تخته مدار چاپی (PCB) تقریباً در هر نوع دستگاه الکترونیکی یافت می شود. If there are electronic components in a piece of equipment, they are also embedded in various sizes of PCB. In addition to fixing various small parts, the main function of the PCB is to provide electrical connections between the components. As electronic equipment becomes more and more complex, more and more parts are needed, and the wiring and parts on the PCB become more and more dense. یک PCB استاندارد چیزی شبیه به این دارد. 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. The small line material that can be seen on the surface is copper foil. Originally, the copper foil is covered on the whole board, and the middle part is etched away in the manufacturing process, and the remaining part becomes a network of small lines. These lines are called conductors or conductors and are used to provide electrical connections to parts on the PCB.

To secure parts to the PCB, we solder their pins directly to the wiring. در یک PCB پایه ، قطعات در یک طرف و سیم ها در طرف دیگر متمرکز شده اند. So we need to make holes in the board so that the pins can go through the board to the other side, so the pins of the parts are welded to the other side. Because of this, the front and back sides of a PCB are called Component Side and Solder Side respectively.

اگر قطعاتی در PCB وجود دارد که می توان آنها را جدا کرد یا بعد از ساخت دوباره قرار داد ، از Socket برای نصب قطعات استفاده می شود. Because the socket is directly welded to the board, the parts can be arbitrarily disassembled. A ZIF (Zero InserTIon Force) plug allows parts to be inserted and removed easily. The lever next to the socket can hold the parts in place after you insert them.

To connect two PCBS to each other, an edge connector is commonly used. انگشت طلا شامل تعدادی پد مسی برهنه است که در واقع بخشی از سیم کشی PCB هستند. به طور معمول ، برای اتصال ، انگشت طلا را روی یک PCB در شکاف مناسب (معمولاً اسلات انبساط) در PCB دیگر قرار می دهیم. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

رنگ سبز یا قهوه ای روی PCB رنگ ماسک لحیم کاری است. This layer is an insulating shield that protects the copper wire and prevents parts from being welded to the wrong place. صفحه ابریشمی دیگر روی لایه مقاومت لحیم کاری چاپ می شود. It is usually printed with words and symbols (mostly white) to indicate the position of the parts on the board. Screen printing surface is also known as icon surface

افسانه).

تخته های یک طرفه

همانطور که اشاره کردیم ، در یک PCB پایه ، قطعات در یک طرف و سیمها در طرف دیگر متمرکز شده اند. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. از آنجا که صفحات تک دارای محدودیت های زیادی در طراحی مدار بودند (زیرا تنها یک طرف وجود داشت ، سیم کشی نمی توانست عبور کند و مجبور بود مسیر جداگانه ای را طی کند) ، فقط مدارهای اولیه از چنین تخته هایی استفاده می کردند.

تخته های دو طرفه

برد مدار از هر دو طرف دارای سیم کشی است. But in order to use both wires, there must be proper electrical connections between the two sides. این “پل” بین مدارها را سوراخ راهنما (VIA) می نامند. سوراخ های راهنما سوراخ های کوچکی در PCB هستند که با فلز پوشانده یا پوشیده شده اند و می توانند از دو طرف به سیم متصل شوند. 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.

Multi-layer Boards

به منظور افزایش سطح سیم کشی ، بیشتر از تخته سیم کشی یک طرفه یا دو طرفه استفاده می شود. تخته چند لایه از چندین پنل دوتایی استفاده می کند و یک لایه عایق بین هر پانل قرار می گیرد و چسبانده می شود (فشرده می شود). The number of layers of the board represents several independent wiring layers, usually an even number of layers, including the outermost two layers. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. اکثر ابر رایانه های بزرگ از چند لایه مادربرد استفاده می کنند ، اما از کار افتاده اند زیرا می توان آنها را با دسته ای از رایانه های معمولی جایگزین کرد. 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.

The guide hole (VIA) we just mentioned, if applied to a double panel, must be through the entire board

But in a multilayer, if you only want to connect some of the lines, the guide holes may waste some of the line space in the other layers. 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. Buried holes are only connected to the internal PCB, so light is not visible from the surface.

In a multilayer PCB, the entire layer is directly connected to the ground wire and the power supply. So we classify the layers as Signal, Power or Ground. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

فناوری بسته بندی قطعات

از طریق فناوری سوراخ

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. This part takes up a lot of space and one hole is drilled for each pin. بنابراین مفاصل آنها در واقع فضا را در دو طرف اشغال می کنند و اتصالات لحیم کاری نسبتاً بزرگ هستند. از سوی دیگر ، قطعات THT بهتر از قطعات Surface Mounted Technology (SMT) به PCB متصل می شوند ، که بعداً در مورد آنها صحبت خواهیم کرد. Sockets like wired sockets and similar interfaces need to be pressure-tolerant, so they are usually THT packages.

Surface Mounted Technology

For Surface Mounted Technology (SMT) parts, the pin is welded on the same side with the parts. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

قطعات چسب سطحی را حتی می توان در دو طرف جوش داد.

SMT همچنین دارای قطعات کوچکتر از THT است. 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.

Because the solder joints and pins of parts are very small, it is very difficult to weld them manually. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

The design process

در طراحی PCB ، در واقع مراحل بسیار طولانی قبل از سیم کشی رسمی وجود دارد. در زیر فرایند اصلی طراحی است:

The system specifications

First of all, the system specifications of the electronic equipment should be planned. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

مرحله بعدی ایجاد یک بلوک نمودار عملکردی از سیستم است. رابطه بین مربع ها نیز باید مشخص شود.

Divide the system into several PCBS

Dividing the system into several PCBS not only reduces the size, but also gives the system the ability to upgrade and swap parts. 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.

روش بسته بندی مورد استفاده و اندازه هر PCB را تعیین کنید

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. هنگام انتخاب فناوری ، کیفیت و سرعت نمودار مدار نیز باید در نظر گرفته شود.

Draw schematic circuit diagrams of all PCB’s

The details of the interconnections between the parts should be shown in the sketch. PCB در همه سیستمها باید توصیف شود و اکثر آنها در حال حاضر از CAD (طراحی به کمک کامپیوتر) استفاده می کنند. Here is an example of a CircuitMakerTM design.

نمودار شماتیک مدار PCB

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Such software can read blueprints and show how the circuit works in many ways. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

The way parts are placed depends on how they are connected to each other. آنها باید به کارآمدترین روش به مسیر متصل شوند. Efficient wiring means the shortest possible wiring and fewer layers (which also reduces the number of guide holes), but we’ll come back to this in actual wiring. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Test wiring possibilities with correct operation at high speed

برخی از نرم افزارهای رایانه ای امروزی می توانند بررسی کنند که آیا محل قرارگیری هر جزء می تواند به درستی متصل شود یا اینکه آیا می تواند با سرعت بالا به درستی کار کند یا خیر. این مرحله تنظیم قطعات نامیده می شود ، اما ما در این مورد زیاد پیش نمی رویم. اگر مشکلی در طراحی مدار وجود داشته باشد ، قطعات را نیز می توان قبل از صادرات مدار در میدان مجدداً مرتب کرد.

صادرات مدار روی PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. این مرحله معمولاً کاملاً خودکار است ، اگرچه معمولاً تغییرات دستی مورد نیاز است. Below is the wire template for 2 laminates. خطوط قرمز و آبی به ترتیب نمایانگر قسمت قطعات PCB و لایه جوش هستند. The white text and squares represent the markings on the screen printing surface. نقاط قرمز و دایره ها نشان دهنده سوراخ های حفاری و هدایت هستند. در سمت راست راست ما می توانیم انگشت طلا را روی سطح جوش PCB ببینیم. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Each design must conform to a set of rules, such as minimum reserved gaps between lines, minimum line widths, and other similar practical limitations. این مشخصات با توجه به سرعت مدار ، قدرت سیگنال منتقل شده ، حساسیت مدار به مصرف برق و نویز و کیفیت مواد و تجهیزات تولیدی متفاوت است. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. In order to reduce PCB costs, while reducing the number of layers, it is also necessary to pay attention to whether these regulations are still met. در صورت نیاز به بیش از 2 لایه ، معمولاً از لایه قدرت و لایه زمین برای جلوگیری از تأثیر سیگنال انتقال روی لایه سیگنال استفاده می شود و می تواند به عنوان سپر لایه سیگنال استفاده شود.

Wire after circuit test

In order to be sure that the line is working properly behind the wire, it must pass the final test. این آزمون اتصالات نادرست را نیز بررسی می کند و همه اتصالات از نمودار شماتیک پیروی می کنند.

ایجاد و تشکیل پرونده دهید

از آنجا که در حال حاضر ابزارهای CAD زیادی برای طراحی PCBS وجود دارد ، تولید کنندگان قبل از اینکه بتوانند تخته تولید کنند باید دارای مشخصات مطابق با استانداردها باشند. There are several standard specifications, but the most common is the Gerber Files specification. A set of Gerber files includes a plan of each signal, power and ground layer, a plan of the solder resistance layer and the screen printing surface, and specified files of drilling and displacing.

Electromagnetic compatibility problem

دستگاه های الکترونیکی که مطابق با مشخصات EMC طراحی نشده اند ، احتمالاً انرژی الکترومغناطیسی ساطع کرده و با وسایل مجاور تداخل ایجاد می کنند. EMC حداکثر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ، میدان الکترومغناطیسی (EMF) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) را اعمال می کند. این مقررات می تواند عملکرد عادی دستگاه و سایر وسایل مجاور را تضمین کند. EMC محدودیت های شدیدی را بر میزان انرژی قابل پخش یا انتقال از یک دستگاه به دستگاه دیگر اعمال می کند و برای کاهش حساسیت به EMF خارجی ، EMI ، RFI و غیره طراحی شده است. In other words, the purpose of this regulation is to prevent electromagnetic energy from entering or emanating from the device. This is a very difficult problem to solve, and is usually solved by using power and grounding layers, or putting PCBS into metal boxes. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. We won’t go too far into these issues.

The maximum speed of the circuit depends on EMC compliance. EMI داخلی ، مانند افت جریان بین رساناها ، با افزایش فرکانس افزایش می یابد. اگر تفاوت فعلی بین این دو بسیار زیاد است ، مطمئن شوید که فاصله بین آنها را طولانی کنید. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. میزان تأخیر در سیم کشی نیز مهم است ، بنابراین هرچه طول آن کوتاهتر باشد ، بهتر است. بنابراین یک PCB کوچک با سیم کشی خوب در سرعتهای بالا بهتر از یک PCB بزرگ کار می کند.