Trükkplaat (PCB) leidub peaaegu igasugustes elektroonikaseadmetes. Kui seadmes on elektroonilisi komponente, on need manustatud ka erineva suurusega trükkplaatidesse. Lisaks erinevate väikeste osade kinnitamisele on PCB põhiülesanne osade vaheliste elektriliste ühenduste tagamine. Kuna elektroonikaseadmed muutuvad üha keerukamaks, on vaja üha rohkem osi ning juhtmestik ja PCB osad muutuvad üha tihedamaks. Tavaline trükkplaat näeb välja umbes selline. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

Plaadi aluspind on valmistatud materjalist, mis on isoleeritud ja paindumiskindel. Väike joonematerjal, mida pinnal on näha, on vaskfoolium. Algselt on vaskfoolium kaetud kogu plaadiga ja keskmine osa söövitatakse tootmisprotsessis ära ning ülejäänud osa muutub väikeste joonte võrgustikuks. Neid liine nimetatakse juhtideks või juhtideks ning neid kasutatakse PCB osade elektriliste ühenduste loomiseks.

Osade kinnitamiseks trükkplaadile jootame nende tihvtid otse juhtmestikku. Põhiplaatplaadil on osad koondunud ühele poole ja juhtmed teisele poole. Seega peame plaadile tegema augud, et tihvtid saaksid plaadist teisele poole minna, nii et osade tihvtid keevitatakse teisele poole. Seetõttu nimetatakse trükkplaadi esi- ja tagakülge vastavalt komponent- ja joodisküljeks.

Kui trükkplaadil on osi, mida saab pärast tootmist eemaldada või tagasi panna, kasutatakse osade paigaldamiseks pistikupesa. Kuna pistikupesa on otse plaadile keevitatud, saab osi meelevaldselt lahti võtta. ZIF (Zero InserTIon Force) pistik võimaldab osi lihtsalt sisestada ja eemaldada. Pistikupesa kõrval olev hoob hoiab osi pärast nende sisestamist paigal.

Kahe PCBS -i ühendamiseks kasutatakse tavaliselt servaühendust. Kuldsõrm sisaldab mitmeid paljaid vaskpadjaid, mis on tegelikult osa PCB juhtmestikust. Tavaliselt sisestame ühendamiseks ühe trükkplaadi kuldsõrme teise PCB sobivasse pilusse (tavaliselt nimetatakse laienduspesa). In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

PCB roheline või pruun värv on jootmismaski värv. See kiht on isoleeriv kilp, mis kaitseb vasktraati ja takistab osade keevitamist valesse kohta. Jootekindluse kihile trükitakse veel üks siiditrükk. Tavaliselt on see trükitud sõnade ja sümbolitega (enamasti valge), mis näitab osade asukohta tahvlil. Screen printing surface is also known as icon surface

Legend).

Ühepoolsed lauad

Nagu me mainisime, on põhiplaatplaadil osad koondunud ühele küljele ja juhtmed teisele. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Kuna üksikutel paneelidel oli vooluahela kujundamisel palju rangeid piiranguid (kuna seal oli ainult üks külg, ei saanud juhtmed ületada ja nad pidid minema eraldi teed), kasutasid selliseid plaate ainult varased ahelad.

Kahepoolsed lauad

Trükkplaadil on mõlemal küljel juhtmestik. Kuid mõlema juhtme kasutamiseks peab kahe külje vahel olema korralikud elektriühendused. Seda ahelate vahelist “silda” nimetatakse juhtauguks (VIA). Juhtavad on väikesed augud trükkplaadil, mis on täidetud või kaetud metalliga ja mida saab ühendada juhtmetega mõlemalt poolt. 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.

Mitmekihilised lauad

Juhtmega ühendatava ala suurendamiseks kasutatakse rohkem ühe- või kahepoolseid juhtmestikke. Mitmekihiline plaat kasutab mitut topeltpaneeli ja iga paneeli vahele asetatakse isolatsioonikiht ja liimitakse (pressitakse). Plaadi kihtide arv tähistab mitut sõltumatut juhtmestiku kihti, tavaliselt paarisarv kihte, sealhulgas kaks kõige välimist kihti. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. Enamik suuri superarvuteid kasutab üsna palju kihte emaplaate, kuid need on kasutusest välja langenud, kuna neid saab asendada tavaliste arvutite klastritega. 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.

Juhtauk (VIA), mida me just mainisime, kui see on paigaldatud topeltpaneelile, peab läbima kogu plaadi

Kui aga mitmekihilises ühenduses soovite ühendada ainult mõnda liini, võivad juhtavad avada osa teistes kihtides olevat rida. 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. Maetud augud on ühendatud ainult sisemise trükkplaadiga, nii et valgus ei ole pinnalt nähtav.

Mitmekihilises trükkplaadis on kogu kiht otse maandusjuhtme ja toiteallikaga ühendatud. Seega klassifitseerime kihid signaaliks, võimsuseks või maapinnaks. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Osade pakendamise tehnoloogia

Läbi aukude tehnoloogia

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. See osa võtab palju ruumi ja iga tihvti jaoks puuritakse üks auk. Nii et nende liigesed võtavad tegelikult ruumi mõlemalt poolt ja jootekohad on suhteliselt suured. Teisest küljest on THT osad paremini ühendatud trükkplaadiga kui Surface Mounted Technology (SMT) osad, millest räägime hiljem. Pistikupesad nagu juhtmega pistikupesad ja sarnased liidesed peavad olema survetaluvad, seega on need tavaliselt THT-paketid.

Pinnale paigaldatav tehnoloogia

Surface Mounted Technology (SMT) osade puhul keevitatakse tihvt osadega samal küljel. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Pindliimi osi saab isegi mõlemalt poolt keevitada.

SMT -l on ka väiksemaid osi kui THT -l. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. Seega pole üllatav, et enamik tänapäevaseid PCBS -e on SMT.

Kuna osade jootekohad ja tihvtid on väga väikesed, on neid käsitsi keevitada väga raske. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

Disainiprotsess

PCB projekteerimisel tuleb enne ametlikku juhtmestikku teha väga pikki samme. Peamine projekteerimisprotsess on järgmine:

The system specifications

Kõigepealt tuleks kavandada elektroonikaseadmete süsteemi spetsifikatsioonid. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Järgmine samm on süsteemi funktsionaalse plokkskeemi loomine. Samuti tuleb märkida ruutude vaheline suhe.

Divide the system into several PCBS

Süsteemi jagamine mitmeks PCBS -ks mitte ainult ei vähenda selle suurust, vaid annab süsteemile ka võimaluse osi uuendada ja vahetada. 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.

Määrake kasutatav pakendamisviis ja iga trükkplaadi suurus

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. Tehnoloogia valimisel tuleks arvesse võtta ka skeemi kvaliteeti ja kiirust.

Joonistage kõigi trükkplaatide skemaatilised skeemid

Osade vaheliste ühenduste üksikasjad tuleks näidata visandil. Kõigi süsteemide trükkplaate tuleb kirjeldada ja enamik neist kasutab praegu arvutipõhist disaini (CAD). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

PCB ahela skemaatiline diagramm

Preliminary design of simulation operation

Kavandatud vooluahela toimimise tagamiseks tuleb see kõigepealt arvutitarkvara abil simuleerida. Selline tarkvara suudab lugeda jooniseid ja näidata, kuidas vooluring töötab. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

Osade paigutusviis sõltub sellest, kuidas need on omavahel ühendatud. Need peavad olema rajaga ühendatud kõige tõhusamal viisil. Tõhus juhtmestik tähendab võimalikult lühikest juhtmestikku ja vähem kihte (mis vähendab ka juhtaukude arvu), kuid tegeliku juhtmestiku juures tuleme selle juurde tagasi. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Kontrollige juhtmestiku võimalusi õigel toimimisel suurel kiirusel

Mõni tänapäevane arvutitarkvara saab kontrollida, kas iga komponendi paigutust saab õigesti ühendada, või kontrollida, kas see suudab korralikult töötada suurel kiirusel. Seda sammu nimetatakse osade korraldamiseks, kuid me ei lähe sellesse liiga kaugele. Kui vooluahela konstruktsioonis on probleeme, saab osi ka enne vooluahela eksportimist põllule ümber paigutada.

Ekspordi ahel PCB -l

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. See samm on tavaliselt täielikult automatiseeritud, kuigi tavaliselt on vaja käsitsi muuta. Below is the wire template for 2 laminates. Punased ja sinised jooned tähistavad vastavalt trükkplaatide osade kihti ja keevituskihti. Valge tekst ja ruudud tähistavad siiditrüki pinnal olevaid märke. Punased täpid ja ringid tähistavad aukude puurimist ja juhtimist. Parempoolses servas näeme kuldset sõrme trükkplaadi keevituspinnal. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Iga kujundus peab vastama reeglite kogumile, näiteks minimaalsed reserveeritud lüngad ridade vahel, minimaalsed joonte laiused ja muud sarnased praktilised piirangud. Need spetsifikatsioonid varieeruvad sõltuvalt vooluahela kiirusest, edastatava signaali tugevusest, ahela tundlikkusest energiatarbimise ja müra suhtes ning materjali ja tootmisseadmete kvaliteedist. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. Selleks, et vähendada trükkplaatide kulusid, vähendades samal ajal kihtide arvu, tuleb pöörata tähelepanu ka sellele, kas need eeskirjad on endiselt täidetud. Kui on vaja rohkem kui kahte kihti, kasutatakse tavaliselt toite- ja maanduskihti, et vältida signaalikihi edastussignaali mõjutamist, ja neid saab kasutada signaalikihi varjuna.

Traat pärast vooluringi katsetamist

Et olla kindel, et liin töötab traadi taga korralikult, peab see läbima viimase testi. See test kontrollib ka valede ühenduste olemasolu ja kõik ühendused järgivad skemaatilist skeemi.

Luua ja failida

Kuna PCBS -ide kavandamiseks on praegu palju CAD -tööriistu, peab tootjatel enne plaatide tootmist olema standarditele vastav profiil. Standardseid spetsifikatsioone on mitmeid, kuid kõige tavalisem on Gerber Files spetsifikatsioon. Gerberi failide komplekt sisaldab iga signaali, võimsuse ja maapinna kihi plaani, jootekindluse kihi ja siiditrüki pinna plaani ning puurimise ja nihutamise faile.

Electromagnetic compatibility problem

Elektroonilised seadmed, mis ei ole loodud vastavalt EMC spetsifikatsioonidele, eraldavad tõenäoliselt elektromagnetilist energiat ja häirivad läheduses asuvaid seadmeid. EMC kehtestab elektromagnetiliste häirete (EMI), elektromagnetvälja (EMF) ja raadiosageduslike häirete (RFI) piirmäärad. See määrus võib tagada seadme ja teiste läheduses asuvate seadmete normaalse töö. EMC kehtestab ranged piirangud energiahulgale, mida saab ühest seadmest teise hajutada või edastada, ning selle eesmärk on vähendada vastuvõtlikkust välisele EMF -ile, EMI -le, RFI -le jne. Teisisõnu, selle eeskirja eesmärk on vältida elektromagnetilise energia sisenemist seadmesse või sealt väljumist. Seda on väga raske lahendada ja seda lahendatakse tavaliselt toite- ja maanduskihtide abil või PCBS -i metallkarpidesse panemisega. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. Me ei lähe nendes küsimustes liiga kaugele.

Vooluahela maksimaalne kiirus sõltub EMC nõuetest. Sisemine EMI, näiteks voolukadu juhtide vahel, suureneb sageduse tõustes. Kui praegune erinevus nende kahe vahel on liiga suur, pikendage kindlasti nende vahelist kaugust. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Samuti on oluline juhtmestiku viivitus, nii et mida lühem pikkus, seda parem. Nii et hea juhtmestikuga väike trükkplaat töötab suurel kiirusel paremini kui suur trükkplaat.