Placa de circuíto impreso (PCB) atópanse en case todos os tipos de dispositivos electrónicos. Se hai compoñentes electrónicos nun equipo, tamén están incorporados en varios tamaños de PCB. Ademais de fixar varias pezas pequenas, a función principal do PCB é proporcionar conexións eléctricas entre os compoñentes. A medida que os equipos electrónicos son cada vez máis complexos, necesítanse cada vez máis pezas e o cableado e as pezas do PCB fanse cada vez máis densos. Un PCB estándar ten un aspecto así. 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. O pequeno material que se pode ver na superficie é unha folla de cobre. Orixinalmente, a folla de cobre estaba cuberta en todo o taboleiro e a parte media quedou gravada no proceso de fabricación e a parte restante convértese nunha rede de pequenas liñas. Estas liñas chámanse condutores ou condutores e úsanse para proporcionar conexións eléctricas a pezas do PCB.

To secure parts to the PCB, we solder their pins directly to the wiring. Nun PCB básico, as pezas están concentradas por un lado e os fíos polo outro. Por iso, necesitamos facer buracos no taboleiro para que os pasadores poidan pasar polo taboleiro cara ao outro lado, para que os pasadores das pezas estean soldados ao outro lado. Because of this, the front and back sides of a PCB are called Component Side and Solder Side respectively.

Se hai pezas no PCB que se poden retirar ou volver a poñer despois da fabricación, empregarase Socket para instalar as pezas. 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. A panca situada ao lado do enchufe pode manter as pezas no seu lugar despois de inserilas.

Para conectar dous PCBS entre si, úsase normalmente un conector de bordo. O dedo dourado contén unha serie de almofadas de cobre espidas que realmente forman parte do cableado do PCB. Normalmente, para conectar, inserimos o dedo dourado nun PCB no slot adecuado (normalmente chamado slot de expansión) no outro PCB. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

A cor verde ou marrón do PCB é a cor da máscara de soldar. Esta capa é un escudo illante que protexe o fío de cobre e evita que as pezas se solden ao lugar equivocado. Imprimirase outra serigrafía na capa de resistencia da soldadura. Normalmente imprímese con palabras e símbolos (principalmente brancos) para indicar a posición das pezas no taboleiro. Screen printing surface is also known as icon surface

Lenda).

Xuntas dun só lado

Como mencionamos, nun PCB básico, as pezas están concentradas por un lado e os fíos polo outro. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Debido a que os paneis individuais tiñan moitas restricións estritas no deseño do circuíto (porque só había un lado, o cableado non podía cruzarse e tiña que tomar un camiño separado), só os primeiros circuítos utilizaban tales placas.

Taboleiros de dobre cara

A placa de circuíto ten cableado polos dous lados. Pero para empregar os dous cables, debe haber conexións eléctricas axeitadas entre os dous lados. Esta “ponte” entre circuítos chámase burato de guía (VIA). Os buratos guía son pequenos buratos no PCB cheos ou recubertos de metal que se poden conectar a fíos de ambos os dous lados. 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

Para aumentar a área que se pode cablear, úsanse máis placas de cableado dun ou de dúas caras. A placa multicapa usa varios paneis dobres e colócase unha capa de illamento entre cada panel e pégase (prema). O número de capas da placa representa varias capas de cableado independentes, normalmente un número par de capas, incluíndo as dúas capas máis externas. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. A maioría das supercomputadoras grandes usan bastantes capas de placas nai, pero quedaron fóra de uso xa que poden ser substituídas por grupos de ordenadores comúns. 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.

O orificio guía (VIA) que acabamos de mencionar, se se aplica a un dobre panel, debe percorrer toda a placa

Pero nunha multicapa, se só desexa conectar algunhas das liñas, os buratos de guía poden desperdiciar parte do espazo das liñas nas outras capas. 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. Os buratos enterrados só están conectados ao PCB interno, polo que a luz non é visible desde a superficie.

In a multilayer PCB, the entire layer is directly connected to the ground wire and the power supply. Así, clasificamos as capas como Sinal, Potencia ou Terra. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Tecnoloxía de envasado de pezas

A través da tecnoloxía 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. Esta parte ocupa moito espazo e practícase un burato para cada pasador. Así, as súas xuntas ocupan espazo polos dous lados e as xuntas de soldadura son relativamente grandes. Por outra banda, as pezas THT están mellor conectadas ao PCB que as pezas de tecnoloxía montada en superficie (SMT), das que falaremos máis adiante. Os enchufes como os enchufes cableados e interfaces similares teñen que ser tolerantes á presión, polo que normalmente son paquetes THT.

Tecnoloxía montada en superficie

Para as pezas de tecnoloxía montada en superficie (SMT), o pasador está soldado no mesmo lado coas pezas. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

As pezas adhesivas superficiais poden incluso soldarse por ambos os dous lados.

SMT tamén ten partes máis pequenas 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.

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

No deseño de PCB, hai realmente pasos moi longos que facer antes do cableado formal. O seguinte é o principal proceso de deseño:

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

O seguinte paso é crear un diagrama de bloques funcional do sistema. A relación entre os cadrados tamén debe estar marcada.

Divide the system into several PCBS

Dividir o sistema en varios PCBS non só reduce o tamaño, senón que tamén lle dá ao sistema a posibilidade de actualizar e intercambiar pezas. 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.

Determine o método de envasado que se vai empregar e o tamaño 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. A calidade e a velocidade do diagrama do circuíto tamén se deben ter en conta á hora de seleccionar a tecnoloxía.

Debuxa esquemas de circuítos esquemáticos de todos os PCB

Os detalles das interconexións entre as pezas deben mostrarse no esbozo. Os PCB de todos os sistemas deben describirse e a maioría deles usan actualmente CAD (Computer Aided Design). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Esquema do circuíto PCB

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Este software pode ler planos e amosar como funciona o circuíto de moitas maneiras. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

A forma de colocación das pezas depende de como se conecten entre si. Deben estar conectados ao camiño do xeito máis eficiente. Un cableado eficiente significa o cableado máis curto posible e menos capas (o que tamén reduce o número de orificios de guía), pero volveremos a isto no cableado real. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Proba as posibilidades de cableado cun correcto funcionamento a alta velocidade

Algúns dos programas informáticos actuais poden comprobar se a colocación de cada compoñente pode estar correctamente conectada ou comprobar se pode funcionar correctamente a alta velocidade. Este paso chámase organizar pezas, pero non iremos demasiado lonxe nisto. Se hai un problema co deseño do circuíto, as pezas tamén se poden reordenar antes de que o circuíto se exporte ao campo.

Circuíto de exportación en PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Este paso adoita estar totalmente automatizado, aínda que normalmente son necesarios cambios manuais. Below is the wire template for 2 laminates. As liñas vermellas e azuis representan a capa de pezas PCB e a capa de soldadura respectivamente. O texto branco e os cadrados representan as marcas na superficie de serigrafía. Os puntos vermellos e os círculos representan buratos de perforación e guía. Na extrema dereita podemos ver o dedo dourado na superficie de soldadura do PCB. 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. Estas especificacións varían segundo a velocidade do circuíto, a intensidade do sinal a transmitir, a sensibilidade do circuíto ao consumo de enerxía e ao ruído e á calidade do material e dos equipos de fabricación. 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. Se se precisan máis de 2 capas, a capa de potencia e a capa de terra adoitan empregarse para evitar que o sinal de transmisión da capa de sinal se vexa afectado e pódese usar como escudo da capa de sinal.

Fío despois da proba do circuíto

Para estar seguro de que a liña funciona correctamente detrás do fío, debe pasar a proba final. Esta proba tamén comproba se hai conexións incorrectas e todas as conexións seguen o diagrama esquemático.

Establecer e arquivar

Debido a que actualmente hai moitas ferramentas CAD para deseñar PCBS, os fabricantes deben ter un perfil que cumpra os estándares antes de que poidan fabricar placas. Hai varias especificacións estándar, pero a máis común é a especificación Gerber Files. Un conxunto de ficheiros Gerber inclúe un plano de cada sinal, potencia e capa de terra, un plano da capa de resistencia á soldadura e da superficie de serigrafía e ficheiros especificados de perforación e desprazamento.

Electromagnetic compatibility problem

É probable que os dispositivos electrónicos que non están deseñados segundo as especificacións EMC emitan enerxía electromagnética e interfiran cos aparellos próximos. A EMC impón límites máximos ás interferencias electromagnéticas (EMI), ao campo electromagnético (EMF) e ás interferencias de radiofrecuencia (RFI). Esta normativa pode garantir o funcionamento normal do aparello e outros aparellos próximos. A EMC impón límites estritos á cantidade de enerxía que se pode dispersar ou transmitir dun dispositivo a outro e está deseñada para reducir a susceptibilidade a EMF externos, EMI, RFI, etc. 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.

A velocidade máxima do circuíto depende do cumprimento da EMC. O EMI interno, como a perda de corrente entre condutores, aumenta a medida que aumenta a frecuencia. Se a diferenza actual entre os dous é demasiado grande, asegúrese de alargar a distancia entre eles. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. A taxa de retraso no cableado tamén é importante, polo que canto menor sexa a lonxitude, mellor. Polo tanto, un pequeno PCB con bo cableado funcionará mellor a altas velocidades que un PCB grande.