Základy pcb

Co je to PCB?

PCB je měděná laminátové a nevodivé desky s plošnými spoji, ve které jsou všechny elektrické a elektronické součásti propojeny v jednom společném deska s fyzické podpory pro všechny složky se základnou desky. Pokud není vyvinuta deska plošných spojů, jsou v té době všechny komponenty spojeny vodičem, což zvyšuje složitost a snižuje spolehlivost obvodu, a proto nemůžeme vytvořit velmi velký obvod, jako je základní deska. V PCB jsou všechny komponenty připojeny bez vodičů, všechny komponenty jsou připojeny interně, takže sníží složitost celkového návrhu obvodu. Deska plošných spojů se používá k zajištění elektřiny a připojení mezi komponentami, díky nimž funguje tak, jak byla navržena. Desky plošných spojů lze přizpůsobit jakýmkoli specifikacím podle požadavků uživatele. To lze nalézt v mnoha elektronických zařízeních, jako je; TV, mobilní telefony, digitální fotoaparáty, součásti počítačů jako; Grafické karty, základní deska atd. Používá se také v mnoha oblastech, jako je; zdravotnické prostředky, průmyslové stroje, automobilový průmysl, osvětlení atd.

Druhy PCB:

Pro obvod je k dispozici několik typů desek plošných spojů. Z těchto typů desek plošných spojů musíme zvolit vhodný typ desky plošných spojů podle naší aplikace.

Jednovrstvá deska plošných spojů
Dvouvrstvá deska plošných spojů
Vícevrstvá deska plošných spojů
Flexibilní PCB
DPS s hliníkovým podkladem
Flexibilně tuhá deska plošných spojů

1) Jednovrstvá deska plošných spojů:

Jednovrstvá deska plošných spojů je také známá jako jednostranná deska plošných spojů. Tento typ DPS je jednoduchý a nejpoužívanější DPS, protože tyto DPS se snadno navrhují a vyrábějí. Jedna strana tohoto PCB je potažena vrstvou jakéhokoli vodivého materiálu. Obecně se měď používá jako vodivý materiál pro PCB, protože měď má velmi dobré vodivé vlastnosti. K ochraně PCB před oxidací se používá vrstva pájecí masky, po které následuje sítotisk pro označení všech komponent na PCB. U tohoto typu desky plošných spojů se k připojení různých typů elektrických nebo elektronických součástek, jako je odpor, kondenzátor, induktor atd., Používá pouze jedna strana desky plošných spojů. Tyto součásti jsou připájeny. Tyto desky plošných spojů se používají v aplikacích s nízkými náklady a hromadnou výrobou, jako jsou kalkulačky, rádio, tiskárny a disky SSD.

2) Dvouvrstvá deska plošných spojů:

Dvouvrstvá deska plošných spojů je také známá jako oboustranná deska plošných spojů. Jak název napovídá, u tohoto typu desek plošných spojů se na horní i spodní stranu desky nanáší tenká vrstva vodivého materiálu, jako je měď. V PCB, na různé vrstvě desky, se skládají z, který má dvě podložky v odpovídající poloze na různých vrstvách. Ty jsou elektricky spojeny otvorem v desce, který je znázorněn na obrázku 2b. Pružnější, relativně nižší náklady a nejdůležitější výhodou tohoto typu desky plošných spojů je její zmenšená velikost, díky níž je obvod kompaktní. Tento typ PCB se většinou používá v průmyslových řídicích systémech, převaděčích, systémech UPS, aplikacích HVAC, telefonech, zesilovačích a monitorovacích systémech napájení.

3) Vícevrstvá deska plošných spojů:

Vícevrstvá deska plošných spojů má více než dvě vrstvy. To znamená, že tento typ PCB má alespoň tři vodivé vrstvy mědi. Pro zajištění deskového lepidla je mezi vrstvu izolace vloženo lepidlo, které zajišťuje, že přebytečné teplo nepoškodí žádnou součást obvodu. Tento typ desek plošných spojů je velmi složitý a používá se ve velmi složitých a velkých elektrických úlohách ve velmi malém prostoru a kompaktních obvodech. Tento typ desky plošných spojů se používá ve velkých aplikacích, jako je technologie GPS, satelitní systém, lékařské vybavení, souborový server a ukládání dat.

4) Flexibilní PCB:

Flexibilní PCB je také známý jako Flex Circuit. Tento typ PCB používal pružný plastový materiál, jako je polymid, PEEK (Polyetheretherketon) nebo průhledný vodivý polyesterový film. Deska plošných spojů je obvykle umístěna ve složeném nebo zkrouceném stavu. Jedná se o velmi složitý typ PCB a obsahuje také různé řady vrstev, jako je jednostranný flex obvod, oboustranný flex obvod a multisided flex obvod. Flex Circuit se používá v diodách emitujících organické světlo, výrobě LCD, flex solárních článků, automobilovém průmyslu, mobilních telefonech, fotoaparátech a složitých elektronických zařízeních, jako jsou notebooky.

5) Pevné PCB:

Pevné desky plošných spojů jsou vyrobeny z pevného materiálu, který neumožňuje kroucení desek plošných spojů. Stejně jako flex PCB, Rigid PCB mají také různé konfigurace vrstev, jako je jednovrstvá, dvouvrstvá a vícevrstvá pevná PCB. Tvar této desky plošných spojů se po instalaci nezmění. Tuto desku plošných spojů nelze ohýbat podle tvaru základny, proto je tato deska plošných spojů známá jako RIGID PCB. Životnost tohoto typu PCB je velmi vysoká, takže se používá v mnoha částech počítače, jako je RAM, GPU a CPU. Jednoduchý design a nejpoužívanější a nejpoužívanější PCB je jednostranný tuhý PCB. Vícevrstvá tuhá deska plošných spojů může být kompaktnější tím, že obsahuje 9–10 vrstev.

6) Flex-rigid PCB:

Kombinace flexibilního obvodu a tuhého obvodu je nejdůležitější deskou. Pružně tuhé desky se skládají z několika vrstev pružného PCB připojeného k řadě tuhých vrstev PCB. Pružně tuhá deska je znázorněna na obrázku. Používá se v mobilních telefonech, digitálních fotoaparátech a automobilech atd.

Typy desek plošných spojů podle montážního systému

Průchozí otvor PCB
DPS na omítku

1) Deska s plošnými spoji:

U tohoto typu PCB musíme udělat díru pomocí vrtáku na PCB. V těchto otvorech jsou vodiče komponent namontovány a připájeny k podložkám umístěným na opačné straně desky plošných spojů. Tato technologie je nejužitečnější, protože poskytuje větší mechanickou podporu elektrickým součástem a velmi spolehlivou technologii pro montáž součástí, ale vrtání do PCB je dražší. U jednovrstvých desek plošných spojů je tato montážní technologie snadno implementovatelná, ale v případě dvouvrstvých a vícevrstvých desek plošných spojů je vytváření otvorů obtížnější.

2) DPS na omítku:

U tohoto typu desek plošných spojů jsou součásti malé velikosti, protože tyto součásti mají velmi malý přívod nebo pro montáž na desku nejsou zapotřebí žádné přívody. Tady, v této technologii, jsou SMD komponenty přímo namontovány na povrch desky a není nutné dělat díru na desce.

Různé části PCB:

Podložka: Podložka není nic jiného než kus mědi, na kterém je namontován přívod komponentů a na kterém se provádí pájení. Pad poskytuje mechanickou podporu komponentům.

Trasa: Na PCB nejsou komponenty spojeny pomocí vodičů. Všechny komponenty jsou spojeny vodivým materiálem, jako je měď. Tato měděná část desky plošných spojů, která se používá k připojení všech komponent známých jako trasování. Trace vypadá jako na obrázku níže.

Vrstvy: Podle aplikace, nákladů a dostupného prostoru obvodu si uživatel může vybrat vrstvu PCB. Nejjednodušší konstrukcí, snadnou konstrukcí a nejužitečnější v běžném životě je jednovrstvá deska plošných spojů. Ale u velmi velkých a složitých obvodů je ve srovnání s jednovrstvými PCB nejvýhodnější dvouvrstvá deska plošných spojů nebo vícevrstvá deska plošných spojů. Nyní je možné ve vícevrstvých deskách plošných spojů připojit 10–12 vrstev a nejdůležitější věcí je komunikovat mezi součástmi v jiné vrstvě.

Hedvábná vrstva: Hedvábná vrstva se používá pro tisk čáry, textu nebo jakéhokoli umění na povrch PCB. Obvykle se pro sítotisk používá epoxidový inkoust. Hedvábnou vrstvu lze použít v horní a / nebo spodní vrstvě PCB podle požadavku uživatele, což je známé jako hedvábná obrazovka NAHORU a hedvábná obrazovka DOLNÍ.

Horní a spodní vrstva: V horní vrstvě desky plošných spojů jsou všechny komponenty namontovány do této vrstvy desky plošných spojů. Obecně je tato vrstva zeleně zbarvená. Ve spodní vrstvě PCB jsou všechny komponenty pájeny otvorem a olovo součástí je známé jako spodní vrstva PCB. Někdy je PCB v horní a / nebo spodní vrstvě potažena zelenou barevnou vrstvou, která je známá jako pájecí maska.

Pájecí maska: Na měděné vrstvě je jedna další vrstva, která se nazývá Pájecí maska. Tato vrstva má obecně zelenou barvu, ale může mít jakoukoli barvu. Tato izolační vrstva slouží k zabránění náhodného kontaktu podložek s jiným vodivým materiálem na PCB.

Materiály PCB:

Hlavním prvkem je dielektrický substrát, který je tuhý nebo pružný. Tento dielektrický substrát se používá s vodivým materiálem, jako je měď. Jako dielektrický materiál se používají skleněné epoxidové lamináty nebo kompozitní materiály.

1) FR4:

FR je zkratka pro FIRE RETARDENT. U všech typů výroby desek plošných spojů je nejběžnějším laminovaným materiálem sklo FR4. Na základě tkaných skleněných epoxidových sloučenin je FR4 kompozitním materiálem, který je nejužitečnější, protože poskytuje velmi dobrou mechanickou pevnost.

FR4	Teplota skelného přechodu
Standard	130	Nejběžnější a nejpoužívanější Nejlevnější
S vyšší teplotou skelného přechodu.	170-180	Kompatibilní s bezolovnatou technologií reflow
Bez halogenů	-	Kompatibilní s bezolovnatou technologií reflow

2) FR-1 a FR-2:

Tento materiál je vyroben z papíru a fenolových sloučenin a tento materiál se používá pouze pro jednovrstvý PCB. FR1 i FR2 mají podobné vlastnosti, jediným rozdílem je teplota skelného přechodu. FR1 má vyšší teplotu skelného přechodu ve srovnání s FR2. Tyto materiály se také dělí na standardní, bezhalogenové a nehydrofobní.

3) CEM-1:

Tento materiál je vyroben z papíru a dvou vrstev tkaných skleněných epoxidových a fenolových sloučenin a tento materiál se používá pouze pro jednostranný PCB. Místo FR4 lze použít CEM-1, ale cena CEM1 je vyšší než FR4.

4) CEM-3:

tento materiál je bíle zbarvená, skleněná epoxidová směs, která se většinou používá ve dvouvrstvých PCB. CEM-3 má ve srovnání s FR4 nižší mechanickou pevnost, ale je levnější než FR4. Toto je dobrá alternativa k FR4.

5) Polyimid:

Tento materiál se používá v pružných deskách plošných spojů. Tento materiál je vyroben z materiálu kepton, rogers, dupont. Tento materiál má dobré elektrické vlastnosti, jemnost, široký teplotní rozsah a vysokou chemickou odolnost. Pracovní teplota tohoto materiálu je -200 ° C až 300 ° C.

6) Prepreg:

Prepreg znamená předem impregnovaný. Jedná se o laminát impregnovaný pryskyřicí. Tyto pryskyřice jsou předsušeny, takže když se zahřejí, teče, lepí se a úplně ponoří. Prepreg má lepicí vrstvu, která dodává pevnost podobnou FR4. Existuje mnoho verzí tohoto materiálu podle obsahu pryskyřice, SR - standardní pryskyřice, MR - střední pryskyřice a HR - vysoká pryskyřice. To se volí podle požadované tloušťky, struktury vrstvy a impedance. Tento materiál je k dispozici také při vysoké teplotě skelného přechodu a bez obsahu halogenů.

Software pro navrhování desek plošných spojů:

Níže uvádíme některé z nejpopulárnějších návrhových desek plošných spojů. Více informací o tomto návrhovém softwaru desek plošných spojů najdete zde.

Orel:

EAGLE je nejpopulárnější a nejjednodušší způsob, jak navrhnout desku plošných spojů. EAGLE je zkratka pro Easily Applicable Graphical Layout Editor, který byl dříve vyvinut společností CadSoft Computer a v současné době je vývojářem tohoto softwaru společnost Autodesk. Pro návrh schématu zapojení má EAGLE schematický editor. Přípona souboru EAGLE je.SCH a různé části a komponenty jsou definovány v příponě.LBR. Přípona souboru desky je.BRD.

Multisim:

Multisim je také velmi výkonný a snadno se učící software. Který původně vyvinula společnost Electronics Workbench a nyní se jedná o divizi National Instruments (NI). Zahrnuje simulaci mikrokontroléru (MultiMCU) a integrované funkce exportu importu do softwaru rozložení PCB. Tento software je široce používán v akademii a také v průmyslu pro kruhové vzdělávání.

EasyEDA:

EasyEDA je software, který se používá k návrhu a simulaci obvodů. Tento software je integrovaným nástrojem pro schematické snímání, simulaci obvodů SPICE, založenou na rozložení Ngspice a PCB. Nejdůležitější výhodou tohoto softwaru je, že se jedná o webový software používaný v okně prohlížeče. Tento software je tedy nezávislý na operačním systému.

Altium Designer:

Tento software byl vyvinut australskou softwarovou společností Altium Limited. Hlavním rysem tohoto softwaru je schematické snímání, 3D návrh desek plošných spojů, vývoj FPGA a správa vydání / dat. Jedná se o první software, který nabízí 3D vizualizaci a kontrolu vůle PCB přímo z editoru PCB.

KiCad: Tento software vyvinul Jean-Pierre Charras. Tento software má nástroje, které umí vytvářet BoM (kusovník), kresby a 3D pohled na PCB, stejně jako všechny komponenty použité v obvodu. Mnoho komponent je k dispozici v knihovně tohoto softwaru a existuje funkce, kterou může uživatel přidat své vlastní komponenty. Tento software podporuje mnoho lidských jazyků.

CircuitMaker: Tento software také vyvíjí společnost Altium. Schematický editor tohoto softwaru obsahuje umístění základních komponent a tento software se používá k navrhování pokročilých vícekanálových a hierarchických schémat. Všechna schémata se nahrají na server a tyto soubory jsou k dispozici pro zobrazení kdokoli, pokud potřebujete účet CircuitMaker.