Kretskort (PCB) finnes i nesten alle slags elektroniske enheter. Hvis det er elektroniske komponenter i et utstyr, er de også innebygd i forskjellige størrelser på kretskort. I tillegg til å fikse forskjellige smådeler, er hovedfunksjonen til kretskortet å tilveiebringe elektriske forbindelser mellom komponentene. 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. En standard PCB ser omtrent slik ut. 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. Det lille linjematerialet som kan sees på overflaten er kobberfolie. Opprinnelig er kobberfolien dekket på hele brettet, og den midterste delen etses bort i produksjonsprosessen, og den gjenværende delen blir et nettverk av små linjer. 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. På en grunnleggende PCB er delene konsentrert på den ene siden og ledningene konsentrert på den andre. 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.

Hvis det er deler på kretskortet som kan fjernes eller settes på igjen etter produksjon, vil Socket brukes til å installere delene. 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. Spaken ved siden av kontakten kan holde delene på plass etter at du har satt dem inn.

To connect two PCBS to each other, an edge connector is commonly used. Gullfingeren inneholder en rekke bare kobberputer som faktisk er en del av PCB -ledningene. Normalt, for å koble til, setter vi inn gullfingeren på den ene PCB -en i den riktige sporet (ofte kalt utvidelsesspor) på den andre PCB. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Den grønne eller brune fargen på kretskortet er fargen på loddemasken. Dette laget er et isolerende skjold som beskytter kobbertråden og forhindrer at deler sveises til feil sted. En annen silketrykk vil bli skrevet ut på loddemotstandslaget. 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

Legende).

Ensidige brett

Som vi nevnte, på en grunnleggende PCB, er delene konsentrert på den ene siden og ledningene konsentrert på den andre. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Fordi enkeltpaneler hadde mange strenge restriksjoner på utformingen av kretsen (fordi det bare var en side, kunne ledningene ikke krysse og måtte gå en egen vei), bare tidlige kretser brukte slike brett.

Dobbeltsidige brett

Kretskortet har ledninger på begge sider. Men for å kunne bruke begge ledningene må det være riktige elektriske forbindelser mellom de to sidene. Denne “broen” mellom kretsene kalles et guidehull (VIA). Føringshull er små hull i kretskortet fylt eller belagt med metall som kan kobles til ledninger på begge sider. 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

For å øke arealet som kan kobles til, brukes flere enkeltsidige eller tosidige ledningsplater. Flerlagsplaten bruker flere doble paneler, og et lag isolasjon plasseres mellom hvert panel og limes (presses). Antall lag på tavlen representerer flere uavhengige ledningslag, vanligvis et jevnt antall lag, inkludert de ytterste to lagene. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. De fleste store superdatamaskiner bruker ganske mange lag med hovedkort, men de har falt ut av bruk ettersom de kan erstattes av klynger av vanlige datamaskiner. 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.

Føringshullet (VIA) vi nettopp nevnte, hvis det påføres et dobbeltpanel, må være gjennom hele brettet

Men i et flerlag, hvis du bare vil koble til noen av linjene, kan styrehullene kaste bort noe av linjeplassen i de andre lagene. 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. Nedgravde hull er bare koblet til det interne kretskortet, så lyset er ikke synlig fra overflaten.

In a multilayer PCB, the entire layer is directly connected to the ground wire and the power supply. Så vi klassifiserer lagene som Signal, Power eller Ground. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Delemballasje teknologi

Gjennom hullteknologi

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. Så leddene deres tar faktisk plass på begge sider, og loddeskjøtene er relativt store. På den annen side er THT -deler bedre koblet til PCB enn Surface Mounted Technology (SMT) -deler, som vi skal snakke om senere. Sockets like wired sockets and similar interfaces need to be pressure-tolerant, so they are usually THT packages.

Overflatemontert teknologi

For Surface Mounted Technology (SMT) deler, er tappen sveiset på samme side med delene. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Selvklebende overflater kan sveises på begge sider.

SMT har også mindre deler enn 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

I PCB -design er det faktisk veldig lange trinn å gå gjennom før formelle ledninger. Følgende er hoveddesignprosessen:

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

Det neste trinnet er å lage et funksjonelt blokkdiagram av systemet. Forholdet mellom rutene må også merkes.

Divide the system into several PCBS

Ved å dele systemet inn i flere PCBS reduseres ikke bare størrelsen, men gir også systemet muligheten til å oppgradere og bytte deler. 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.

Bestem emballasjemetoden som skal brukes og størrelsen på hver 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. Kvaliteten og hastigheten på kretsdiagrammet bør også tas i betraktning når du velger teknologien.

Tegn skjematiske kretsdiagrammer for alle kretskort

Detaljene om sammenkoblingene mellom delene skal vises på skissen. PCB i alle systemer må beskrives, og de fleste av dem bruker CAD (Computer Aided Design) for tiden. Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Skjematisk diagram av kretskortet

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Slik programvare kan lese tegninger og vise hvordan kretsen fungerer på mange måter. 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. De må kobles til banen på den mest effektive måten. 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

Noen av dagens dataprogramvare kan kontrollere om plasseringen av hver komponent kan kobles riktig, eller kontrollere om den kan fungere riktig ved høy hastighet. Dette trinnet kalles å arrangere deler, men vi skal ikke gå så langt inn på dette. Hvis det er et problem med kretsutformingen, kan deler også omorganiseres før kretsen eksporteres i feltet.

Eksporter krets på PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Dette trinnet er vanligvis fullt automatisert, selv om manuelle endringer vanligvis kreves. Below is the wire template for 2 laminates. De røde og blå linjene representerer henholdsvis PCB -delelaget og sveiselaget. Den hvite teksten og rutene representerer markeringene på skjermutskriftsoverflaten. De røde prikkene og sirklene representerer bore- og føringshull. Ytterst til høyre kan vi se gullfingeren på sveiseoverflaten på kretskortet. 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. Disse spesifikasjonene varierer i henhold til hastigheten på kretsen, styrken til signalet som skal overføres, kretsens følsomhet for strømforbruk og støy, og kvaliteten på materialet og produksjonsutstyret. 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. Hvis det trengs mer enn 2 lag, brukes vanligvis kraftlaget og bakken for å unngå at overføringssignalet på signallaget påvirkes, og kan brukes som et skjerm for signallaget.

Wire after circuit test

For å være sikker på at linjen fungerer som den skal bak ledningen, må den bestå den siste testen. Denne testen kontrollerer også om det er feil tilkoblinger, og alle tilkoblinger følger det skjematiske diagrammet.

Etablere og arkivere

Fordi det for tiden er mange CAD -verktøy for å designe PCBS, må produsenter ha en profil som oppfyller standardene før de kan produsere plater. Det er flere standardspesifikasjoner, men den vanligste er Gerber Files -spesifikasjonen. Et sett med Gerber -filer inkluderer en plan for hvert signal, kraft- og grunnlag, en plan for loddemotstandslaget og skjermutskriftsoverflaten, og spesifiserte filer for boring og forskyvning.

Electromagnetic compatibility problem

Elektroniske enheter som ikke er konstruert i henhold til EMC -spesifikasjoner, vil sannsynligvis avgi elektromagnetisk energi og forstyrre apparater i nærheten. EMC setter maksimumsgrenser for elektromagnetisk interferens (EMI), elektromagnetisk felt (EMF) og radiofrekvensinterferens (RFI). Denne forskriften kan sikre normal bruk av apparatet og andre nærliggende apparater. EMC setter strenge grenser for mengden energi som kan spres eller overføres fra en enhet til en annen, og er designet for å redusere følsomheten for ekstern EMF, EMI, RFI, og så videre. 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. Intern EMI, for eksempel strømtap mellom ledere, øker når frekvensen stiger. Hvis strømforskjellen mellom de to er for stor, må du sørge for å forlenge avstanden mellom dem. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Forsinkelsesgraden i ledninger er også viktig, så jo kortere lengde, jo bedre. Så en liten PCB med gode ledninger vil fungere bedre i høye hastigheter enn en stor PCB.