Το σεμινάριο τυπωμένου κυκλώματος (PCB) είναι μια φυσική βάση ή μια πλατφόρμα στην οποία μπορούν να συγκολληθούν ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Τα ίχνη χαλκού συνδέουν αυτά τα εξαρτήματα μεταξύ τους, επιτρέποντας στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) να εκτελεί τις λειτουργίες της με τον τρόπο που έχει σχεδιαστεί.

Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος είναι ο πυρήνας της ηλεκτρονικής συσκευής. Μπορεί να έχει οποιοδήποτε σχήμα και μέγεθος, ανάλογα με την εφαρμογή της ηλεκτρονικής συσκευής. Το πιο κοινό υλικό υποστρώματος/υποστρώματος για PCB είναι το FR-4. Τα PCB με βάση το FR-4 βρίσκονται συνήθως σε πολλές ηλεκτρονικές συσκευές και η κατασκευή τους είναι συνηθισμένη. Σε σύγκριση με τα πολυστρωματικά PCB, τα PCB μονής και διπλής όψης είναι ευκολότερα στην κατασκευή.

Το FR-4 PCB είναι κατασκευασμένο από ίνες γυαλιού και εποξειδική ρητίνη σε συνδυασμό με πλαστικοποιημένη επένδυση χαλκού. Μερικά από τα κύρια παραδείγματα σύνθετων πολυεπίπεδων PCB (έως 12 επιπέδων) είναι κάρτες γραφικών υπολογιστών, μητρικές πλακέτες, πλακέτες μικροεπεξεργαστή, FPGA, CPLD, σκληροί δίσκοι, RF LNA, τροφοδοσίες κεραίας δορυφορικών επικοινωνιών, τροφοδοτικά λειτουργίας μεταγωγής, τηλέφωνα Android, κ.λπ. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα όπου χρησιμοποιούνται απλά PCB μονής και διπλής στρώσης, όπως τηλεοράσεις CRT, αναλογικοί παλμογράφοι, αριθμομηχανές χειρός, ποντίκια υπολογιστών και κυκλώματα ραδιοφώνου FM.

Εφαρμογή PCB:

1. Ιατρικός εξοπλισμός:

Η σημερινή πρόοδος στην ιατρική επιστήμη οφείλεται αποκλειστικά στην ταχεία ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρονικών. Ο περισσότερος ιατρικός εξοπλισμός, όπως pH μετρητής, αισθητήρας καρδιακού παλμού, μέτρηση θερμοκρασίας, μηχάνημα ΗΚΓ/ΗΕΓ, μηχανή μαγνητικής τομογραφίας, ακτινογραφία, αξονική τομογραφία, μηχανή μέτρησης της αρτηριακής πίεσης, εξοπλισμός μέτρησης επιπέδου σακχάρου στο αίμα, θερμοκοιτίδα, μικροβιολογικός εξοπλισμός και πολύς άλλος εξοπλισμός Είναι ένα ξεχωριστό ηλεκτρονικό PCB που βασίζεται. Αυτά τα PCB είναι γενικά πυκνά και έχουν μικρό παράγοντα μορφής. Πυκνό σημαίνει ότι μικρότερα εξαρτήματα SMT τοποθετούνται σε PCB μικρότερου μεγέθους. Αυτές οι ιατρικές συσκευές είναι μικρότερες, εύκολες στη μεταφορά, ελαφριές σε βάρος και εύχρηστες.

2. Βιομηχανικός εξοπλισμός.

Τα PCB χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως στην κατασκευή, στα εργοστάσια και στα διαφαινόμενα εργοστάσια. Αυτές οι βιομηχανίες διαθέτουν μηχανήματα και εξοπλισμό υψηλής ισχύος που οδηγούνται από κυκλώματα που λειτουργούν με υψηλή ισχύ και απαιτούν υψηλά ρεύματα. Για το λόγο αυτό, ένα παχύ στρώμα χαλκού είναι πλαστικοποιημένο στο PCB, το οποίο είναι διαφορετικό από τα πολύπλοκα ηλεκτρονικά PCB, τα οποία μπορούν να τραβήξουν ρεύματα έως και 100 αμπέρ. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε εφαρμογές όπως η συγκόλληση με τόξο, οι μεγάλοι σερβοκινητήρες, οι φορτιστές μπαταριών μολύβδου-οξέος, η στρατιωτική βιομηχανία και τα βαμβακερά αόριστα μηχανήματα ρούχων.

3. φωτισμός.

Όσον αφορά τον φωτισμό, ο κόσμος κινείται προς την κατεύθυνση των λύσεων εξοικονόμησης ενέργειας. Αυτοί οι λαμπτήρες αλογόνου βρίσκονται σπάνια τώρα, αλλά τώρα βλέπουμε φώτα LED και LED υψηλής έντασης τριγύρω. Αυτά τα μικρά LED παρέχουν φως υψηλής φωτεινότητας και είναι τοποθετημένα σε PCB που βασίζονται σε υποστρώματα αλουμινίου. Το αλουμίνιο έχει την ιδιότητα να απορροφά τη θερμότητα και να τη διαχέει στον αέρα. Επομένως, λόγω της υψηλής ισχύος, αυτά τα PCB αλουμινίου χρησιμοποιούνται συνήθως σε κυκλώματα λαμπτήρων LED για κυκλώματα LED μέσης και υψηλής ισχύος.

4. Αυτοκινητοβιομηχανίες και αεροδιαστημική βιομηχανία.

Μια άλλη εφαρμογή του PCB είναι η αυτοκινητοβιομηχανία και η αεροδιαστημική βιομηχανία. Ο κοινός παράγοντας εδώ είναι η αντήχηση που δημιουργείται από την κίνηση των αεροπλάνων ή των αυτοκινήτων. Επομένως, για να ικανοποιηθούν αυτοί οι κραδασμοί υψηλής δύναμης, το PCB γίνεται εύκαμπτο. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ένα είδος PCB που ονομάζεται Flex PCB. Το εύκαμπτο PCB μπορεί να αντέξει υψηλούς κραδασμούς και είναι ελαφρύ, γεγονός που μπορεί να μειώσει το συνολικό βάρος του διαστημικού σκάφους. Αυτά τα εύκαμπτα PCB μπορούν επίσης να ρυθμιστούν σε στενό χώρο, κάτι που είναι επίσης ένα μεγάλο πλεονέκτημα. Αυτά τα εύκαμπτα PCB χρησιμοποιούνται ως σύνδεσμοι, διεπαφές και μπορούν να συναρμολογηθούν σε συμπαγή χώρο, όπως πίσω από τον πίνακα, κάτω από το ταμπλό κ.λπ. Χρησιμοποιείται επίσης ένας συνδυασμός άκαμπτου και εύκαμπτου PCB.

Τύπος PCB:

Οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) χωρίζονται σε 8 κατηγορίες. Αυτοί είναι

PCB μονής όψης:

Τα εξαρτήματα ενός PCB μονής όψης τοποθετούνται μόνο στη μία πλευρά και η άλλη πλευρά χρησιμοποιείται για χάλκινα καλώδια. Ένα λεπτό στρώμα φύλλου χαλκού εφαρμόζεται στη μία πλευρά του υποστρώματος RF-4 και στη συνέχεια εφαρμόζεται μια μάσκα συγκόλλησης για να παρέχει μόνωση. Τέλος, η μεταξοτυπία χρησιμοποιείται για την παροχή πληροφοριών σήμανσης για εξαρτήματα όπως το C1 και το R1 στο PCB. Αυτά τα PCB μονής στρώσης είναι πολύ εύκολο να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν σε μεγάλη κλίμακα, η ζήτηση στην αγορά είναι μεγάλη και είναι επίσης πολύ φθηνή η αγορά τους. Χρησιμοποιείται πολύ συχνά σε προϊόντα οικιακής χρήσης, όπως αποχυμωτές/μπλέντερ, ανεμιστήρες φόρτισης, αριθμομηχανές, μικροί φορτιστές μπαταριών, παιχνίδια, τηλεχειριστήρια τηλεόρασης κ.λπ.

PCB διπλής στρώσης:

Το PCB διπλής όψης είναι ένα PCB με στρώματα χαλκού που εφαρμόζονται και στις δύο πλευρές της πλακέτας. Ανοίξτε τρύπες και εξαρτήματα THT με καλώδια είναι εγκατεστημένα σε αυτές τις οπές. Αυτές οι οπές συνδέουν το ένα πλευρικό τμήμα με το άλλο πλευρικό τμήμα μέσω χάλκινων γραμμών. Τα καλώδια των εξαρτημάτων περνούν μέσα από τις οπές, τα πλεονάζοντα καλώδια κόβονται από τον κόφτη και τα καλώδια συγκολλούνται στις οπές. Όλα αυτά γίνονται χειροκίνητα. Υπάρχουν επίσης εξαρτήματα SMT και εξαρτήματα THT ενός PCB 2 επιπέδων. Τα εξαρτήματα SMT δεν χρειάζονται τρύπες, αλλά τα μαξιλαράκια κατασκευάζονται στο PCB και τα εξαρτήματα SMT στερεώνονται στο PCB με συγκόλληση με επαναροή. Τα εξαρτήματα SMT καταλαμβάνουν πολύ λίγο χώρο στο PCB, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί περισσότερος ελεύθερος χώρος στην πλακέτα κυκλώματος για την επίτευξη περισσότερων λειτουργιών. Τα PCB διπλής όψης χρησιμοποιούνται για τροφοδοτικά, ενισχυτές, προγράμματα οδήγησης κινητήρα DC, κυκλώματα οργάνων κ.λπ.

Πολυστρωματικό PCB:

Το πολυστρωματικό PCB είναι κατασκευασμένο από πολυστρωματικό PCB 2 στρώσεων, τοποθετημένο ανάμεσα σε διηλεκτρικά μονωτικά στρώματα για να διασφαλιστεί ότι η πλακέτα και τα εξαρτήματα δεν θα καταστραφούν από υπερθέρμανση. Το πολυστρωματικό PCB έχει διάφορες διαστάσεις και διαφορετικά στρώματα, από PCB 4 στρώσεων έως PCB 12 στρώσεων. Όσο περισσότερα στρώματα, τόσο πιο περίπλοκο είναι το κύκλωμα και τόσο πιο περίπλοκος είναι ο σχεδιασμός της διάταξης PCB.

Τα πολυστρωματικά PCB έχουν συνήθως ανεξάρτητα επίπεδα γείωσης, επίπεδα ισχύος, επίπεδα σήματος υψηλής ταχύτητας, ζητήματα ακεραιότητας σήματος και θερμική διαχείριση. Συνήθεις εφαρμογές είναι στρατιωτικές απαιτήσεις, ηλεκτρονικά αεροδιαστημικής και αεροδιαστημικής, δορυφορικές επικοινωνίες, ηλεκτρονικά πλοήγησης, παρακολούθηση GPS, ραντάρ, επεξεργασία ψηφιακού σήματος και επεξεργασία εικόνας.

Άκαμπτο PCB:

Όλοι οι τύποι PCB που συζητήθηκαν παραπάνω ανήκουν στην κατηγορία άκαμπτων PCB. Τα άκαμπτα PCB έχουν στερεά υποστρώματα όπως FR-4, Rogers, φαινολική ρητίνη και εποξειδική ρητίνη. Αυτές οι πλάκες δεν λυγίζουν και στρίβουν, αλλά μπορούν να διατηρήσουν το σχήμα τους για πολλά χρόνια έως και 10 ή 20 χρόνια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλές ηλεκτρονικές συσκευές έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής λόγω της ακαμψίας, της στιβαρότητας και της ακαμψίας των άκαμπτων PCB. Τα PCB των υπολογιστών και των φορητών υπολογιστών είναι άκαμπτα. Πολλές τηλεοράσεις, τηλεοράσεις LCD και LED που χρησιμοποιούνται συνήθως στα σπίτια είναι κατασκευασμένες από άκαμπτα PCB. Όλες οι παραπάνω εφαρμογές PCB μονής όψης, διπλής όψης και πολλαπλών στρώσεων ισχύουν επίσης για άκαμπτα PCB.

Flex PCB:

Το εύκαμπτο PCB ή το εύκαμπτο PCB δεν είναι άκαμπτο, αλλά είναι εύκαμπτο και μπορεί να λυγίσει εύκολα. Είναι ελαστικά, έχουν υψηλή αντοχή στη θερμότητα και εξαιρετικές ηλεκτρικές ιδιότητες. Το υλικό υποστρώματος του Flex PCB εξαρτάται από την απόδοση και το κόστος. Τα κοινά υλικά υποστρώματος για το Flex PCB είναι φιλμ πολυαμιδίου (PI), φιλμ πολυεστέρα (PET), PEN και PTFE.

Το κόστος κατασκευής του Flex PCB είναι κάτι περισσότερο από ένα απλό άκαμπτο PCB. Μπορούν να διπλωθούν ή να τυλιχτούν γύρω από τις γωνίες. Σε σύγκριση με το αντίστοιχο άκαμπτο PCB, καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο. Είναι ελαφριά αλλά έχουν πολύ χαμηλή αντοχή σε σχίσιμο.

Rigid-Flex PCB:

Ο συνδυασμός άκαμπτων και εύκαμπτων PCB είναι πολύ σημαντικός σε πολλές εφαρμογές περιορισμένου χώρου και βάρους. Για παράδειγμα, σε μια κάμερα, το κύκλωμα είναι περίπλοκο, αλλά ο συνδυασμός άκαμπτου και εύκαμπτου PCB θα μειώσει τον αριθμό των εξαρτημάτων και θα μειώσει το μέγεθος του PCB. Η καλωδίωση δύο PCB μπορεί επίσης να συνδυαστεί σε ένα μόνο PCB. Συνήθεις εφαρμογές είναι οι ψηφιακές κάμερες, τα κινητά τηλέφωνα, τα αυτοκίνητα, οι φορητοί υπολογιστές και οι συσκευές με κινούμενα μέρη

PCB υψηλής ταχύτητας:

Τα PCB υψηλής ταχύτητας ή υψηλής συχνότητας είναι PCB που χρησιμοποιούνται για εφαρμογές που περιλαμβάνουν επικοινωνία σήματος με συχνότητες υψηλότερες από 1 GHz. Σε αυτήν την περίπτωση, τα ζητήματα ακεραιότητας σήματος μπαίνουν στο παιχνίδι. Το υλικό του υποστρώματος PCB υψηλής συχνότητας θα πρέπει να επιλέγεται προσεκτικά ώστε να πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι το πολυφαινυλένιο (PPO) και το πολυτετραφθοροαιθυλένιο. Έχει σταθερή διηλεκτρική σταθερά και μικρή διηλεκτρική απώλεια. Έχουν χαμηλή απορρόφηση νερού αλλά υψηλό κόστος.

Πολλά άλλα διηλεκτρικά υλικά έχουν μεταβλητές διηλεκτρικές σταθερές, με αποτέλεσμα αλλαγές στην σύνθετη αντίσταση, οι οποίες μπορούν να παραμορφώσουν τις αρμονικές και την απώλεια ψηφιακών σημάτων και την απώλεια της ακεραιότητας του σήματος

PCB αλουμινίου:

Τα υλικά υποστρώματος PCB με βάση το αλουμίνιο έχουν τα χαρακτηριστικά της αποτελεσματικής απαγωγής θερμότητας. Λόγω της χαμηλής θερμικής αντίστασης, η ψύξη PCB με βάση το αλουμίνιο είναι πιο αποτελεσματική από το αντίστοιχο PCB με βάση το χαλκό. Εκπέμπει θερμότητα στον αέρα και στην περιοχή θερμικής διασταύρωσης της πλακέτας PCB.

Πολλά κυκλώματα λαμπτήρων LED, τα LED υψηλής φωτεινότητας είναι κατασκευασμένα από αλουμίνιο πλακέτας υποστήριξης.

Το αλουμίνιο είναι ένα πλούσιο μέταλλο και η τιμή εξόρυξής του είναι χαμηλή, επομένως το κόστος του PCB είναι επίσης πολύ χαμηλό. Το αλουμίνιο είναι ανακυκλώσιμο και μη τοξικό, επομένως είναι φιλικό προς το περιβάλλον. Το αλουμίνιο είναι ισχυρό και ανθεκτικό, επομένως μειώνει τις ζημιές κατά την κατασκευή, τη μεταφορά και τη συναρμολόγηση

Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν τα PCB με βάση το αλουμίνιο χρήσιμα για εφαρμογές υψηλής έντασης ρεύματος, όπως ελεγκτές κινητήρα, φορτιστές μπαταριών βαρέως τύπου και φώτα LED υψηλής φωτεινότητας.

Συμπερασματικά:

Τα τελευταία χρόνια, τα PCB έχουν εξελιχθεί από απλές εκδόσεις μιας στρώσης σε πιο σύνθετα συστήματα, όπως τα PCB από τεφλόν υψηλής συχνότητας.

Το PCB καλύπτει πλέον σχεδόν κάθε τομέα της σύγχρονης τεχνολογίας και της εξελισσόμενης επιστήμης. Η μικροβιολογία, η μικροηλεκτρονική, η νανοτεχνολογία, η αεροδιαστημική βιομηχανία, η στρατιωτική, η αεροηλεκτρονική, η ρομποτική, η τεχνητή νοημοσύνη και άλλοι τομείς βασίζονται σε διάφορες μορφές δομικών στοιχείων πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB).