Placa de circuit imprès (PCB) es troben en gairebé tots els tipus de dispositius electrònics. Si hi ha components electrònics en un equip, també s’incorporen a diverses mides de PCB. A més de fixar diverses peces petites, la funció principal del PCB és proporcionar connexions elèctriques entre els components. A mesura que els equips electrònics són cada vegada més complexos, es necessiten més i més peces, i el cablejat i les peces del PCB es tornen cada vegada més densos. Un PCB estàndard té un aspecte semblant. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

The substrate of the board itself is made of a material that is insulated and resistant to bending. El petit material que es pot veure a la superfície és la làmina de coure. Originalment, la làmina de coure estava coberta a tota la placa i la part mitjana es queda gravada en el procés de fabricació, i la part restant es converteix en una xarxa de línies petites. Aquestes línies s’anomenen conductors o conductors i s’utilitzen per proporcionar connexions elèctriques a les parts del PCB.

Per assegurar les peces al PCB, soldem els seus pins directament al cablejat. En un PCB bàsic, les parts es concentren per un costat i els cables es concentren per l’altre. Per tant, hem de fer forats al tauler perquè els passadors puguin passar pel tauler cap a l’altre costat, de manera que els passadors de les peces es soldin a l’altre costat. A causa d’això, els costats frontal i posterior d’un PCB s’anomenen costat de component i costat de soldadura, respectivament.

Si hi ha peces al PCB que es poden treure o tornar a posar després de fabricar-les, s’utilitzarà Socket per instal·lar-les. Com que el sòcol es solda directament a la placa, es poden desmuntar arbitràriament les peces. Un endoll ZIF (Zero InserTIon Force) permet inserir i treure peces fàcilment. La palanca que hi ha al costat del sòcol pot mantenir les peces al seu lloc després d’inserir-les.

Per connectar dos PCBS entre si, s’utilitza normalment un connector de vora. El dit daurat conté una sèrie de coixinets de coure nus que realment formen part del cablejat del PCB. Normalment, per connectar-nos, inserim el dit daurat en un PCB a la ranura adequada (normalment anomenada ranura d’expansió) a l’altra PCB. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

El color verd o marró del PCB és el color de la màscara de soldar. Aquesta capa és un escut aïllant que protegeix el fil de coure i evita que les peces es soldin al lloc equivocat. S’imprimirà una altra serigrafia a la capa de resistència a la soldadura. Normalment s’imprimeix amb paraules i símbols (la majoria blancs) per indicar la posició de les parts al tauler. Screen printing surface is also known as icon surface

Llegenda).

Taulers d’una cara

Com hem esmentat, en un PCB bàsic, les parts es concentren per un costat i els cables es concentren per l’altre. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Com que els panells individuals tenien moltes restriccions estrictes en el disseny del circuit (perquè només hi havia un costat, el cablejat no es podia creuar i havia de seguir un camí diferent), només els primers circuits utilitzaven aquestes plaques.

Taulers de doble cara

La placa de circuit té cablejat a banda i banda. Però per utilitzar tots dos cables, ha d’haver connexions elèctriques adequades entre els dos costats. Aquest “pont” entre circuits s’anomena forat de guia (VIA). Els orificis de guia són petits orificis del PCB farcits o recoberts de metall que es poden connectar a cables de les dues cares. 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.

Taulers multicapa

Per augmentar la superfície que es pot cablejar, s’utilitzen més plaques de cablejat de doble cara o simples. El tauler multicapa utilitza diversos panells dobles i es col·loca una capa d’aïllament entre cada panell i s’enganxa (premsa). El nombre de capes de la placa representa diverses capes de cablejat independents, normalment un nombre parell de capes, incloses les dues capes més externes. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. La majoria de superordinadors grans utilitzen bastantes capes de plaques base, però han quedat fora d’ús ja que poden ser substituïdes per clústers d’ordinadors normals. 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.

El forat de guia (VIA) que acabem d’esmentar, si s’aplica a un doble panell, ha de passar per tota la placa

Però en una multicapa, si només voleu connectar algunes de les línies, els forats de guia poden malgastar part de l’espai de la línia a les altres capes. 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. Els forats enterrats només es connecten al PCB intern, de manera que la llum no és visible des de la superfície.

En un PCB multicapa, tota la capa està connectada directament al cable de terra i a la font d’alimentació. Per tant, classifiquem les capes com a Senyal, Potència o Terra. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Tecnologia d’embalatge de peces

A través de la tecnologia Hole

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. Aquesta part ocupa molt d’espai i es fa un forat per a cada passador. Per tant, les seves juntes ocupen espai a banda i banda i les juntes de soldadura són relativament grans. D’altra banda, les parts THT estan millor connectades a PCB que les parts de tecnologia de muntatge superficial (SMT), de les quals parlarem més endavant. Els endolls com els endolls amb cable i interfícies similars han de ser tolerants a la pressió, de manera que solen ser paquets THT.

Tecnologia muntada en superfície

Per a les peces de tecnologia de muntatge superficial (SMT), el passador es solda al mateix costat amb les peces. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Les peces adhesives superficials es poden soldar fins i tot per les dues cares.

SMT també té parts més petites que THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. So it’s no surprise that most of today’s PCBS are SMT.

Com que les juntes de soldadura i els passadors de les peces són molt petites, és molt difícil soldar-les manualment. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

The design process

En el disseny de PCB, en realitat hi ha passos molt llargs per fer abans del cablejat formal. El següent és el principal procés de disseny:

The system specifications

En primer lloc, s’haurien de planificar les especificacions del sistema de l’equip electrònic. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

El següent pas és crear un diagrama de blocs funcionals del sistema. També s’ha de marcar la relació entre les caselles.

Divide the system into several PCBS

La divisió del sistema en diversos PCBS no només redueix la mida, sinó que també proporciona al sistema la possibilitat d’actualitzar i intercanviar peces. 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.

Determineu el mètode d’embalatge que s’ha d’utilitzar i la mida de cada PCB

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. La qualitat i la velocitat del diagrama del circuit també s’han de tenir en compte a l’hora de seleccionar la tecnologia.

Dibuixeu esquemes de circuits esquemàtics de tots els PCB

Els detalls de les interconnexions entre les parts s’han de mostrar a l’esbós. Els PCB de tots els sistemes s’han de descriure i, actualment, la majoria utilitzen CAD (Computer Aided Design). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Esquema del circuit PCB

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Aquest programari pot llegir plànols i mostrar com funciona el circuit de moltes maneres. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

La forma en què es col·loquen les parts depèn de com estiguin connectades entre si. Han d’estar connectats al camí de la manera més eficient. Un cablejat eficient significa el cablejat més curt possible i menys capes (cosa que també redueix el nombre de forats de guia), però tornarem a això en el cablejat real. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Proveu les possibilitats de cablejat amb un funcionament correcte a gran velocitat

Alguns dels programes informàtics actuals poden comprovar si la ubicació de cada component es pot connectar correctament o comprovar si pot funcionar correctament a gran velocitat. Aquest pas s’anomena disposar parts, però no ens endinsarem massa en això. Si hi ha un problema amb el disseny del circuit, les parts també es poden reordenar abans que el circuit s’exporti al camp.

Circuit d’exportació en PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Aquest pas sol ser totalment automatitzat, tot i que normalment són necessaris canvis manuals. Below is the wire template for 2 laminates. Les línies vermelles i blaves representen la capa de peces de PCB i la capa de soldadura respectivament. El text blanc i els quadrats representen les marques de la superfície de la serigrafia. Els punts i cercles vermells representen forats de guiatge i perforació. A l’extrem dret podem veure el dit daurat a la superfície de soldadura del PCB. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Cada disseny ha de complir un conjunt de regles, com ara espais reservats mínims entre línies, amplades mínimes de línia i altres limitacions pràctiques similars. Aquestes especificacions varien segons la velocitat del circuit, la intensitat del senyal a transmetre, la sensibilitat del circuit al consum d’energia i al soroll i la qualitat del material i dels equips de fabricació. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. Per reduir els costos de PCB, mentre es redueix el nombre de capes, també cal prestar atenció a si aquestes normes encara es compleixen. Si es necessiten més de 2 capes, la capa de potència i la de terra solen utilitzar-se per evitar que el senyal de transmissió de la capa de senyal es vegi afectada i es pot utilitzar com a blindatge de la capa de senyal.

Prova de cable després del circuit

Per assegurar-se que la línia funciona correctament darrere del cable, ha de passar la prova final. Aquesta prova també comprova si hi ha connexions incorrectes i totes les connexions segueixen el diagrama esquemàtic.

Establir i arxivar

Com que actualment hi ha moltes eines CAD per dissenyar PCBS, els fabricants han de tenir un perfil que compleixi els estàndards abans de poder fabricar taules. Hi ha diverses especificacions estàndard, però la més comuna és l’especificació Gerber Files. Un conjunt de fitxers Gerber inclou un pla de cada capa de senyal, potència i terra, un pla de la capa de resistència a la soldadura i la superfície de serigrafia i fitxers especificats de perforació i desplaçament.

Electromagnetic compatibility problem

És probable que els dispositius electrònics que no estiguin dissenyats segons les especificacions EMC emetin energia electromagnètica i interfereixin amb els aparells propers. L’EMC imposa límits màxims a les interferències electromagnètiques (EMI), el camp electromagnètic (EMF) i les interferències de radiofreqüència (RFI). Aquesta normativa pot garantir el funcionament normal de l’aparell i altres aparells propers. El CEM imposa límits estrictes a la quantitat d’energia que es pot dispersar o transmetre d’un dispositiu a un altre i està dissenyat per reduir la susceptibilitat a CEM externs, EMI, RFI, etc. Dit d’una altra manera, el propòsit d’aquesta regulació és evitar que l’entrada o emanació d’energia electromagnètica del dispositiu. Aquest és un problema molt difícil de resoldre i, generalment, es resol mitjançant l’ús d’alimentació i capes de connexió a terra o posant PCBS en caixes metàl·liques. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. No aprofundirem en aquests problemes.

La velocitat màxima del circuit depèn del compliment EMC. L’EMI interna, com la pèrdua de corrent entre conductors, augmenta a mesura que augmenta la freqüència. Si la diferència actual entre els dos és massa gran, assegureu-vos d’allargar la distància entre ells. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. La velocitat de retard en el cablejat també és important, de manera que com més curta sigui la longitud, millor. Per tant, un petit PCB amb bon cablejat funcionarà millor a velocitats elevades que un PCB gran.