המעגל המודפס (PCB) נמצאים כמעט בכל סוג של מכשיר אלקטרוני. 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. לוח PCB רגיל נראה בערך כך. 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. ב- PCB בסיסי, החלקים מרוכזים בצד אחד והחוטים מרוכזים בצד השני. 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.

אם ישנם חלקים במחשב הלוח שניתן להסיר או לשים שוב לאחר הייצור, Socket ישמש להתקנת החלקים. 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. אצבע הזהב מכילה מספר כריות נחושת חשופות שהן למעשה חלק מחוטי ה- PCB. בדרך כלל, כדי להתחבר, אנו מכניסים את אצבע הזהב על לוח PCB אחד לתוך החריץ המתאים (המכונה בדרך כלל חריץ הרחבה) במחשב הלוח השני. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

הצבע הירוק או החום על הלוח הוא הצבע של מסכת ההלחמה. This layer is an insulating shield that protects the copper wire and prevents parts from being welded to the wrong place. מסך משי נוסף יודפס על שכבת עמידות ההלחמה. 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

אגדה).

לוחות חד צדדיים

כפי שהזכרנו, ב- PCB בסיסי, החלקים מרוכזים בצד אחד והחוטים מרוכזים בצד השני. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. מכיוון שללוחות בודדות היו מגבלות קפדניות רבות על עיצוב המעגל (מכיוון שהיה רק ​​צד אחד, החיווט לא יכול היה לעבור והיה צריך ללכת בנתיב נפרד), רק מעגלים מוקדמים השתמשו בלוחות כאלה.

לוחות דו צדדיים

ללוח המעגלים יש חיווט משני הצדדים. But in order to use both wires, there must be proper electrical connections between the two sides. “גשר” זה בין מעגלים נקרא חור מדריך (VIA). חורי הנחיה הם חורים קטנים במחשב הלוח המלא או המצופה במתכת הניתנים לחיבור לחוטים משני הצדדים. 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

על מנת להגדיל את השטח שניתן לחווט, משתמשים בלוחות חיווט חד צדדיים או דו צדדיים יותר. הלוח הרב שכבתי משתמש במספר לוחות כפולים, ושכבת בידוד מונחת בין כל פאנל ומודבקים (נלחצים). 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. רוב מחשבי העל הגדולים משתמשים בלא מעט שכבות של לוחות אם, אך הם נפלו משימוש מכיוון שניתן להחליף אותם באשכולות של מחשבים רגילים. 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.

טכנולוגיית אריזה חלקית

באמצעות טכנולוגיית חור

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. כך שהמפרקים שלהם למעשה תופסים מקום משני הצדדים, ומפרקי ההלחמה גדולים יחסית. מצד שני, חלקי THT מחוברים טוב יותר ל- PCB מאשר חלקים טכנולוגיית Surface Mounted Technology (SMT), עליהם נדבר בהמשך. 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.

ניתן אפילו לרתך חלקי דבק משטח משני הצדדים.

ל- SMT יש גם חלקים קטנים יותר מאשר 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

בעיצוב PCB, למעשה יש לבצע שלבים ארוכים מאוד לפני חיווט רשמי. להלן תהליך העיצוב העיקרי:

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

השלב הבא הוא יצירת תרשים בלוקים פונקציונלי של המערכת. יש לסמן גם את הקשר בין הריבועים.

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.

קבע את שיטת האריזה לשימוש והגודל של כל 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. יש לקחת בחשבון גם את האיכות והמהירות של תרשים המעגלים בעת בחירת הטכנולוגיה.

Draw schematic circuit diagrams of all PCB’s

The details of the interconnections between the parts should be shown in the sketch. יש לתאר PCB בכל המערכות, ורובן משתמשות כיום ב- CAD (Design Aided Design). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

תרשים סכמטי של מעגל ה- 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. עליהם להיות מחוברים לנתיב בצורה היעילה ביותר. 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

חלק מתוכנות המחשב של היום יכולות לבדוק האם ניתן לחבר את המיקום של כל רכיב בצורה נכונה, או לבדוק אם הוא יכול לפעול כראוי במהירות גבוהה. שלב זה נקרא סידור חלקים, אך לא נרחיק לכת בכך. אם יש בעיה בעיצוב המעגל, ניתן גם לסדר חלקים לפני ייצוא המעגל בשטח.

ייצוא מעגל על ​​PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. שלב זה הוא בדרך כלל אוטומטי לחלוטין, אם כי בדרך כלל נדרשים שינויים ידניים. Below is the wire template for 2 laminates. הקווים האדומים והכחולים מייצגים את שכבת חלקי ה- PCB ואת שכבת הריתוך בהתאמה. The white text and squares represent the markings on the screen printing surface. הנקודות והעיגולים האדומים מייצגים חורים קידוחים ומנחים. בקצה הימני ביותר אנו יכולים לראות את אצבע הזהב על משטח הריתוך של ה- 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. מפרטים אלה משתנים בהתאם למהירות המעגל, עוצמת האות שיש להעביר, רגישות המעגל לצריכת חשמל ורעש ואיכות החומר וציוד הייצור. 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. אם יש צורך ביותר משתי שכבות, בדרך כלל משתמשים בשכבת הכוח ובשכבת הקרקע כדי להימנע מכך שאות השידור בשכבת האות מושפע, ויכול לשמש כמגן של שכבת האות.

Wire after circuit test

In order to be sure that the line is working properly behind the wire, it must pass the final test. בדיקה זו בודקת גם אם יש חיבורים שגויים, וכל החיבורים עוקבים אחר התרשים הסכימטי.

הקמה והגשה

מכיוון שיש כיום כלי CAD רבים לעיצוב PCBS, על היצרנים להיות בעלי פרופיל שעומד בתקנים לפני שהם יכולים לייצר לוחות. 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

התקנים אלקטרוניים שאינם מיועדים למפרטי EMC עשויים לפלוט אנרגיה אלקטרומגנטית ולהפריע למכשירים סמוכים. EMC מטיל מגבלות מקסימליות על הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI), שדה אלקטרומגנטי (EMF) והפרעות בתדרי רדיו (RFI). תקנה זו יכולה להבטיח את פעולתו התקינה של המכשיר ומכשירים אחרים בקרבת מקום. EMC מטיל מגבלות קפדניות על כמות האנרגיה שניתן לפזר או להעביר ממכשיר אחד למשנהו, ונועד להפחית את הרגישות ל- EMF חיצוני, EMI, RFI וכן הלאה. 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 פנימי, כגון אובדן זרם בין מוליכים, עולה ככל שהתדר עולה. אם ההבדל הנוכחי בין השניים גדול מדי, הקפד להאריך את המרחק ביניהם. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. גם קצב העיכוב בחיווט חשוב, כך שככל שהאורך קצר יותר כך ייטב. אז PCB קטן עם חיווט טוב יעבוד טוב יותר במהירויות גבוהות מאשר PCB גדול.