Что такое печатная плата (PCB)? Значение и типы

Предполагаемое время чтения: 8 минут

В настоящее время печатные платы используются практически во всех электронных устройствах. Термин “печатная плата” означает "печатная плата". Служа прочной основой для новых электронных технологий, все мелкие детали, способные работать в устройстве, так или иначе прикрепляются к этому материалу, а тот, в свою очередь, создает необходимые электрические пути для связи этих мелких деталей друг с другом.

Печатная плата и ее применение

Печатная плата - это плоская непроводящая плата из непроводящего материала, на которой физически размещаются компоненты. На этой плате есть ряд тонких медных проводов, называемых трассами, которые передают электрические сигналы от одного компонента к другому, подобно тому, как передаются сигналы по проводам.

Если бы не было печатной платы, соединение всех этих отдельных компонентов вместе создало бы тысячи независимых жгутов проводов; поэтому крупномасштабное производство было бы невозможным и ненадежным.

Печатная плата решает две основные проблемы:

1. Физическое крепление компонента будет находиться в определенном месте, чтобы облегчить систематическую сборку компонентов и масштабируемость производства.
2. Медные дорожки создают устойчивую электрическую цепь, обеспечивающую стабильную и надежную передачу электричества.

Готовая печатная плата, на которую припаяны все электронные детали, называется монтаж печатной платы. Таким образом, разница между PCB и PCBA заключается в том, что PCB - это голая печатная плата, а PCBA - готовая, полностью функционирующая печатная плата.

Как работает печатная плата?

Задача печатной платы, или печатной платы, очень проста, но очень важна: направлять энергию через различные части схемы.

Первым шагом в этом процессе является разработка проекта: схемы цепи, в которой указывается, где должна располагаться каждая деталь и как электричество будет проходить через каждую из них. Сама печатная плата часто изготавливается из стекловолокнистого композита, известного как FR-4, который не проводит электричество, чтобы электрические сигналы, проходящие через каждую трассу, не мешали друг другу.

Совет: FR-4 - это сокращение от “Flame Retardant 4”.

Обычно печатную плату собирают, подключая к ней компоненты путем пайки к их выводам. Припой - это металлический сплав, который легко плавится, образуя прочное электрическое и механическое соединение между выводами компонентов и площадками на печатной плате.

При подаче питания на устройство печатная плата посылает питание на все компоненты по своим трассам и одновременно посылает сигналы данных по разным трассам, чтобы дать компонентам указания для работы. Именно такая организация потока электроэнергии делает современные устройства такими надежными и доступными.

Из каких компонентов состоит печатная плата?

Хотя печатные платы могут выглядеть одинаково, на самом деле они состоят из нескольких слоев, спрессованных вместе для создания единой панели. Следующие слои составляют то, что мы называем печатной платой:

Подложка: Это основная часть печатной платы и, как правило, самая большая ее площадь. Обычно она изготавливается из материала FR-4 и служит структурой, обеспечивает электрическую изоляцию и является огнестойкой.

Медный слой: Каждая печатная плата имеет медный слой, состоящий из тонкой медной фольги, ламинированной на верхнюю и/или нижнюю часть подложки. В многослойных печатных платах медные слои разделены слоями подложки, а медь вытравлена, чтобы оставить только рисунок схемы, используемый для определения путей и точек схемы.

Паяльная маска: Паяльная маска наносится поверх слоя меди и изготавливается с использованием полимерного покрытия. Паяльная маска предотвращает окисление меди и предотвращает “мостики припоя” - случайное электрическое соединение между двумя точками.

Шелкография. Слой шелкографии чаще всего печатается белой краской; он служит для инженеров и сборщиков ориентиром для расположения различных компонентов на печатных платах.

Какие виды печатных плат существуют?

ПХБ классифицируются в основном по количеству слоев и жесткости.

Он классифицируется по слоям.

Односторонняя - это самый простой и недорогой тип. Компоненты и дорожки расположены на одной стороне печатной платы. Этот тип используется в таких устройствах, как калькуляторы.

Двусторонняя - этот тип имеет медные дорожки с обеих сторон печатной платы. Обе стороны соединены между собой с помощью отверстий, называемых виасами. Этот тип обычно используется в промышленных системах управления и цепях питания.

Трехслойные - используются в смартфонах и ноутбуках. Этот тип состоит из трех или более медных слоев, которые ламинированы друг на друга, что позволяет повысить плотность и обеспечить сложную маршрутизацию сигналов.

Она классифицируется по степени жесткости.

Жесткие - изготовлены из твердых материалов, таких как FR-4. Жесткие материалы не способны гнуться. Хорошим примером являются материнские платы компьютеров.

Гибкая микросхема - построена на гибкой пластиковой пленке. Гибкие микросхемы можно складывать или изгибать, чтобы они помещались в такие места, как камеры и носимые устройства.

Жесткая гибкая цепь - Гибридная комбинация, в которой гибкий хвост соединяет жесткие платы. Это позволяет отказаться от использования тяжелых разъемов и кабелей и идеально подходит для аэрокосмических и военных применений.

Процесс проектирования и изготовления печатных плат

Создание функциональных печатных плат требует трех основных этапов: проектирования, производство, и сборка.

На этапе разработки схемы инженеры создают логическую диаграмму и определяют, как работают все схемы и соединения печатной платы с помощью программного обеспечения CAD.

На этапе физической компоновки дизайнеры размещают цифровые отпечатки на печатной плате, а затем прокладывают трассы, чтобы соединить их вместе, не мешая друг другу.

В процессе проектирования выполняются проверки правил проектирования, чтобы убедиться, что конструкция соответствует производственным возможностям, необходимым для предотвращения выхода печатной платы из строя из-за компонентов, не соответствующих спецификации.

Файлы Gerber экспортируются из программного обеспечения САПР. Файлы Gerber содержат все данные, необходимые заводу для производства печатной платы, включая медные слои, паяльную маску и т. д.

После того как фабрика получит файлы Gerber, она начнет процесс производства, вырезая подложку для печатной платы, сверля отверстия и вытравливая медные детали с помощью фоторезиста и ультрафиолетового света.

После изготовления голой печатной платы начинается сборка. Машины Pick-and-place автоматически размещают устройства поверхностного монтажа на площадках. После этого печатная плата проходит через пайку. Тепло, выделяемое при пайке, расплавляет паяльную пасту, чтобы навсегда прикрепить SMD-устройства к печатной плате.

Наконец, перед отправкой заказчику готовые платы проходят электрическую проверку с помощью пробников, чтобы убедиться в отсутствии обрывов или коротких замыканий.

Где используются ПХД?

ПХБ присутствуют практически во всех современных электронный продукт, Применяется как в промышленности, так и в повседневной жизни.

• Потребительская электроника: Плотные многослойные печатные платы питают ноутбуки, смартфоны и устройства "умного дома"; инновации в области печатных плат способствуют созданию более компактных и мощных гаджетов.
• Компьютеры и офисные принадлежности: Материнские платы для настольных компьютеров и офисного оборудования основаны на печатных платах.
• Автомобильный сектор: Современный ЭБУ современных автомобилей зависит от печатных плат. Усовершенствованные системы помощи водителю и электромобили повышают спрос на надежные печатные платы автомобильного класса.
• Промышленное применение: Долговечные печатные платы поддерживают системы управления производством, робототехнику и межотраслевые технологии (например,.., определение состава удобрений системы). Они выдерживают суровые условия эксплуатации.
• Медицинская сфера: Специализированные печатные платы позволяют создавать надежные устройства, часто используя компактные жестко-гибкие конструкции.
• Военные/аэрокосмические: Передовые печатные платы безупречно работают в экстремальных условиях, представляя собой технологию PCB высшего уровня.

Заключение

Печатные платы - это простая, но невероятно важная и мощная технология. Печатные платы используются во многих формах - от простых односторонних до более сложных жестко-гибких, которые обеспечивают структурную поддержку и электрические пути, питающие наш мир. Печатные платы также являются основополагающим строительным блоком для многих технологий, которые мы имеем сегодня в компьютерах, мобильных устройствах и автомобилях.