인쇄 회로 기판 (PCB)는 거의 모든 종류의 전자 장치에서 발견됩니다. 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. 표준 PCB는 다음과 같습니다. 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. 기본 PCB에서 부품은 한쪽에 집중되고 와이어는 다른쪽에 집중됩니다. 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.

PCB에 제작 후 제거하거나 다시 끼울 수 있는 부품이 있는 경우 소켓을 사용하여 부품을 설치합니다. 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. 골드 핑거에는 실제로 PCB 배선의 일부인 많은 구리 패드가 포함되어 있습니다. 일반적으로 연결하려면 한 PCB의 금 손가락을 다른 PCB의 적절한 슬롯(일반적으로 확장 슬롯이라고 함)에 삽입합니다. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

PCB의 녹색 또는 갈색은 솔더 마스크의 색상입니다. This layer is an insulating shield that protects the copper wire and prevents parts from being welded to the wrong place. 또 다른 실크 스크린은 솔더 저항층에 인쇄됩니다. 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

전설).

단면 보드

우리가 언급했듯이 기본 PCB에서 부품은 한쪽에 집중되고 와이어는 다른쪽에 집중됩니다. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. 단일 패널은 회로 설계에 많은 엄격한 제한이 있었기 때문에(한쪽만 있기 때문에 배선이 교차할 수 없고 별도의 경로를 취해야 함) 초기 회로에서만 이러한 보드를 사용했습니다.

양면 보드

회로 기판은 양쪽에 배선이 있습니다. But in order to use both wires, there must be proper electrical connections between the two sides. 회로 사이의 이 “브리지”를 가이드 홀(VIA)이라고 합니다. 가이드 구멍은 양쪽의 와이어에 연결할 수 있는 금속으로 채워지거나 코팅된 PCB의 작은 구멍입니다. 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

배선 가능 면적을 늘리기 위해 단면 또는 양면 배선 기판을 더 많이 사용합니다. 다층 보드는 여러 개의 이중 패널을 사용하며 각 패널 사이에 단열재 층이 배치되고 접착(프레스)됩니다. 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. 대부분의 대형 슈퍼컴퓨터는 꽤 많은 마더보드 레이어를 사용하지만 일반 컴퓨터 클러스터로 대체될 수 있어 사용이 중단되었습니다. 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.

부품 패키징 기술

스루홀 기술

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. 따라서 이들의 조인트는 실제로 양쪽에서 공간을 차지하며 솔더 조인트는 상대적으로 큽니다. 반면에 THT 부품은 SMT(Surface Mounted Technology) 부품보다 PCB에 더 잘 연결됩니다. 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.

표면 접착 부품은 양면에 용접할 수도 있습니다.

SMT는 또한 THT보다 작은 부품을 가지고 있습니다. 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

PCB 설계에서는 실제로 정식 배선 전에 거쳐야 할 매우 긴 단계가 있습니다. 다음은 주요 설계 프로세스입니다.

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

다음 단계는 시스템의 기능 블록 다이어그램을 만드는 것입니다. 사각형 사이의 관계도 표시해야 합니다.

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.

사용할 패키징 방법 및 각 PCB의 크기 결정

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. 기술을 선택할 때 회로도의 품질과 속도도 고려해야 합니다.

Draw schematic circuit diagrams of all PCB’s

The details of the interconnections between the parts should be shown in the sketch. 모든 시스템에서 PCB는 기술되어야 하며, 현재 대부분이 CAD(Computer Aided Design)를 사용하고 있습니다. Here is an example of a CircuitMakerTM design.

PCB 회로의 개략도

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. 가장 효율적인 방법으로 경로에 연결해야 합니다. 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

오늘날의 컴퓨터 소프트웨어 중 일부는 각 구성 요소의 배치가 올바르게 연결될 수 있는지 여부를 확인하거나 고속으로 올바르게 작동할 수 있는지 여부를 확인할 수 있습니다. 이 단계를 부품 정렬이라고 하지만 너무 자세히 설명하지는 않겠습니다. 회로 설계에 문제가 있는 경우 회로를 현장으로 내보내기 전에 부품을 재배열할 수도 있습니다.

PCB의 내보내기 회로

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. 이 단계는 일반적으로 완전히 자동화되지만 일반적으로 수동 변경이 필요합니다. Below is the wire template for 2 laminates. 빨간색과 파란색 선은 각각 PCB 부품 레이어와 용접 레이어를 나타냅니다. The white text and squares represent the markings on the screen printing surface. 빨간색 점과 원은 드릴링 및 안내 구멍을 나타냅니다. 맨 오른쪽에서 PCB의 용접 표면에 금색 손가락을 볼 수 있습니다. 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. 이러한 사양은 회로의 속도, 전송되는 신호의 강도, 소비 전력 및 노이즈에 대한 회로의 감도, 재료 및 제조 장비의 품질에 따라 다릅니다. 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. 2개 이상의 레이어가 필요한 경우 일반적으로 신호 레이어의 전송 신호가 영향을 받지 않도록 전원 레이어와 접지 레이어를 사용하며 신호 레이어의 차폐로 사용할 수 있습니다.

Wire after circuit test

In order to be sure that the line is working properly behind the wire, it must pass the final test. 이 테스트는 잘못된 연결도 확인하고 모든 연결은 회로도를 따릅니다.

설정 및 파일링

현재 PCBS 설계를 위한 많은 CAD 도구가 있기 때문에 제조업체는 보드를 제조하기 전에 표준을 충족하는 프로파일이 있어야 합니다. 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

EMC 사양에 맞게 설계되지 않은 전자 장치는 전자기 에너지를 방출하고 주변 기기에 간섭을 일으킬 수 있습니다. EMC는 전자기 간섭(EMI), 전자기장(EMF) 및 무선 주파수 간섭(RFI)에 대한 최대 제한을 부과합니다. 이 규정은 기기 및 기타 주변 기기의 정상적인 작동을 보장할 수 있습니다. EMC는 한 장치에서 다른 장치로 분산되거나 전송될 수 있는 에너지의 양을 엄격하게 제한하며 외부 EMF, EMI, RFI 등에 대한 민감성을 줄이도록 설계되었습니다. 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. 도체 간 전류 손실과 같은 내부 EMI는 주파수가 증가함에 따라 증가합니다. 둘 사이의 전류 차이가 너무 크면 둘 사이의 거리를 늘려야 합니다. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. 배선의 지연 속도도 중요하므로 길이가 짧을수록 좋습니다. 따라서 배선이 좋은 작은 PCB는 큰 PCB보다 고속에서 더 잘 작동합니다.