Tiskano vezje (PCB) najdemo v skoraj vseh vrstah elektronskih naprav. Če so v kosu opreme elektronske komponente, so vgrajene tudi v različne velikosti tiskanega vezja. Poleg pritrditve različnih majhnih delov je glavna funkcija tiskanega vezja tudi zagotavljanje električnih povezav med komponentami. Ker je elektronska oprema vse bolj zapletena, je potrebno vedno več delov, ožičenje in deli na tiskanem vezju pa postajajo vse gostejši. Standardno tiskano vezje izgleda nekako tako. 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. Material majhne črte, ki ga lahko vidimo na površini, je bakrena folija. Prvotno je bakrena folija pokrita na celotni plošči, srednji del pa se v proizvodnem procesu odtisne, preostali del pa postane mreža majhnih linij. Te linije se imenujejo prevodniki ali prevodniki in se uporabljajo za zagotavljanje električnih povezav z deli na tiskanem vezju.

Za pritrditev delov na tiskano vezje smo njihove zatiče spajkali neposredno na ožičenje. Na osnovnem tiskanem vezju so deli koncentrirani na eni strani, žice pa na drugi. Zato moramo v plošči narediti luknje, tako da lahko zatiči gredo skozi desko na drugo stran, zato so zatiči delov varjeni na drugo stran. Zaradi tega se sprednja in zadnja stran tiskanega vezja imenujeta stran komponente in stran spajkanja.

Če so na tiskanem vezju deli, ki jih je mogoče po izdelavi odstraniti ali znova namestiti, se za vgradnjo delov uporabi vtičnica. Ker je vtičnica neposredno varjena na ploščo, je mogoče dele poljubno razstaviti. Vtič ZIF (Zero InserTIon Force) omogoča enostavno vstavljanje in odstranjevanje delov. Ročica poleg vtičnice lahko drži dele na mestu, potem ko jih vstavite.

Za povezovanje dveh PCBS med seboj se običajno uporablja robni priključek. Zlati prst vsebuje številne gole bakrene blazinice, ki so dejansko del ožičenja PCB. Običajno za povezavo vstavimo zlati prst na enem tiskanem vezju v ustrezno režo (običajno imenovano razširitvena reža) na drugem tiskanem vezju. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Zelena ali rjava barva na tiskanem vezju je barva spajkalne maske. Ta plast je izolacijski ščit, ki ščiti bakreno žico in preprečuje varjenje delov na napačno mesto. Na plast odpornosti na spajkanje bo natisnjen še en svileni zaslon. Običajno je natisnjen z besedami in simboli (večinoma belimi), ki označujejo položaj delov na plošči. Screen printing surface is also known as icon surface

Legenda).

Enostranske plošče

Kot smo omenili, so na osnovnem tiskanem vezju deli koncentrirani na eni strani, žice pa na drugi. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Ker so enojne plošče imele veliko strogih omejitev glede zasnove vezja (ker je bila samo ena stran, ožičenje ni moglo prečkati in je moralo ubrati ločeno pot), so takšne plošče uporabljale le zgodnje vezje.

Dvostranske plošče

Vezje ima na obeh straneh ožičenje. Toda za uporabo obeh žic morajo biti med obema stranema ustrezne električne povezave. Ta “most” med vezji se imenuje vodilna luknja (VIA). Vodilne luknje so majhne luknje na tiskanem vezju, napolnjene ali prevlečene s kovino, ki jih je mogoče priključiti na žice na obeh straneh. 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.

Večslojne plošče

Za povečanje površine, ki jo je mogoče ožičiti, se uporablja več enostranskih ali dvostranskih ožičnih plošč. Večplastna plošča uporablja več dvojnih plošč, med vsako ploščo pa položi izolacijsko plast in jo zlepi (stisne). Število slojev plošče predstavlja več neodvisnih plasti ožičenja, običajno sodo število slojev, vključno z dvema zunanjima slojema. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. Večina velikih superračunalnikov uporablja kar nekaj plasti matičnih plošč, vendar so izpadle iz uporabe, saj jih lahko nadomestijo gruče navadnih računalnikov. 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.

Vodilna luknja (VIA), ki smo jo pravkar omenili, mora biti, če se nanaša na dvojno ploščo, skozi celotno ploščo

Toda v večplastnem slogu, če želite povezati le nekatere črte, lahko vodilne luknje zapravijo nekaj prostora v drugih plasteh. 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. Zakopane luknje so povezane samo z notranjim tiskanim vezjem, zato svetloba ni vidna s površine.

V večplastnem tiskanem vezju je celotna plast neposredno povezana z ozemljitveno žico in napajalnikom. Tako plasti razvrščamo kot signalne, napajalne ali talne. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Tehnologija delnega pakiranja

Skozi tehnologijo lukenj

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. Ta del zavzame veliko prostora in za vsak zatič je izvrtana ena luknja. Tako njihovi spoji dejansko zavzamejo prostor na obeh straneh, spajkalni spoji pa so relativno veliki. Po drugi strani so deli THT bolje povezani s tiskanim vezjem kot deli s površinsko montažno tehnologijo (SMT), o čemer bomo govorili kasneje. Vtičnice, kot so žične vtičnice in podobni vmesniki, morajo biti odporne na pritisk, zato so običajno paketi THT.

Površinsko nameščena tehnologija

Za dele s površinsko montažno tehnologijo (SMT) je zatič varjen na isti strani z deli. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Površinsko lepilne dele lahko celo varimo na obeh straneh.

SMT ima tudi manjše dele kot 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.

Spajkalni spoji in zatiči delov so zelo majhni, zato jih je zelo težko variti ročno. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

The design process

Pri oblikovanju tiskanih vezij je pred uradnim ožičenjem treba opraviti zelo dolge korake. Glavni postopek oblikovanja je naslednji:

The system specifications

Najprej je treba načrtovati sistemske specifikacije elektronske opreme. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Naslednji korak je izdelava funkcionalnega blokovnega diagrama sistema. Označiti je treba tudi razmerje med kvadrati.

Divide the system into several PCBS

Razdelitev sistema na več PCBS ne le zmanjša velikost, ampak tudi sistemu omogoča nadgradnjo in zamenjavo delov. 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.

Določite uporabljeno metodo pakiranja in velikost vsakega tiskanega vezja

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. Pri izbiri tehnologije je treba upoštevati tudi kakovost in hitrost vezja.

Narišite shemske sheme vseh tiskanih vezij

Podrobnosti o medsebojnih povezavah med deli morajo biti prikazane na skici. PCB v vseh sistemih je treba opisati in večina jih trenutno uporablja CAD (Computer Aided Design). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Shematski diagram vezja PCB

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Takšna programska oprema lahko bere načrte in na več načinov prikazuje, kako deluje vezje. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

Način namestitve delov je odvisen od tega, kako so med seboj povezani. Morajo biti na najučinkovitejši način povezani s potjo. Učinkovito ožičenje pomeni najkrajše možno ožičenje in manj plasti (kar zmanjšuje tudi število vodilnih lukenj), vendar se bomo k temu vrnili v dejanskem ožičenju. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Preverite možnosti ožičenja s pravilnim delovanjem pri visoki hitrosti

Nekatera današnja računalniška programska oprema lahko preveri, ali je postavitev vsake komponente lahko pravilno povezana, ali preveri, ali lahko pravilno deluje pri visoki hitrosti. Ta korak se imenuje urejanje delov, vendar pri tem ne bomo šli predaleč. Če pride do težav z zasnovo vezja, je mogoče dele tudi preurediti, preden se vezje izvozi na polje.

Izvozni tokokrog na tiskanem vezju

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Ta korak je običajno popolnoma avtomatiziran, čeprav so običajno potrebne ročne spremembe. Below is the wire template for 2 laminates. Rdeča in modra črta predstavljata plast delov PCB in varilni sloj. Belo besedilo in kvadrati predstavljajo oznake na površini sitotiska. Rdeče pike in krogi predstavljajo vrtanje in vodenje lukenj. Na skrajni desni strani vidimo zlati prst na varilni površini tiskanega vezja. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Vsaka zasnova mora biti v skladu z nizom pravil, kot so minimalne rezervirane vrzeli med črtami, najmanjše širine vrstic in druge podobne praktične omejitve. Te specifikacije se razlikujejo glede na hitrost vezja, jakost signala, ki ga je treba poslati, občutljivost vezja na porabo energije in hrup ter kakovost materiala in proizvodne opreme. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. Da bi zmanjšali stroške PCB, hkrati pa zmanjšali število plasti, je treba paziti tudi na to, ali so ti predpisi še vedno izpolnjeni. Če sta potrebni več kot 2 plasti, se običajno uporabljata energetska plast in zemeljska plast, da se prepreči vpliv na prenos signala na signalni plasti, in se lahko uporablja kot ščit signalne plasti.

Žica po preskusu vezja

Da bi bili prepričani, da linija pravilno deluje za žico, mora opraviti zadnji preskus. Ta preizkus preveri tudi napačne povezave, vse povezave pa sledijo shematičnemu diagramu.

Vzpostavite in arhivirajte

Ker trenutno obstaja veliko CAD orodij za oblikovanje PCBS, morajo imeti proizvajalci profil, ki ustreza standardom, preden lahko izdelajo plošče. Obstaja več standardnih specifikacij, najpogostejša pa je specifikacija Gerber Files. Nabor datotek Gerber vključuje načrt vsakega signala, moči in ozemljitvene plasti, načrt sloja odpornosti na spajkanje in površine sitotiska ter določene datoteke vrtanja in premikanja.

Electromagnetic compatibility problem

Elektronske naprave, ki niso oblikovane po specifikacijah EMC, bodo verjetno oddajale elektromagnetno energijo in motile bližnje naprave. EMC postavlja največje omejitve za elektromagnetne motnje (EMI), elektromagnetno polje (EMF) in radijske frekvence (RFI). Ta uredba lahko zagotovi normalno delovanje aparata in drugih aparatov v bližini. EMC določa stroge omejitve glede količine energije, ki jo je mogoče razpršiti ali prenašati iz ene naprave v drugo, in je zasnovana tako, da zmanjša občutljivost na zunanje EMF, EMI, RFI itd. Z drugimi besedami, namen te uredbe je preprečiti vstop ali izstop elektromagnetne energije iz naprave. To je zelo težko rešljiv problem, ki ga običajno rešimo z uporabo napajalnih in ozemljitvenih plasti ali vstavljanjem PCBS v kovinske škatle. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. V ta vprašanja ne bomo šli predaleč.

Največja hitrost vezja je odvisna od skladnosti z EMC. Notranji EMI, kot je izguba toka med vodniki, se povečuje z naraščanjem frekvence. Če je trenutna razlika med obema prevelika, ne pozabite podaljšati razdalje med njima. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Pomembna je tudi stopnja zamude pri ožičenju, zato je krajša dolžina, tem bolje. Tako bo majhno tiskano vezje z dobrim ožičenjem delovalo bolje pri visokih hitrostih kot veliko tiskano vezje.