Hvað er prentuð kringluborð notuð fyrir – Prentuð kringluborð (PCB): Hönnun PCB og hvernig borðin nota kringla

Hvað eru prentuð kringluborð notuð fyrir – Prentuðar rafmagnsþáttir (PCB): Hönnun PCB og hvernig borð notast við kringlur

Innleiðing smíðing

Prentað kringluborð (PCB) er eitt af mikilvægustu uppfinningunum í nútíma rafrænum tækjum. Ef þú hefur nokkurn tíma notað snjallt tæki, farsíma, bíla- og trukkaforrit, lyfjaflugur, Wi-Fi hráðbylgjuhnit, eða snjalla heimilistæki hefur þú þegar beitt þér PCB án þess að einu sinni hugsa um það. Í einfaldum orðum er PCB rafrænt móðurborð sem veitir tækjum örugga grunn til tengingar og styrkingar á hlutum. Það ber ábyrgð á grunni allra rafrænna tækja, sem er af því miklu mikilvægi að skilja hvað prentað móðurborð er, bæði fyrir hönnuða, vöruframleiðendur, framleiðendur, nemendur og áhugafólk.

Í kjarnanum leysir prentaður kringlubrauðspönn (PCB) mjög raunhæfa vandamál: hvernig tengir maður margar raunvirkar tæki á þann hátt að það sé lítið, áreiðanlegt og árangursríkt? Áður en PCB voru algeng, voru raunvirk tæki oft framleidd með punkt-til-punkt rásgerð. Þessi nálgun virkaði, en hún var stór, erfitt að viðhalda og langt frá jafn áreiðanleg. Í dag notar PCB koparhringslínur, PCB-lag og verndunarundirlag til að búa til nákvæmar raunvirkar rásir. Þetta gerir spjaldið ekki bara fysiskan stuðul, heldur einnig stýrðan kerfisþátt fyrir merkjaflutning, aflaflutning og sameiningu þátta. Til að segja það einfaldlega er PCB bæði rásveitandi og lykilþáttur í virkni tæksins.

Mikilvægi prentaðra kringla (PCB) hefur í raun aukist því sem stafræn tól hafa minnkað, orðið hraðari og öflugri. Nútíma tæki krefjast meiri afköstum á miklu minni svæði, og það hefur ýtt PCB-markaðinum í átt að framfarandi lausnum eins og marglaga PCB-hönnun, HDI PCB-þróun, flókna PCB-hönnun og stíf-sveigjanlegar PCB-kerfi. Þessar þróunir hjálpa til við að styðja allt frá litlum bærilegum nútíma tækjum til háhraða netþjóna og öryggiskritíska bílakerfa. Samkvæmt atvinnugreinum er PCB-gervingar- og PCB-hönnunarmarkaðurinn áfram að vaxa vegna þess að hver nýju kynslóð rafrænna tækja krefst betri PCB-hönnunar, miklu betri PCB-gervingar og miklu betri sjálfvirknar kerfislausna.

Hvað eru PCB notað fyrir?

Prentaðar kringlur eru notaðar til að tengja, styðja og stýra rafrænum hlutum í næstum hverju týpu stafrænna tækja. Ef vöruflokkur notar rafmagn á skipulögðan hátt er oftast prentuð kringla inni í honum. Tilgangurinn með kringlunni er háður tækinu, en grunnhlutverkið er það sama: að mynda áreiðanlega rafræna leiðbeiningar fyrir tákni og rafmagn. Þess vegna er leitarorðið „hvað eru prentaðar móðurkortar notaðar fyrir?“ svo algengt. Prentaðar kringlur eru ekki notaðar aðeins í einum iðnaði eða fyrir einhvern vöruflokk – þær eru notaðar allsstaðar.

Í viðskiptavörum hjálpa prentaðar kringlur (PCB) við stjórnun á skjáum, gefvarum, óþráðlausa tengingum, hljóðkerfum, greiðslu og vinnslu. Í viðskiptakerfum sér þær um sjálfvirkni, stjórnun tækja og rásir fyrir rafmagn. Í lyfja- og heilbrigðisbúnaði styðja þær lífsbjörgandi fjármálatækni og greiningartæki. Í bílum veita þær afl til stjórnborðs, stjórnunarhluta, öryggis- og öryggiskerfa og greiddra tilkynninga. Í geim- og varnarkerfum eru prentaðar kringlur notaðar í kerfum með háa áreiðanleika sem þurfa að vinna vel undir skjálftum, hita og álagi. Sama grunnupplýsingatækni er notuð í öllum þessum umhverfum með því að breyta PCB-vörum, PCB-lögum og PCB-montunaraðferðinni.

Algengar notkunarmöguleikar prentaðra kringla eftir atvinnugrein

Hvað gera prentaðar kringlur (PCB) í raunvirkum tækjum?

Prentaðar kringlur (PCB) framkvæma fjölda lykilfalla samtímis:

Tengja raunvirk efni

Leiða táknsignal milli örgjörva og hluta

Dreifa rafmagni

Styrkja vélaröðun

Lægja hljóð og truflanir

Auka stöðugleika tákns

Halda rásunum raðaðar og færilegar

Notkun á PCB í raunverulegum vörum

Hér eru sumir algengustu PCB-notkunarsvæðin sem þú munt sjá í raunveruleikanum:

PCB fyrir snjallt síman: Sér um meðhöndlun, rafhladningu á bátarinni, stjórnun á myndavélinni, óþráðla samskipti og skjá tengingar

Tölvumóðurplata: Gerir þjónustu sem aðalstöð fyrir örgjörvann (CPU), minni, geymslu, grafíkkort (GPU) og útvíttunarskaut

PCB fyrir bíl: Styður stjórnun á rafeindakerfi, öryggis- og öryggisviðsmál, ljós, tilfinningagervildir og viðskiptakerfi

PCB fyrir heilbrigðisbúnað: Gerir nákvæma eftirlit, stjórnun og samskipti í lyfja- og heilbrigðisbúnaði

PCB fyrir bæri tækni: Knýr litla snjallsjávar, líkamsræktarband og heilbrigðis- og heilsusensara

Viðskipta-PCB-notkunarsvæði: Stjórna tæknibúnaði, sjálfvirknun framleiðslustöðva og kerfum rafeindatæknis

Af hverju eru PCB svo víðlega notaðar

PCB eru algeng vegna þess að þeir innihalda:

Framfært mælingar

Há gæði

Auðvelt á massaframleiðslu

Lágur hlutfall villa

Sterk rafvirkni

Persónuleg sveigjanleiki í skipulaginu

Þetta gerir þá aðallega hentug fyrir bæði einfaldar og mjög framþróaðar raftæki. Hvort sem vörurnar þurfa litla einhliða borð eða flókin fjölhliða PCB, þá virkar sama grunnhugmyndin.

Bygging og efni PCB

Að skilja byggingu PCB og efni PCB er ein af áreiðanlegustu leiðunum til að skilja hvernig borðið virkar í raun. PCB er ekki bara flat hlutur úr grænni plast. Það er nákvæmlega skipt bygging sem er búin til úr efnum sem þurfa að standa við rafvirkni, hitastöðu, mekanísk álag og framleiðsluaðferðir. Samsetningin af undirlagi, kopri, efni, veðurskýrslu (solder mask) og skýrsluskrá (silkscreen) myndar öryggisstöð fyrir raftæki og rafleiðandi slóðir.

Meðal algengustu grunnefna er FR-4 vöruflokkurinn, sem er glasfíburs-epóxí lagður saman. FR-4 er oft notað vegna þess að það veitir frábært íslenskun, sterka mekaníska öryggi og ódýrt kostnaðarlag. Á þessum grunn bæta framleiðendur við lög af kopar- eða alúmíníumfolíu, sem verða PCB-línurnar og koparplönin eftir etgingu. Söldruhylkið hylur borðið og verndar koparinn frá oxun og óviltum stuttum tengingum. Að lokum inniheldur sílkuþræði-lagðurinn merkingar, ávísunarmerki, táknmyndir og uppsetningarmerkjanir.

Aðal-lög PCB og efni

PCB-lagagerð útskýrð

PCB-lagagerð er skipulagning kopparskífu og insulerandi laga inni í borðinu. Í einföldu borði gæti lagagerðin einfaldlega innihaldið ákveðið fjölda laga. Í marglaga PCB-máta gæti lagagerðin innihaldið marga framleiðsluskiptilaga, grunnflöt (ground planes) og aflflöt (power planes). Hvernig þessi lög eru skipuð áhrifar virkni, minnkun á rafmagnshrökkun (EMI), hitastjórnun og leiðslueffektíva.

Leiðir, flötur og undirlag

PCB-leiðirnar eru þinnar kopparsníður sem flytja táknsendur og afl. Stærð þeirra og þéttleiki þeirra eru mikilvægir, því þeir áhrifa viðnám, straumfærni og hitasafnun. Grunnflötarnir (ground planes) hjálpa til við að minnka rafmagnsháva, en aflflötarnir (power planes) dreifa aflinu jafnt yfir borðið. Saman mynda þessir hlutar stöðugari og fyrirsjáanlegri rafhverfisstillingu.

Af hverju mátarefni PCB eru mikilvæg

Ólík verkfæri krefjast ólíkra efna. Til dæmis:

Rafræn viðskiptavörur notast oft við FR-4 vegna þess að það er ábyrgt og ekki dýrt

Háhraða- eða háfrekvenzuhönnun getur krafist láglitna efna

Háaflkerfi gætu krafist þykkra kopar- eða metallkjarnauppbygginga

Fleksible rafræn tæki krefjast pólímerbyggðra efna sem hægt er að beygja

Áhrif á afköst efna

Einfaldur dæmi

Rafmagnsborð fyrir farsíma notar þéttan PCB-hóp með mörgum lagum vegna þess að það þarf mikla stýringu, lægra hljóð og áreiðanlega afvöru í mjög litlum rúmi. PCB fyrir rafmagnsumbreytir, hins vegar, gæti notað þykkari kopar og meira öflug efna til hitaleiðingar vegna þess að það verður að vinna með miklu meiri rafstraum og hita. Þess vegna eru PCB-vörur ekki einstök lausn fyrir allt. Hönnunin verður að passa við notkunina.

Hvernig virkar PCB?

PCB virkar með því að búa til stýrða rafmagnssambönd milli rafrænna hluta með koparleiðum, koparskífum og gegnumgengum. Þegar rafmagn er tengt borðinu leiða koparleiðirnar rafstraum frá einum hluta rafmálskringju til annars á nákvæman hátt. Borðið "huglar" ekki sjálft, en það veitir uppbyggingu sem gerir kleift fyrir heildarhringa, upptökukerfi, mikrostýrikerfi, minnishleður og aðra hluti að vinna saman rétt. Án þessarar uppbyggingar myndu nútíma rafræn tæki á borðanivá hafa verið óþægilegri, ótreystari og of erfitt að framleiða í stórum magni.

Hugmyndin sem liggur að baki nákvæmlega hvernig prentuð kerfiskort (PCB) virkar er sú að rafmagni fylgir leiðbeiningunum sem eru mynduð í kortinu. Þessar leiðbeiningar eru ekki óskilgreindar. Þær eru búin til með því að nota PCB-hönnunartól, hönnunarlög og táknafræðilega greiningu til þess að tryggja að hver einstök leiðbeining framleiði ákveðna verkefni. Sumar leiðbeiningar bera upplýsingatákn, sumar bera rafmagn og sumar hjálpa við að skilgreina jörðun og verndaraðgerðir. Geggjar tengja eina lag við annað, en gáttir leyfa kortinu að hafa samband við ytri hluti eða fleiri kort.

Hvernig koparleiðbeiningar virka á PCB

Koparleiðbeining er í grunninn opin tráður. Það er þunn strika af kopri sem er etšíð í kortið til þess að flytja rafstraum eða tákn milli hluta. Stærð leiðbeiningar, þykkt leiðbeiningar og millibilið milli leiðbeininga eru mjög mikilvæg. Leiðbeining sem er of þunn getur hitað of mikið eða valdið of háum viðnám. Leiðbeining sem er of nálægt öðru tákn getur valdið bylgjusveiflur eða yfirburða. Þess vegna verða PCB-hönnunarreglur að fylgja skýrum hönnunarlögum.

Tegundir PCB B-Vías

Tengingar á PCB

PCB-ur tengjast oft við margar aðrar hluta kerfisins með því að nýta:

Board-to-board adaptera

Wire-to-board adaptera

Inntaks-/úttaksadaptera

Bogadaptera

Hliðadaptera

Þessir adapterar geri PCB-unum kleift að virka sem hluti af stærri tölvukerfi í stað þess að vera sjálfstæðar plötur.

Hvað gerist við sendingu á skynjum?

Þegar tól er virkjað hjálpar PCB-in forritavöldum að dreifa aflinu á viðeigandi hluta. Það er hægt að senda skipanir frá mikrostýringunni, senda gögn frá tilfinningagefnum og geyma gögn í minnisbúðum. Leidarnir berast yfir plötuna. Jörðunarflötarnir hjálpa að halda kerfinu stöðugum. Aflflötarnir dreifa rafstraumi jafnt. Í háhraða kerfum er notuð óviðkvæmishyggja til að halda á skynjum góða gæði.

SMT og THT í rekstri PCB

Hlutar geta verið festir við borðið á tveimur mikilvægum háttum:

Yfirborðsmontering (SMT): Hlutir eru settir beint á yfirborðið

Göngugata-útvarp (THT): Leiðarinnar fara í gegnum holur í borðinu

SMT er í lagi fyrir minnkaðar rafrænar tæki og tölvustýrð framleiðsla. THT er samt enn gagnlegt þegar um er að ræða mekaníska stöðugleika, til dæmis fyrir tengi eða aflhluti.

Algengar spurningar

Úr hverju eru prentaðar kerfisplötur (PCB) gerðar?

Mikill hluti prentaðra kerfisplóta er gerður úr FR-4 efni, sem er glasfiber-epóxí-lamínat. Þær innihalda einnig koparfolíu, lag af efnum, veðurlak og sílkuþrýsting. Sérstök borð geta notað polyimíd, grástein, álúmíníum eða ýmis aðrar efna eftir notkunarsvæði.

Get ég gert prentaða kerfisplötu (PCB) heima?

Já, þú getur gerð PCB í heiminum með hjálp EDA-tækja eða hugbúnaðar fyrir PCB-hönnun. Margir upphafsmenn byrja með einföldum borðum og senda síðan hönnunina til framleiðanda til PCB-prófunar. Hönnun í heiminum er mjög algeng fyrir áhugamenn í rafrásagerð, innbyggða kerfi og nám.

Hvernig hreinsar maður PCB?

PCB ætti venjulega að hreinsa með ísópropílálkóli og mjúkri borst eða vélrænslausu húð. Þú ættir að forðast harða efni, ofmikið raki og óþarfa álag. Ef borðið er virkt eða tengt öðrum hlutum, skaltu ganga úr skugga um að það sé fullkomlega aftengt áður en hreinsað er.

Er PCB kæling eða jafnstraum?

PCB sjálft er hvorki kæling né jafnstraum. Það er borð sem ber rafrásir. Rafrásirnar á borðinu geta notað víxilstraum, jafnstraum eða bæði, eftir því hvaða tæki það er. Til dæmis gæti aflvinnslusvæði breytt víxilstraumi í jafnstraum, en aðrar rafrásir virka einungis á jafnstraum.

Hversu lengi tekur PCB-hönnun?

Tíminn er háður flóknum stíl, tiltæku hlutum og magni.

Útgáfuspjöld: venjulega 2–5 dagar

Gagnvirk framleiðsla: oft 1–3 vikur

Ákvarðanatökumál

Prentaðar kringlur (PCB) eru grunnur nútíma rafrænna tæka. Þær gerðu kleift að þróa litlir, áreiðanlegir og hávirkir tæki með því að sameina vélarstyrk með skipulögðum rafmagnsrásir. Hvort sem vörurnar eru snjalltæki, bílastýri, læknavélar, netkerfisstýri eða iðnaðarvél, þá er PCB-hljóðið það sem gerir rafrænu hlutina færanir til að vinna saman sem kerfi.

Stærsta kostið við PCB-hljóði er fjölbrúgheten þeirra. Einföld einhliða PCB getur styrt venjulegu tæki, en marglaga PCB, beygjanleg PCB eða stíf-beygjanleg PCB geta keyrt áframhaldandi tæknilegar lausnir með kröfum um rúm, hraða og áreiðanleika. Á meðan rafræn tæki halda áfram að minnka og verða snjallari, mun þörfin á betri PCB-framleiðslu, betri PCB-hönnun og betri PCB-samsetningu aukast eingöngu.