Spausdintinė plokštė (PCB) yra beveik visuose elektroniniuose įrenginiuose. Jei įrenginyje yra elektroninių komponentų, jie taip pat yra įterpti į įvairių dydžių PCB. Be įvairių smulkių dalių tvirtinimo, pagrindinė PCB funkcija yra užtikrinti elektros jungtis tarp komponentų. Kadangi elektroninė įranga tampa vis sudėtingesnė, reikia vis daugiau dalių, o laidai ir dalys ant PCB tampa vis tankesni. Standartinė PCB atrodo maždaug taip. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

Pats plokštės pagrindas yra pagamintas iš medžiagos, kuri yra izoliuota ir atspari lenkimui. Maža linijos medžiaga, kurią galima pamatyti ant paviršiaus, yra vario folija. Iš pradžių varinė folija buvo padengta ant visos plokštės, o vidurinė dalis išgraviruota gamybos procese, o likusi dalis tampa mažų linijų tinklu. Šios linijos vadinamos laidininkais arba laidininkais ir naudojamos elektros jungtims prie PCB dalių prijungti.

Norėdami pritvirtinti dalis prie PCB, jų kaiščius lituojame tiesiai prie laidų. Pagrindinėje PCB dalys yra sutelktos vienoje pusėje, o laidai – kitoje. Taigi mes turime padaryti skyles plokštėje, kad kaiščiai galėtų eiti per lentą į kitą pusę, todėl dalių kaiščiai yra suvirinti į kitą pusę. Dėl šios priežasties priekinė ir galinė PCB pusės yra vadinamos atitinkamai komponentine ir litavimo puse.

Jei ant PCB yra dalių, kurias galima nuimti arba vėl uždėti po gamybos, dalims montuoti bus naudojamas lizdas. Kadangi lizdas yra tiesiogiai suvirintas prie plokštės, dalis galima savavališkai išardyti. ZIF (Zero InserTIon Force) kištukas leidžia lengvai įdėti ir išimti dalis. Šalia lizdo esanti svirtis gali laikyti dalis, kai jas įdėsite.

Norėdami prijungti du PCBS vienas prie kito, dažniausiai naudojama kraštinė jungtis. Auksiniame piršte yra daugybė plikų varinių pagalvėlių, kurios iš tikrųjų yra PCB laidų dalis. Paprastai, norėdami prisijungti, įkišame auksinį pirštą ant vienos PCB į atitinkamą lizdą (paprastai vadinamą išplėtimo lizdu) kitoje PCB. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Žalia arba ruda spalva ant PCB yra lydmetalio kaukės spalva. Šis sluoksnis yra izoliacinis skydas, apsaugantis varinę vielą ir neleidžiantis suvirinti dalių į netinkamą vietą. Kitas šilkografija bus atspausdintas ant atsparumo lydmetaliui sluoksnio. Paprastai jis spausdinamas žodžiais ir simboliais (dažniausiai baltais), kad būtų nurodyta dalių padėtis lentoje. Screen printing surface is also known as icon surface

Legenda).

Vienpusės lentos

Kaip minėjome, pagrindinėje PCB dalys yra sutelktos vienoje pusėje, o laidai – kitoje. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Kadangi atskiros plokštės turėjo daug griežtų grandinės konstrukcijos apribojimų (nes buvo tik viena pusė, laidai negalėjo kirsti ir turėjo eiti atskiru keliu), tokios plokštės buvo naudojamos tik ankstyvosiose grandinėse.

Dvipusės lentos

Grandinės plokštė turi laidus iš abiejų pusių. Tačiau norint naudoti abu laidus, tarp abiejų pusių turi būti tinkamos elektros jungtys. Šis „tiltas“ tarp grandinių vadinamas kreipiančiąja anga (VIA). Kreipiamosios angos yra mažos skylės PCB, užpildytos arba padengtos metalu, kurias galima prijungti prie laidų iš abiejų pusių. 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.

Daugiasluoksnės plokštės

Norint padidinti laidų plotą, naudojama daugiau vienpusių arba dvipusių laidų plokščių. Daugiasluoksnėje plokštėje naudojamos kelios dvigubos plokštės, o tarp kiekvienos plokštės dedamas izoliacijos sluoksnis ir klijuojama (presuojama). Plokštės sluoksnių skaičius yra keli nepriklausomi laidų sluoksniai, paprastai lyginis sluoksnių skaičius, įskaitant du atokiausius sluoksnius. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. Dauguma didžiųjų superkompiuterių naudoja gana daug pagrindinių plokščių sluoksnių, tačiau jie nenaudojami, nes juos gali pakeisti įprastų kompiuterių grupės. 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.

Mūsų ką tik paminėta kreipiamoji skylė (VIA), jei uždėta ant dvigubo skydo, turi būti per visą plokštę

Tačiau daugiasluoksnyje, jei norite prijungti tik kai kurias linijas, kreipiančiosios skylės gali iššvaistyti dalį linijos vietos kituose sluoksniuose. 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. Palaidotos skylės yra prijungtos tik prie vidinės PCB, todėl šviesa iš paviršiaus nematoma.

Daugiasluoksnėje PCB visas sluoksnis yra tiesiogiai prijungtas prie įžeminimo laido ir maitinimo šaltinio. Taigi mes klasifikuojame sluoksnius kaip signalą, galią ar žemę. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Dalių pakavimo technologija

Per skylių technologiją

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. Ši dalis užima daug vietos ir kiekvienam kaiščiui išgręžiama viena skylė. Taigi jų jungtys iš tikrųjų užima vietą iš abiejų pusių, o litavimo siūlės yra gana didelės. Kita vertus, THT dalys yra geriau prijungtos prie PCB nei Surface Mounted Technology (SMT) dalys, apie kurias kalbėsime vėliau. Lizdai, tokie kaip laidiniai lizdai ir panašios sąsajos, turi būti atsparūs slėgiui, todėl paprastai jie yra THT paketai.

Paviršiuje sumontuota technologija

Paviršiuje sumontuotos technologijos (SMT) dalims kaištis suvirinamas toje pačioje pusėje su dalimis. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Lipnios paviršiaus dalys gali būti suvirintos net iš abiejų pusių.

SMT taip pat turi mažesnes dalis nei THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. Taigi nenuostabu, kad dauguma šiandieninių PCBS yra SMT.

Kadangi dalių litavimo jungtys ir kaiščiai yra labai maži, juos suvirinti rankiniu būdu yra labai sunku. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

Projektavimo procesas

Kuriant PCB, iš tikrųjų reikia atlikti labai ilgus žingsnius iki oficialaus prijungimo. Toliau pateikiamas pagrindinis projektavimo procesas:

The system specifications

Pirmiausia reikia suplanuoti elektroninės įrangos sistemos specifikacijas. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Kitas žingsnis – sukurti funkcinę sistemos blokinę schemą. Taip pat turi būti pažymėtas kvadratų santykis.

Divide the system into several PCBS

Padalijus sistemą į keletą PCBS, ne tik sumažinamas dydis, bet ir suteikiama sistemai galimybė atnaujinti ir pakeisti dalis. 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.

Nustatykite naudojamą pakavimo būdą ir kiekvieno PCB dydį

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. Renkantis technologiją taip pat reikia atsižvelgti į grandinės schemos kokybę ir greitį.

Nubraižykite visų PCB schemas

Eskize turėtų būti parodyta detalių sąsajų tarp dalių informacija. Turi būti aprašytos visų sistemų PCB, ir dauguma jų šiuo metu naudoja kompiuterinį projektavimą (Computer Aided Design). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

PCB grandinės schema

Preliminary design of simulation operation

Siekiant užtikrinti, kad sukurta schema veiktų, ji pirmiausia turi būti imituojama naudojant kompiuterinę programinę įrangą. Tokia programinė įranga gali skaityti brėžinius ir parodyti, kaip grandinė veikia įvairiais būdais. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

Dalių išdėstymo būdas priklauso nuo to, kaip jos yra sujungtos viena su kita. Jie turi būti efektyviausiai sujungti su keliu. Efektyvus laidų sujungimas reiškia kuo trumpesnį laidų sujungimą ir mažiau sluoksnių (tai taip pat sumažina kreipiamųjų skylių skaičių), tačiau prie to dar grįšime. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Išbandykite laidų prijungimo galimybes tinkamai veikdami dideliu greičiu

Kai kurios šiuolaikinės kompiuterių programinės įrangos gali patikrinti, ar kiekvieno komponento vieta gali būti tinkamai prijungta, arba patikrinti, ar jis gali tinkamai veikti dideliu greičiu. Šis žingsnis vadinamas dalių išdėstymu, tačiau per daug nesigilinsime. Jei kyla problemų dėl grandinės konstrukcijos, dalis taip pat galima pertvarkyti prieš eksportuojant grandinę lauke.

Eksporto grandinė ant PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Šis veiksmas paprastai yra visiškai automatizuotas, nors dažniausiai reikia keisti rankiniu būdu. Below is the wire template for 2 laminates. Raudonos ir mėlynos linijos žymi atitinkamai PCB dalių sluoksnį ir suvirinimo sluoksnį. Baltas tekstas ir kvadratai reiškia žymes ant ekrano spausdinimo paviršiaus. Raudoni taškai ir apskritimai žymi skylių gręžimą ir nukreipimą. Dešinėje dešinėje matome auksinį pirštą ant PCB suvirinimo paviršiaus. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Kiekvienas dizainas turi atitikti taisyklių rinkinį, pvz., Minimalius rezervuotus tarpus tarp eilučių, minimalų eilučių plotį ir kitus panašius praktinius apribojimus. Šios specifikacijos skiriasi priklausomai nuo grandinės greičio, perduodamo signalo stiprumo, grandinės jautrumo energijos suvartojimui ir triukšmui bei medžiagos ir gamybos įrangos kokybės. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. Siekiant sumažinti PCB išlaidas, kartu sumažinant sluoksnių skaičių, taip pat būtina atkreipti dėmesį į tai, ar šių taisyklių vis dar laikomasi. Jei reikia daugiau nei 2 sluoksnių, maitinimo sluoksnis ir įžeminimo sluoksnis paprastai naudojami siekiant išvengti signalo sluoksnio perdavimo signalo poveikio ir gali būti naudojami kaip signalinio sluoksnio skydas.

Laidas po grandinės bandymo

Kad įsitikintumėte, jog linija tinkamai veikia už laido, ji turi išlaikyti paskutinį bandymą. Šis bandymas taip pat patikrina, ar nėra neteisingų jungčių, ir visos jungtys atitinka schemą.

Nustatykite ir užfiksuokite

Kadangi šiuo metu yra daug CAD įrankių, skirtų PCBS projektavimui, gamintojai, prieš pradėdami gaminti plokštes, turi turėti standartus atitinkantį profilį. Yra keletas standartinių specifikacijų, tačiau labiausiai paplitusi yra „Gerber Files“ specifikacija. „Gerber“ failų rinkinį sudaro kiekvieno signalo, galios ir žemės sluoksnio planas, atsparumo lituoti sluoksniui ir šilkografijos paviršiaus planas bei nurodytos gręžimo ir poslinkio bylos.

Electromagnetic compatibility problem

Elektroniniai prietaisai, kurie nėra sukurti pagal EMS specifikacijas, greičiausiai skleis elektromagnetinę energiją ir trukdys netoliese esantiems prietaisams. EMC nustato maksimalias elektromagnetinių trukdžių (EMI), elektromagnetinio lauko (EMF) ir radijo dažnių trukdžių (RFI) ribas. Ši taisyklė gali užtikrinti normalų prietaiso ir kitų šalia esančių prietaisų veikimą. EMC nustato griežtus energijos kiekio, kurį galima išsklaidyti ar perduoti iš vieno įrenginio į kitą, apribojimus ir yra skirtas sumažinti jautrumą išoriniams EML, EMI, RFI ir pan. Kitaip tariant, šios taisyklės tikslas – neleisti elektromagnetinei energijai patekti į prietaisą ar iš jo sklisti. Tai labai sunkiai išsprendžiama problema ir paprastai išsprendžiama naudojant maitinimo ir įžeminimo sluoksnius arba įdedant PCBS į metalines dėžes. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. Mes per daug nesigilinsime į šias problemas.

Maksimalus grandinės greitis priklauso nuo atitikties EMS. Vidinis EMI, pvz., Srovės nuostoliai tarp laidininkų, didėja, kai dažnis kyla. Jei dabartinis skirtumas tarp jų yra per didelis, būtinai padidinkite atstumą tarp jų. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Laidavimo uždelsimo greitis taip pat yra svarbus, todėl kuo trumpesnis ilgis, tuo geriau. Taigi maža PCB, turinti gerą laidą, veiks geriau dideliu greičiu nei didelė PCB.