oklop signalnog sloja.

Žica nakon ispitivanja kruga

Kako bi bili sigurni da žica radi ispravno iza žice, mora proći završni test. Ovaj test također provjerava ima li pogrešnih veza, a sve veze slijede shematski dijagram.

Uspostavite i arhivirajte

Budući da trenutno postoji mnogo CAD alata za projektiranje PCBS -a, proizvođači moraju imati profil koji zadovoljava standarde prije nego što mogu proizvesti ploče. Postoji nekoliko standardnih specifikacija, ali najčešća je specifikacija Gerber Files. Skup Gerberovih datoteka uključuje plan svakog signala, snage i sloja zemlje, plan sloja otpora lemljenja i površine za sito štampanje, te određene datoteke bušenja i istiskivanja.

Problem elektromagnetske kompatibilnosti

Elektronički uređaji koji nisu dizajnirani prema EMC specifikacijama vjerojatno će emitirati elektromagnetsku energiju i ometati uređaje u blizini. EMC nameće maksimalna ograničenja na elektromagnetske smetnje (EMI), elektromagnetsko polje (EMF) i radiofrekventne smetnje (RFI). Ovaj propis može osigurati normalan rad aparata i drugih aparata u blizini. EMC nameće stroga ograničenja količine energije koja se može raspršiti ili prenijeti s jednog uređaja na drugi, a dizajnirana je tako da smanji osjetljivost na vanjske EMF, EMI, RFI itd. Drugim riječima, svrha ovog propisa je spriječiti ulazak elektromagnetne energije u uređaj ili njegovo emitiranje iz njega. Ovo je vrlo težak problem za rješavanje i obično se rješava upotrebom slojeva za napajanje i uzemljenje ili stavljanjem PCBS -a u metalne kutije. Napajanje i uzemljeni slojevi štite signalni sloj od smetnji, a metalna kutija radi jednako dobro. Nećemo ići predaleko u ova pitanja.

Maksimalna brzina kruga ovisi o usklađenosti EMC -a. Interni EMI, poput gubitka struje između vodiča, povećava se kako frekvencija raste. Ako je trenutna razlika između njih dvije prevelika, svakako produžite udaljenost između njih. Ovo nam također govori kako izbjeći visoki napon i smanjiti trenutnu potrošnju strujnog kruga. Brzina kašnjenja u ožičenju je također važna, pa što je kraća dužina, to bolje. Tako će mala PCB s dobrim ožičenjem raditi bolje pri velikim brzinama od velike PCB -a.