Kretskort (PCB) finns i nästan alla typer av elektroniska enheter. Om det finns elektroniska komponenter i en utrustning är de också inbäddade i olika storlekar av kretskort. Förutom att fixa olika små delar är kretskortets huvudfunktion att tillhandahålla elektriska anslutningar mellan komponenterna. När elektronisk utrustning blir mer och mer komplex behövs fler och fler delar, och kablarna och delarna på kretskortet blir allt tätare. En vanlig kretskort ser ut ungefär så här. 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 lilla linjematerialet som kan ses på ytan är kopparfolie. Ursprungligen täcks kopparfolien på hela brädet, och den mellersta delen etsas bort i tillverkningsprocessen, och den återstående delen blir ett nätverk av små linjer. Dessa ledningar kallas ledare eller ledare och används för att tillhandahålla elektriska anslutningar till delar på kretskortet.

För att fästa delar till kretskortet, löder vi deras stift direkt till ledningarna. På ett grundläggande kretskort är delarna koncentrerade på ena sidan och trådarna koncentrerade på den andra. Så vi måste göra hål i brädet så att tapparna kan gå igenom brädet till den andra sidan, så stiften på delarna svetsas till den andra sidan. På grund av detta kallas fram- och baksidan av ett kretskort Komponentsida respektive Lödsida.

Om det finns delar på kretskortet som kan tas bort eller sättas på igen efter tillverkning, kommer Socket att användas för att installera delarna. Eftersom uttaget är svetsat direkt på brädet kan delarna godtyckligt demonteras. A ZIF (Zero InserTIon Force) plug allows parts to be inserted and removed easily. Spaken bredvid uttaget kan hålla delarna på plats när du sätter i dem.

För att ansluta två PCBS till varandra används ofta en kantkontakt. Guldfingret innehåller ett antal bara kopparkuddar som faktiskt är en del av kretskortets ledningar. Normalt, för att ansluta, sätter vi in ​​guldfingret på ena kretskortet i lämpligt fack (vanligen kallat expansionskort) på det andra kretskortet. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Den gröna eller bruna färgen på kretskortet är färgen på lödmasken. Detta lager är en isolerande skärm som skyddar koppartråden och förhindrar att delar svetsas till fel ställe. Ytterligare en silkesduk kommer att skrivas ut på lödmotståndsskiktet. Det är vanligtvis tryckt med ord och symboler (mestadels vita) för att ange positionen för delarna på tavlan. Screen printing surface is also known as icon surface

Legend).

Ensidiga brädor

Som vi nämnde, på ett grundläggande kretskort, är delarna koncentrerade på ena sidan och trådarna koncentrerade på den andra. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Eftersom enstaka paneler hade många strikta begränsningar för kretsens utformning (eftersom det bara fanns en sida kunde ledningarna inte korsas och var tvungna att ta en separat väg), endast tidiga kretsar använde sådana kort.

Dubbelsidiga brädor

Kretskortet har ledningar på båda sidor. Men för att kunna använda båda trådarna måste det finnas ordentliga elektriska anslutningar mellan de två sidorna. Denna “bro” mellan kretsar kallas ett styrhål (VIA). Styrhål är små hål i kretskortet fyllda eller belagda med metall som kan anslutas till trådar på båda sidor. 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

För att öka arean som kan anslutas används fler enkelsidiga eller dubbelsidiga ledningar. Flerskiktsskivan använder flera dubbelpaneler och ett lager isolering placeras mellan varje panel och limmas (pressas). Antalet lager på kortet representerar flera oberoende ledningsskikt, vanligtvis ett jämnt antal lager, inklusive de yttersta två lagren. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. De flesta stora superdatorer använder ganska många lager moderkort, men de har tagit slut eftersom de kan ersättas av kluster av vanliga datorer. 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.

Styrhålet (VIA) som vi just nämnde, om det appliceras på en dubbel panel, måste vara genom hela brädet

Men i ett flerskikt, om du bara vill ansluta några av linjerna, kan styrhålen slösa bort en del av linjens utrymme i de andra lagren. 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. Nedgrävda hål är endast anslutna till det interna kretskortet, så ljus syns inte från ytan.

In a multilayer PCB, the entire layer is directly connected to the ground wire and the power supply. Så vi klassificerar lagren 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.

Delförpackningsteknik

Genom Hole Technology

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. Denna del tar mycket plats och ett hål borras för varje stift. Så deras leder tar faktiskt plats på båda sidor, och lödfogarna är relativt stora. Å andra sidan är THT -delar bättre anslutna till PCB än Surface Mounted Technology (SMT) -delar, som vi kommer att prata om senare. Uttag som kabeluttag och liknande gränssnitt måste vara trycktoleranta, så det är vanligtvis THT-paket.

Ytmonterad teknik

För ytmonterade teknologidelar (SMT) svetsas tappen på samma sida som delarna. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Ytlim kan även svetsas på båda sidor.

SMT har också mindre delar än 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 finns det faktiskt väldigt långa steg att gå igenom innan formell kabeldragning. Följande är den huvudsakliga designprocessen:

The system specifications

Först och främst bör systemspecifikationerna för den elektroniska utrustningen planeras. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Nästa steg är att skapa ett funktionellt blockschema över systemet. Förhållandet mellan rutorna måste också markeras.

Divide the system into several PCBS

Att dela upp systemet i flera PCBS minskar inte bara storleken, utan ger också systemet möjlighet att uppgradera och byta delar. 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.

Bestäm förpackningsmetoden som ska användas och storleken på varje kretskort

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. Kvalitet och hastighet på kretsschemat bör också beaktas vid val av teknik.

Rita schematiska kretsscheman över alla kretskort

Detaljerna för sammankopplingarna mellan delarna ska visas i skissen. PCB i alla system måste beskrivas, och de flesta använder CAD (Computer Aided Design) för närvarande. Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Schematiskt diagram över kretskortet

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Sådan programvara kan läsa ritningar och visa hur kretsen fungerar på många sätt. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

Hur delar placeras beror på hur de är anslutna till varandra. De måste vara anslutna till vägen på det mest effektiva sättet. Effektiv kabeldragning innebär kortast möjliga ledningar och färre lager (vilket också minskar antalet styrhål), men vi återkommer till detta i själva ledningarna. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Testa kabeldragningsmöjligheter med korrekt funktion vid hög hastighet

Några av dagens datorprogramvara kan kontrollera om placeringen av varje komponent kan anslutas korrekt, eller kontrollera om den kan fungera korrekt med hög hastighet. Detta steg kallas att arrangera delar, men vi kommer inte att gå för långt in i detta. Om det finns ett problem med kretsens design kan delar också ordnas om innan kretsen exporteras till fältet.

Exportkrets på kretskort

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Detta steg är vanligtvis helt automatiserat, även om manuella förändringar vanligtvis krävs. Below is the wire template for 2 laminates. De röda och blå linjerna representerar PCB -delskiktet respektive svetsskiktet. Den vita texten och rutorna representerar markeringarna på skärmutskriftsytan. De röda prickarna och cirklarna representerar borrning och styrhål. Längst till höger kan vi se guldfingret på svetsytan på kretskortet. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Varje konstruktion måste överensstämma med en uppsättning regler, såsom minsta reserverade luckor mellan linjer, minsta linjebredder och andra liknande praktiska begränsningar. Dessa specifikationer varierar beroende på kretsens hastighet, styrkan hos signalen som ska överföras, kretsens känslighet för strömförbrukning och brus, och kvaliteten på materialet och tillverkningsutrustningen. 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. Om det behövs mer än 2 lager används vanligtvis effektlagret och markskiktet för att undvika att överföringssignalen på signalskiktet påverkas och kan användas som en skärm för signalskiktet.

Tråd efter kretstest

För att vara säker på att linan fungerar korrekt bakom tråden måste den klara det sista testet. Detta test kontrollerar också om det finns felaktiga anslutningar, och alla anslutningar följer det schematiska diagrammet.

Upprätta och fila

Eftersom det för närvarande finns många CAD -verktyg för att designa PCBS måste tillverkare ha en profil som uppfyller standarderna innan de kan tillverka brädor. Det finns flera standardspecifikationer, men den vanligaste är Gerber Files -specifikationen. En uppsättning Gerber -filer innehåller en plan för varje signal, effekt- och markskikt, en plan för lödmotståndsskiktet och skärmutskriftsytan och specificerade filer för borrning och förskjutning.

Electromagnetic compatibility problem

Elektroniska enheter som inte är konstruerade enligt EMC -specifikationerna kommer sannolikt att avge elektromagnetisk energi och störa apparater i närheten. EMC sätter maximala gränser för elektromagnetisk interferens (EMI), elektromagnetiskt fält (EMF) och radiofrekvensinterferens (RFI). Denna föreskrift kan säkerställa att apparaten och andra närliggande apparater fungerar normalt. EMC sätter strikta gränser för mängden energi som kan spridas eller överföras från en enhet till en annan, och är utformad för att minska mottagligheten för extern EMF, EMI, RFI, och så vidare. Med andra ord är syftet med denna förordning att förhindra att elektromagnetisk energi kommer in eller ut från enheten. Detta är ett mycket svårt problem att lösa, och löses vanligtvis genom att använda kraft- och jordlager, eller lägga PCBS i metalllådor. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. Vi kommer inte att gå för långt in i dessa frågor.

Kretsens maximala hastighet beror på EMC -överensstämmelse. Internt EMI, såsom strömförlust mellan ledare, ökar när frekvensen stiger. Om strömskillnaden mellan de två är för stor, se till att förlänga avståndet mellan dem. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Fördröjningshastigheten i ledningar är också viktig, så ju kortare längd desto bättre. Så ett litet kretskort med bra ledningar fungerar bättre vid höga hastigheter än ett stort kretskort.