Iespiedshēmas plate (PCB) ir atrodamas gandrīz visu veidu elektroniskajās ierīcēs. Ja iekārtā ir elektroniski komponenti, tie ir iestrādāti arī dažāda izmēra PCB. Papildus dažādu mazu detaļu nostiprināšanai PCB galvenā funkcija ir nodrošināt elektrisko savienojumu starp komponentiem. Tā kā elektroniskais aprīkojums kļūst arvien sarežģītāks, ir vajadzīgas arvien jaunas detaļas, un elektroinstalācija un detaļas uz PCB kļūst arvien blīvākas. Standarta PCB izskatās apmēram šādi. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

Plāksnes pamatne ir izgatavota no materiāla, kas ir izolēts un izturīgs pret saliekšanu. Mazais līnijas materiāls, ko var redzēt uz virsmas, ir vara folija. Sākotnēji vara folija ir pārklāta uz visas plātnes, un vidējā daļa ir iegravēta ražošanas procesā, bet atlikušā daļa kļūst par mazu līniju tīklu. Šīs līnijas sauc par vadītājiem vai vadītājiem, un tās izmanto, lai nodrošinātu elektrisko savienojumu ar PCB daļām.

Lai detaļas piestiprinātu pie PCB, mēs piespraužam to tapas tieši pie elektroinstalācijas. Pamata PCB detaļas ir koncentrētas vienā pusē, bet vadi – otrā. Tātad mums ir jāizveido caurumi plāksnē, lai tapas varētu iet caur dēli uz otru pusi, tāpēc detaļu tapas ir metinātas uz otru pusi. Šī iemesla dēļ PCB priekšējo un aizmugurējo pusi sauc attiecīgi par komponentu pusi un lodēšanas pusi.

Ja uz PCB ir detaļas, kuras pēc izgatavošanas var noņemt vai uzlikt atpakaļ, detaļu uzstādīšanai tiks izmantota kontaktligzda. Tā kā kontaktligzda ir tieši metināta pie plātnes, detaļas var patvaļīgi izjaukt. ZIF (Zero InserTIon Force) spraudnis ļauj viegli ievietot un noņemt detaļas. Svira, kas atrodas blakus kontaktligzdai, var noturēt detaļas vietā pēc to ievietošanas.

Lai savienotu divus PCBS viens ar otru, parasti tiek izmantots malas savienotājs. Zelta pirkstā ir vairāki tukši vara spilventiņi, kas faktiski ir daļa no PCB elektroinstalācijas. Parasti, lai izveidotu savienojumu, mēs ievietojam zelta pirkstu vienā PCB atbilstošajā slotā (parasti sauc par paplašināšanas slotu) otrā PCB. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Zaļā vai brūnā krāsa uz PCB ir lodēšanas maskas krāsa. Šis slānis ir izolācijas vairogs, kas aizsargā vara stiepli un novērš detaļu metināšanu nepareizā vietā. Uz lodēšanas pretestības slāņa tiks iespiests vēl viens zīda siets. Parasti tas ir uzdrukāts ar vārdiem un simboliem (galvenokārt balts), lai norādītu uz tāfeles esošo detaļu stāvokli. Screen printing surface is also known as icon surface

Leģenda).

Vienpusēji dēļi

Kā jau minējām, pamata PCB detaļas ir koncentrētas vienā pusē, bet vadi – otrā. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Tā kā atsevišķiem paneļiem bija daudz stingru ierobežojumu shēmas konstrukcijai (jo bija tikai viena puse, elektroinstalācija nevarēja šķērsot, un tai bija jāiziet atsevišķs ceļš), šādas plāksnes izmantoja tikai agrīnās shēmas.

Divpusēji dēļi

Shēmas plates abās pusēs ir elektroinstalācija. Bet, lai izmantotu abus vadus, starp abām pusēm jābūt atbilstošiem elektriskiem savienojumiem. Šo “tiltu” starp ķēdēm sauc par virzošo caurumu (VIA). Vadošie caurumi ir nelieli caurumi PCB, kas piepildīti vai pārklāti ar metālu, kurus var savienot ar vadiem abās pusēs. 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.

Daudzslāņu dēļi

Lai palielinātu vadu platību, tiek izmantoti vairāk vienpusēji vai divpusēji elektroinstalācijas dēļi. Daudzslāņu plāksnē tiek izmantoti vairāki dubultie paneļi, un starp katru paneli tiek novietots izolācijas slānis un pielīmēts (presēts). Plāksnes slāņu skaits pārstāv vairākus neatkarīgus elektroinstalācijas slāņus, parasti pāra slāņu skaitu, ieskaitot divus attālākos slāņus. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. Lielākā daļa lielo superdatoru izmanto diezgan daudz mātesplatē esošo slāņu, taču tie vairs nav izmantoti, jo tos var aizstāt ar parastu datoru kopām. 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.

Vadošajam caurumam (VIA), ko mēs tikko pieminējām, ja tas tiek uzklāts uz dubultā paneļa, jābūt caur visu dēli

Bet daudzslāņu gadījumā, ja vēlaties savienot tikai dažas līnijas, vadošie caurumi var izšķērdēt daļu no līnijas vietas citos slāņos. 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. Apraktie caurumi ir savienoti tikai ar iekšējo PCB, tāpēc gaisma no virsmas nav redzama.

Daudzslāņu PCB viss slānis ir tieši savienots ar zemējuma vadu un barošanas avotu. Tāpēc mēs slāņus klasificējam kā signālu, jaudu vai zemi. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Daļu iepakošanas tehnoloģija

Izmantojot caurumu tehnoloģiju

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. Šī daļa aizņem daudz vietas, un katrai tapai tiek izurbts viens caurums. Tātad to savienojumi faktiski aizņem vietu abās pusēs, un lodēšanas savienojumi ir salīdzinoši lieli. No otras puses, THT detaļas ir labāk savienotas ar PCB nekā Surface Mounted Technology (SMT) detaļas, par kurām mēs runāsim vēlāk. Ligzdām, piemēram, vadu kontaktligzdām un līdzīgām saskarnēm, jābūt izturīgām pret spiedienu, tāpēc tās parasti ir THT paketes.

Virsmas montāžas tehnoloģija

Virsmas montāžas tehnoloģijas (SMT) detaļām tapa ir metināta vienā pusē ar detaļām. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Virsmas līmes daļas var pat sametināt no abām pusēm.

SMT ir arī mazākas detaļas nekā THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. Tāpēc nav pārsteigums, ka lielākā daļa mūsdienu PCBS ir SMT.

Tā kā detaļu lodēšanas savienojumi un tapas ir ļoti mazas, ir ļoti grūti tos metināt manuāli. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

Projektēšanas process

PCB dizainā faktiski ir jāveic ļoti ilgi soļi pirms oficiālas elektroinstalācijas. Galvenais projektēšanas process ir šāds:

The system specifications

Pirmkārt, jāplāno elektronisko iekārtu sistēmas specifikācijas. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Nākamais solis ir izveidot sistēmas funkcionālo blokshēmu. Jāatzīmē arī attiecības starp kvadrātiem.

Divide the system into several PCBS

Sistēmas sadalīšana vairākos PCBS ne tikai samazina izmēru, bet arī dod sistēmai iespēju uzlabot un mainīt detaļas. 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.

Nosakiet izmantojamo iepakošanas metodi un katras PCB izmēru

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. Izvēloties tehnoloģiju, jāņem vērā arī shēmas kvalitāte un ātrums.

Uzzīmējiet visu PCB shēmu shēmas

Skicē jāparāda detaļu savstarpējo savienojumu detaļas. Jāapraksta visu sistēmu PCB, un lielākā daļa no tām pašlaik izmanto datorizētu dizainu (CAD). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

PCB shēmas shematiska shēma

Preliminary design of simulation operation

Lai nodrošinātu, ka izstrādātā shēmas shēma darbojas, tā vispirms ir jāmodelē, izmantojot datora programmatūru. Šāda programmatūra var nolasīt rasējumus un parādīt, kā ķēde darbojas daudzos veidos. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

Daļu izvietošanas veids ir atkarīgs no tā, kā tās ir savstarpēji savienotas. Tiem jābūt savienotiem ar ceļu visefektīvākajā veidā. Efektīva elektroinstalācija nozīmē pēc iespējas īsāku elektroinstalāciju un mazāk slāņu (kas arī samazina vadošo atveru skaitu), taču mēs pie tā atgriezīsimies. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Pārbaudiet elektroinstalācijas iespējas ar pareizu darbību lielā ātrumā

Dažas mūsdienu datoru programmatūras var pārbaudīt, vai katra komponenta izvietojumu var pareizi savienot, vai pārbaudīt, vai tas var pareizi darboties lielā ātrumā. Šo soli sauc par detaļu sakārtošanu, taču mēs par to pārāk neiedziļināsimies. Ja rodas problēmas ar shēmas konstrukciju, detaļas var arī pārkārtot, pirms ķēde tiek eksportēta uz lauka.

Eksporta shēma uz PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Šis solis parasti ir pilnībā automatizēts, lai gan parasti ir nepieciešamas manuālas izmaiņas. Below is the wire template for 2 laminates. Sarkanā un zilā līnija apzīmē attiecīgi PCB detaļu slāni un metināšanas slāni. Baltais teksts un kvadrāti attēlo marķējumus uz sietspiedes virsmas. Sarkanie punkti un apļi attēlo urbumus un virzošos caurumus. Labajā malā mēs varam redzēt zelta pirkstu uz PCB metināšanas virsmas. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Katram dizainam jāatbilst noteikumu kopumam, piemēram, minimālajām atstarpēm starp līnijām, minimālajiem līniju platumiem un citiem līdzīgiem praktiskiem ierobežojumiem. Šīs specifikācijas atšķiras atkarībā no ķēdes ātruma, pārraidāmā signāla stipruma, ķēdes jutīguma pret enerģijas patēriņu un troksni, kā arī no materiāla un ražošanas aprīkojuma kvalitātes. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. Lai samazinātu PCB izmaksas, vienlaikus samazinot slāņu skaitu, jāpievērš uzmanība arī tam, vai šie noteikumi joprojām tiek ievēroti. Ja ir nepieciešami vairāk nekā 2 slāņi, parasti tiek izmantots jaudas slānis un zemes slānis, lai izvairītos no signāla slāņa pārraides signāla ietekmes, un to var izmantot kā signāla slāņa vairogu.

Vads pēc ķēdes pārbaudes

Lai pārliecinātos, ka līnija darbojas pareizi aiz stieples, tai jāiztur pēdējais tests. Šis tests arī pārbauda nepareizus savienojumus, un visi savienojumi atbilst shematiskajai diagrammai.

Izveidojiet un reģistrējiet

Tā kā pašlaik ir daudz CAD rīku PCBS projektēšanai, ražotājiem, lai tie varētu ražot plāksnes, ir jābūt standartam atbilstošam profilam. Pastāv vairākas standarta specifikācijas, taču visizplatītākā ir Gerber Files specifikācija. Gerber failu komplektā ietilpst katra signāla, jaudas un zemes slāņa plāns, lodēšanas pretestības slāņa plāns un sietspiedes virsma, kā arī norādīti urbšanas un pārvietošanas faili.

Electromagnetic compatibility problem

Elektroniskās ierīces, kas nav izstrādātas atbilstoši EMC specifikācijām, var izstarot elektromagnētisko enerģiju un traucēt tuvumā esošo ierīču darbību. EMC nosaka maksimālos ierobežojumus elektromagnētiskajiem traucējumiem (EMI), elektromagnētiskajam laukam (EMF) un radiofrekvenču traucējumiem (RFI). Šis noteikums var nodrošināt normālu ierīces un citu tuvumā esošo ierīču darbību. EMC nosaka stingrus ierobežojumus enerģijas daudzumam, ko var izkliedēt vai pārraidīt no vienas ierīces uz otru, un tas ir paredzēts, lai samazinātu uzņēmību pret ārējiem EML, EMI, RFI utt. Citiem vārdiem sakot, šī noteikuma mērķis ir novērst elektromagnētiskās enerģijas iekļūšanu ierīcē vai tās izstarošanu. Šo problēmu ir ļoti grūti atrisināt, un to parasti atrisina, izmantojot strāvas un zemējuma slāņus vai ievietojot PCBS metāla kastēs. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. Mēs pārāk neiedziļināsimies šajos jautājumos.

Ķēdes maksimālais ātrums ir atkarīgs no atbilstības EMS. Iekšējais EMI, piemēram, strāvas zudums starp vadītājiem, palielinās, palielinoties frekvencei. Ja pašreizējā atšķirība starp abiem ir pārāk liela, noteikti pagariniet attālumu starp tiem. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Elektroinstalācijas kavēšanās ātrums ir arī svarīgs, tāpēc jo īsāks garums, jo labāk. Tātad maza PCB ar labu elektroinstalāciju darbosies labāk lielā ātrumā nekā liela PCB.