Circuit imprimat bord (PCB) se găsesc în aproape orice tip de dispozitiv electronic. 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. Un PCB standard arată cam așa. 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. Pe un PCB de bază, piesele sunt concentrate pe o parte, iar firele sunt concentrate pe cealaltă. 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.

Dacă există piese pe PCB care pot fi îndepărtate sau repuse după fabricare, soclul va fi utilizat pentru instalarea pieselor. 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. Degetul de aur conține o serie de tampoane de cupru goale care fac de fapt parte din cablajul PCB. În mod normal, pentru conectare, introducem degetul auriu pe un PCB în slotul corespunzător (denumit în mod obișnuit slot de expansiune) pe celălalt PCB. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Culoarea verde sau maro de pe PCB este culoarea măștii de lipit. This layer is an insulating shield that protects the copper wire and prevents parts from being welded to the wrong place. Un alt ecran de mătase va fi imprimat pe stratul de rezistență la lipire. 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

Legendă).

Panouri unilaterale

După cum am menționat, pe un PCB de bază, piesele sunt concentrate pe o parte, iar firele sunt concentrate pe cealaltă. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Deoarece panourile individuale aveau multe restricții stricte în ceea ce privește proiectarea circuitului (deoarece exista o singură parte, cablarea nu putea trece și trebuia să ia o cale separată), doar circuitele timpurii foloseau astfel de plăci.

Panouri duble

Placa de circuit are cabluri pe ambele părți. But in order to use both wires, there must be proper electrical connections between the two sides. Această „punte” între circuite se numește gaură de ghidare (VIA). Găurile de ghidare sunt găuri mici în PCB umplute sau acoperite cu metal care pot fi conectate la fire de ambele părți. 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

Pentru a crește suprafața care poate fi cablată, se utilizează mai multe plăci de cablare cu o singură față sau cu două fețe. Placa multistrat folosește mai multe panouri duble și un strat de izolație este plasat între fiecare panou și lipit (presat). 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. Majoritatea supercomputerelor mari folosesc destul de multe straturi de plăci de bază, dar au căzut din uz deoarece pot fi înlocuite de clustere de computere obișnuite. 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.

Tehnologia de ambalare a pieselor

Prin tehnologia Hole

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. Deci îmbinările lor ocupă de fapt spațiu pe ambele părți, iar îmbinările de lipit sunt relativ mari. Pe de altă parte, piesele THT sunt mai bine conectate la PCB decât piesele cu tehnologie montată la suprafață (SMT), despre care vom vorbi mai târziu. 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.

Piesele adezive de suprafață pot fi chiar sudate pe ambele părți.

SMT are, de asemenea, părți mai mici decât 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

În proiectarea PCB-ului, există de fapt pași foarte lungi de parcurs înainte de cablarea formală. Următorul este procesul principal de proiectare:

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

Următorul pas este crearea unei diagrame funcționale a sistemului. De asemenea, trebuie marcată relația dintre pătrate.

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.

Determinați metoda de ambalare care trebuie utilizată și dimensiunea fiecărui 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. Calitatea și viteza schemei de circuit ar trebui, de asemenea, luate în considerare la selectarea tehnologiei.

Draw schematic circuit diagrams of all PCB’s

The details of the interconnections between the parts should be shown in the sketch. PCB-urile din toate sistemele trebuie descrise și majoritatea utilizează CAD (Computer Aided Design) în prezent. Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Schema schemei circuitului 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. Acestea trebuie să fie conectate la cale în cel mai eficient mod. 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

Unele programe de computer de astăzi pot verifica dacă plasarea fiecărei componente poate fi conectată corect sau poate verifica dacă aceasta poate funcționa corect la viteză mare. Acest pas se numește aranjarea părților, dar nu vom merge prea departe în acest sens. Dacă există o problemă cu proiectarea circuitului, piesele pot fi, de asemenea, rearanjate înainte ca circuitul să fie exportat în teren.

Circuit de export pe PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Acest pas este de obicei complet automatizat, deși sunt necesare modificări manuale. Below is the wire template for 2 laminates. Liniile roșii și albastre reprezintă stratul componentelor PCB și respectiv stratul de sudură. The white text and squares represent the markings on the screen printing surface. Punctele și cercurile roșii reprezintă găuri de găurire și ghidare. On the far right we can see the gold finger on the welding surface of the 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. Aceste specificații variază în funcție de viteza circuitului, puterea semnalului de transmis, sensibilitatea circuitului la consumul de energie și zgomot și calitatea materialului și a echipamentelor de fabricație. 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. Dacă sunt necesare mai mult de 2 straturi, stratul de putere și stratul de masă sunt de obicei utilizate pentru a evita semnalul de transmisie de pe stratul de semnal este afectat și pot fi utilizate ca scut al stratului de semnal.

Wire after circuit test

In order to be sure that the line is working properly behind the wire, it must pass the final test. Acest test verifică, de asemenea, conexiunile incorecte și toate conexiunile respectă schema.

Stabiliți și înregistrați

Deoarece există în prezent multe instrumente CAD pentru proiectarea PCBS, producătorii trebuie să aibă un profil care să respecte standardele înainte de a putea fabrica plăci. 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

Dispozitivele electronice care nu sunt proiectate conform specificațiilor EMC sunt susceptibile să emită energie electromagnetică și să interfereze cu aparatele din apropiere. EMC impune limite maxime pentru interferențele electromagnetice (EMI), câmpul electromagnetic (EMF) și interferențele de radiofrecvență (RFI). Această reglementare poate asigura funcționarea normală a aparatului și a altor aparate din apropiere. CEM impune limite stricte asupra cantității de energie care poate fi împrăștiată sau transmisă de la un dispozitiv la altul și este concepută pentru a reduce susceptibilitatea la CEM, EMI, RFI și așa mai departe. 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 intern, cum ar fi pierderea de curent între conductori, crește odată cu creșterea frecvenței. Dacă diferența de curent dintre cele două este prea mare, asigurați-vă că prelungiți distanța dintre ele. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Rata de întârziere a cablajului este, de asemenea, importantă, deci cu cât lungimea este mai mică, cu atât este mai bună. Deci, un PCB mic cu cabluri bune va funcționa mai bine la viteze mari decât un PCB mare.