Βασικά στοιχεία του pcb

Τι είναι το PCB;

Το PCB είναι μια πλαστικοποιημένη και μη αγώγιμη πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος από χαλκό, στην οποία όλα τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα συνδέονται μεταξύ τους σε μια κοινή πλακέτα με φυσική υποστήριξη για όλα τα εξαρτήματα με βάση πλακέτας. Όταν το PCB δεν έχει αναπτυχθεί, τότε όλα τα εξαρτήματα συνδέονται με ένα καλώδιο που αυξάνει την πολυπλοκότητα και μειώνει την αξιοπιστία του κυκλώματος, με αυτόν τον τρόπο δεν μπορούμε να κάνουμε ένα πολύ μεγάλο κύκλωμα όπως η μητρική πλακέτα. Στο PCB, όλα τα εξαρτήματα συνδέονται χωρίς καλώδια, όλα τα εξαρτήματα συνδέονται εσωτερικά, έτσι θα μειώσει την πολυπλοκότητα του συνολικού σχεδιασμού κυκλώματος. Το PCB χρησιμοποιείται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας και συνδεσιμότητας μεταξύ των εξαρτημάτων, μέσω των οποίων λειτουργεί όπως σχεδιάστηκε. Τα PCB μπορούν να προσαρμοστούν για οποιεσδήποτε προδιαγραφές στις απαιτήσεις του χρήστη. Μπορεί να βρεθεί σε πολλές ηλεκτρονικές συσκευές όπως: Τηλεόραση, Κινητό, Ψηφιακή κάμερα, εξαρτήματα υπολογιστών όπως? Κάρτες γραφικών, μητρική πλακέτα κ.λπ. Χρησιμοποιήθηκε επίσης σε πολλά πεδία όπως: ιατρικές συσκευές, βιομηχανικά μηχανήματα, αυτοκινητοβιομηχανίες, φωτισμός κ.λπ.

Τύποι PCB:

Υπάρχουν διάφοροι τύποι PCB διαθέσιμων για το κύκλωμα. Από αυτούς τους τύπους PCB, πρέπει να επιλέξουμε τον κατάλληλο τύπο PCB σύμφωνα με την αίτησή μας.

1. PCB ενός στρώματος
2. Διπλό στρώμα PCB
3. PCB πολλαπλών στρωμάτων
4. Ευέλικτο PCB
5. PCB με υποστήριξη αλουμινίου
6. Flex-άκαμπτο PCB

1) PCB ενός στρώματος:

Ένα PCB μονής στρώσης είναι επίσης γνωστό ως PCB μίας όψης. Αυτός ο τύπος PCB είναι απλός και χρησιμοποιείται περισσότερο PCB επειδή αυτά τα PCB είναι εύκολο να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν. Η μία πλευρά αυτού του PCB είναι επικαλυμμένη με στρώση οποιουδήποτε αγώγιμου υλικού. Γενικά, ο χαλκός χρησιμοποιείται ως αγώγιμο υλικό για το PCB, διότι ο χαλκός έχει πολύ καλό αγώγιμο χαρακτηριστικό. Χρησιμοποιείται ένα στρώμα μάσκας κολλητικής ουσίας για την προστασία του PCB από την οξείδωση, ακολουθούμενο από μεταξοτυπία για την επισήμανση όλων των συστατικών του PCB. Σε αυτόν τον τύπο PCB, χρησιμοποιείται μόνο μία πλευρά του PCB για τη σύνδεση διαφορετικών τύπων ηλεκτρικών ή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, όπως αντίσταση, πυκνωτής, επαγωγέας κ.λπ. Αυτά τα εξαρτήματα συγκολλούνται. Αυτά τα PCB χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές χαμηλού κόστους και χύδην κατασκευής, όπως αριθμομηχανές, ραδιόφωνο, εκτυπωτές και μονάδα στερεάς κατάστασης.

2) Διπλό στρώμα PCB:

Το PCB διπλού στρώματος είναι επίσης γνωστό ως PCB διπλής όψης. Όπως υποδηλώνει το όνομα, σε αυτόν τον τύπο PCB, ένα λεπτό στρώμα αγώγιμου υλικού, όπως ο χαλκός εφαρμόζεται τόσο στην πάνω όσο και στην κάτω πλευρά του χαρτονιού. Στο PCB, σε διαφορετικό στρώμα σανίδας, αποτελούνται μέσω, το οποίο έχει δύο τακάκια σε αντίστοιχη θέση σε διαφορετικά στρώματα. Αυτά συνδέονται ηλεκτρικά με μια οπή μέσω της πλακέτας, η οποία φαίνεται στο σχήμα-2β. Πιο ευέλικτο, σχετικά χαμηλότερο κόστος και το σημαντικότερο πλεονέκτημα αυτού του τύπου πλακέτας PCB είναι το μειωμένο μέγεθός του που καθιστά το κύκλωμα συμπαγές. Αυτός ο τύπος PCB χρησιμοποιείται κυρίως σε βιομηχανικούς ελέγχους, μετατροπείς, σύστημα UPS, εφαρμογές HVAC, τηλέφωνα, ενισχυτές και συστήματα παρακολούθησης ισχύος.

3) PCB πολλαπλών στρωμάτων:

Το PCB πολλαπλών στρώσεων έχει περισσότερα από δύο επίπεδα. Αυτό σημαίνει ότι αυτός ο τύπος PCB έχει τουλάχιστον τρία αγώγιμα στρώματα χαλκού. Για τη διασφάλιση της κόλλας της σανίδας τοποθετείται ανάμεσα στο στρώμα μόνωσης που διασφαλίζει ότι η υπερβολική θερμότητα δεν θα βλάψει κανένα στοιχείο του κυκλώματος. Αυτός ο τύπος σχεδιασμού PCB είναι πολύ περίπλοκος και χρησιμοποιείται σε πολύ περίπλοκες και μεγάλες ηλεκτρικές εργασίες σε πολύ χαμηλό χώρο και συμπαγές κύκλωμα. Αυτός ο τύπος PCB χρησιμοποιείται σε μεγάλες εφαρμογές όπως τεχνολογία GPS, δορυφορικό σύστημα, ιατρικός εξοπλισμός, διακομιστής αρχείων και αποθήκευση δεδομένων.

4) Εύκαμπτο PCB:

Το εύκαμπτο PCB είναι επίσης γνωστό ως κύκλωμα Flex. Αυτός ο τύπος PCB χρησιμοποίησε εύκαμπτο πλαστικό υλικό όπως πολυμερές, PEEK (πολυαιθέρας αιθέρας κετόνη) ή διαφανές αγώγιμο φιλμ πολυεστέρα. Η πλακέτα κυκλώματος είναι γενικά τοποθετημένη σε διπλωμένο ή στριμμένο. Αυτός είναι πολύ περίπλοκος τύπος PCB και περιέχει επίσης διαφορετικό εύρος στρωμάτων, όπως κύκλωμα flex μονής όψης, κύκλωμα flex διπλής όψης και κύκλωμα flex πολλαπλής όψης. Το κύκλωμα Flex χρησιμοποιείται σε οργανική δίοδο εκπομπής φωτός, κατασκευή LCD, flex solar cell, αυτοκινητοβιομηχανίες, κινητά τηλέφωνα, κάμερα και σύνθετες ηλεκτρονικές συσκευές όπως φορητούς υπολογιστές.

5) Άκαμπτο PCB:

Τα άκαμπτα PCB είναι κατασκευασμένα από στερεό υλικό που δεν επιτρέπουν στο PCB να στρίψει. Όπως και το flex PCB, το Rigid PCB έχει επίσης διαφορετική διαμόρφωση στρώματος, όπως μονό στρώμα, διπλό στρώμα και πολλαπλό στρώμα Άκαμπτο PCB. Το σχήμα αυτού του PCB δεν αλλάζει μετά την εγκατάσταση. Αυτό το PCB δεν μπορεί να λυγίσει ανάλογα με το σχήμα της βάσης και γι 'αυτό το PCB είναι γνωστό ως RIGID PCB. Η διάρκεια ζωής αυτού του τύπου PCB είναι πολύ υψηλή, επομένως χρησιμοποιείται σε πολλά μέρη του υπολογιστή, όπως RAM, GPU και CPU. Απλός σχεδιασμός και το πιο χρησιμοποιημένο και περισσότερο κατασκευασμένο PCB είναι μονόπλευρο άκαμπτο PCB. Το άκαμπτο PCB πολλαπλών στρωμάτων μπορεί να είναι πιο συμπαγές, περιέχοντας 9-10 στρώματα.

6) Flex-άκαμπτο PCB:

Ο συνδυασμός εύκαμπτου κυκλώματος και άκαμπτου κυκλώματος είναι ο πιο σημαντικός πίνακας. Οι εύκαμπτες σανίδες Flex αποτελούνται από πολλαπλά στρώματα εύκαμπτου PCB που συνδέονται με έναν αριθμό άκαμπτων PCB. Η εύκαμπτη πλακέτα είναι όπως φαίνεται στο σχήμα. Χρησιμοποιείται σε κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και αυτοκίνητα κ.λπ.

Τύποι PCB σύμφωνα με το σύστημα συναρμολόγησης

1. Διαμπερές PCB
2. Επιφανειακά τοποθετημένο PCB

1) Διαμπερές PCB:

Σε αυτόν τον τύπο PCB, πρέπει να κάνουμε τρύπα χρησιμοποιώντας τρυπάνι στο PCB. Σε αυτές τις οπές, τα καλώδια των εξαρτημάτων τοποθετούνται και συγκολλούνται σε τακάκια που βρίσκονται στην αντίθετη πλευρά του PCB. Αυτή η τεχνολογία είναι πιο χρήσιμη επειδή δίνει περισσότερη μηχανική υποστήριξη σε ηλεκτρικά εξαρτήματα και πολύ αξιόπιστη τεχνολογία για την τοποθέτηση εξαρτημάτων, αλλά η διάτρηση σε PCB το καθιστά πιο ακριβό. Σε ένα μονό στρώμα PCB, αυτή η τεχνολογία τοποθέτησης είναι εύκολο να εφαρμοστεί, αλλά σε περίπτωση διπλής στρώσης και πολλαπλών στρώσεων PCB η τρύπα είναι πιο δύσκολη.

2) Επιφανειακά τοποθετημένο PCB:

Σε αυτόν τον τύπο PCB, τα εξαρτήματα είναι μικρού μεγέθους επειδή αυτά τα εξαρτήματα έχουν πολύ μικρό καλώδιο ή δεν απαιτούνται καλώδια για τοποθέτηση στην πλακέτα. Εδώ, σε αυτήν την τεχνολογία, τα εξαρτήματα SMD τοποθετούνται απευθείας στην επιφάνεια της πλακέτας και δεν απαιτούν τρύπα στο σκάφος.

Διαφορετικά μέρη του PCB:

Μαξιλάρι: Το μαξιλάρι δεν είναι παρά ένα κομμάτι χαλκού στο οποίο είναι τοποθετημένο το μόλυβδο των εξαρτημάτων και στο οποίο γίνεται συγκόλληση. Το μαξιλάρι παρέχει τη μηχανική υποστήριξη στα εξαρτήματα.

Ίχνος: Στο PCB, τα εξαρτήματα δεν συνδέονται με τη βοήθεια καλωδίων. Όλα τα εξαρτήματα συνδέονται με ένα αγώγιμο υλικό όπως ο χαλκός. Αυτό το χαλκό μέρος του PCB που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση όλων των στοιχείων που είναι γνωστά ως ίχνη. Το ίχνος μοιάζει με το παρακάτω σχήμα.

Επίπεδα: Σύμφωνα με την εφαρμογή, το κόστος και τον διαθέσιμο χώρο του κυκλώματος, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει το επίπεδο του PCB. Το πιο απλό στην κατασκευή, εύκολο στη σχεδίαση και πιο χρήσιμο στη ρουτίνα είναι το PCB ενός στρώματος Αλλά για πολύ μεγάλο και περίπλοκο κύκλωμα, προτιμάται περισσότερο το PCB διπλού στρώματος ή το PCB πολλαπλών στρώσεων σε σύγκριση με το PCB μονής στρώσης. Τώρα μια μέρα, σε PCB πολλαπλών επιπέδων, μπορούν να συνδεθούν 10-12 επίπεδα και το πιο κρίσιμο είναι να επικοινωνείτε μεταξύ των συστατικών σε διαφορετικό επίπεδο.

Μεταξωτό στρώμα: Το στρώμα μεταξιού χρησιμοποιείται για εκτύπωση γραμμής, κειμένου ή οποιασδήποτε τέχνης στην επιφάνεια του PCB. Συνήθως, για εκτύπωση οθόνης χρησιμοποιείται εποξειδικό μελάνι. Το μεταξωτό στρώμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο πάνω ή / και στο κάτω στρώμα του PCB σύμφωνα με τις απαιτήσεις του χρήστη, το οποίο είναι γνωστό ως μεταξοτυπία TOP και μεταξοτυπία BOTTOM.

Επάνω και κάτω στρώμα: Στο ανώτερο στρώμα PCB, όλα τα εξαρτήματα είναι τοποθετημένα σε αυτό το στρώμα PCB. Γενικά, αυτό το στρώμα έχει πράσινο χρώμα. Στο κάτω στρώμα του PCB, όλα τα συστατικά συγκολλούνται μέσω της τρύπας και ο μόλυβδος των συστατικών είναι γνωστός ως κάτω στρώμα του PCB. Κάποια στιγμή, στο πάνω ή / και στο κάτω στρώμα το PCB είναι επικαλυμμένο με στρώμα πράσινου χρώματος, το οποίο είναι γνωστό ως μάσκα κόλλησης.

Solder Mask: Υπάρχει ένα επιπλέον στρώμα στο πάνω μέρος του στρώματος χαλκού που ονομάζεται Solder Mask. Αυτό το στρώμα έχει γενικά πράσινο χρώμα, αλλά μπορεί να έχει οποιοδήποτε χρώμα. Αυτό το μονωτικό στρώμα χρησιμοποιείται για την αποφυγή τυχαίας επαφής των ταμπόν με άλλο αγώγιμο υλικό στο PCB.

Υλικά PCB:

Το κύριο στοιχείο είναι το διηλεκτρικό υπόστρωμα που είναι άκαμπτο ή εύκαμπτο. Αυτό το διηλεκτρικό υπόστρωμα χρησιμοποιείται με αγώγιμο υλικό όπως χαλκός πάνω του. Ως διηλεκτρικό υλικό, χρησιμοποιούνται τα γυάλινα εποξικά ελάσματα ή σύνθετα υλικά.

1) FR4:

Το FR είναι αντιπροσωπευτικό της ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ. Για όλους τους τύπους κατασκευής PCB, το πιο συνηθισμένο υλικό από πλαστικοποιημένο γυαλί είναι το FR4. Με βάση υφαντές εποξικές ενώσεις υάλου, το FR4 είναι ένα σύνθετο υλικό που είναι πιο χρήσιμο επειδή παρέχει πολύ καλή μηχανική αντοχή.

FR4	Θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού.
Πρότυπο	130	Πιο συνηθισμένο και ευρέως χρησιμοποιούμενο Φθηνότερα
Με υψηλότερη θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού.	170-180	Συμβατό με την τεχνολογία reflow χωρίς μόλυβδο
Χωρίς αλογόνο	-	Συμβατό με την τεχνολογία reflow χωρίς μόλυβδο

2) FR-1 και FR-2:

Αυτό το υλικό κατασκευάζεται από ενώσεις χαρτιού και φαινόλης και αυτό το υλικό χρησιμοποιείται μόνο για PCB μονής στρώσης. Τόσο το FR1 όσο και το FR2 έχουν παρόμοιο χαρακτηριστικό, η μόνη διαφορά είναι η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού. Το FR1 έχει υψηλότερη θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού σε σύγκριση με το FR2. Αυτά τα υλικά υποδιαιρούνται επίσης σε στάνταρ, χωρίς αλογόνα και μη υδρόφοβα.

3) CEM-1:

Αυτά τα υλικά είναι κατασκευασμένα από χαρτί και δύο στρώσεις υφασμένων υάλινων εποξικών και φαινολικών ενώσεων και αυτό το υλικό χρησιμοποιείται μόνο για PCB μονής όψης. Το CEM-1 μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί του FR4, αλλά η τιμή του CEM1 είναι υψηλότερη από το FR4.

4) CEM-3:

Αυτό το υλικό είναι λευκού χρώματος, γυαλί εποξειδικής ένωσης που χρησιμοποιείται κυρίως σε PCB διπλής στιβάδας. Το CEM-3 έχει χαμηλότερη μηχανική αντοχή σε σύγκριση με το FR4, αλλά είναι φθηνότερο από το FR4. Έτσι, αυτή είναι μια καλή εναλλακτική λύση του FR4.

5) Πολυϊμίδιο:

Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται σε εύκαμπτο PCB. Αυτό το υλικό είναι κατασκευασμένο από kepton, rogers, dupont. Αυτό το υλικό έχει καλές ηλεκτρικές ιδιότητες, ευελιξία, μεγάλο εύρος θερμοκρασίας και υψηλή χημική αντοχή. Η θερμοκρασία εργασίας αυτού του υλικού είναι -200 ͦC έως 300 ͦC.

6) Prepreg:

Το Prepreg σημαίνει προ-εμποτισμένο. Είναι ένα Fiberglass εμποτισμένο με ρητίνη. Αυτές οι ρητίνες είναι αποξηραμένες, έτσι ώστε όταν θερμαίνεται, ρέει, κολλά και βυθίζεται εντελώς. Το Prepreg έχει συγκολλητικό στρώμα που δίνει αντοχή παρόμοια με το FR4. Υπάρχουν πολλές εκδόσεις αυτού του υλικού ανάλογα με την περιεκτικότητα σε ρητίνη, ρητίνη SR, ρητίνη μέσου MR και ρητίνη υψηλής HR. Αυτό επιλέγεται σύμφωνα με το απαιτούμενο πάχος, τη δομή του στρώματος και την σύνθετη αντίσταση. Αυτό το υλικό διατίθεται επίσης σε υψηλή θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού και χωρίς αλογόνο.

Λογισμικό σχεδιασμού PCB:

Παρακάτω είναι μερικά από τα πιο δημοφιλή λογισμικά σχεδιασμού PCB. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για αυτά τα λογισμικά σχεδιασμού PCB εδώ.

Αετός:

Το EAGLE είναι ένας πιο δημοφιλής και ευκολότερος τρόπος σχεδιασμού PCB. Το EAGLE σημαίνει Εφαρμογή γραφικών διάταξης που εφαρμόζεται εύκολα, ο οποίος προηγουμένως αναπτύχθηκε από την CadSoft Computer και επί του παρόντος η Autodesk είναι προγραμματιστής αυτού του λογισμικού. Για το σχεδιασμό διαγράμματος κυκλώματος, το EAGLE διαθέτει ένα σχηματικό πρόγραμμα επεξεργασίας. Η επέκταση αρχείου EAGLE είναι.SCH και διαφορετικά μέρη και στοιχεία ορίζονται στην επέκταση.LBR. Η επέκταση αρχείου πλακέτας είναι.BRD.

Πολυδιάστατο:

Το Multisim είναι επίσης πολύ ισχυρό και εύκολο λογισμικό εκμάθησης. Το οποίο αναπτύχθηκε αρχικά από το Electronics Workbench και τώρα είναι ένα τμήμα των Εθνικών Οργάνων (NI). Περιλαμβάνει προσομοίωση μικροελεγκτή (MultiMCU) και ενσωματωμένες δυνατότητες εξαγωγής εισαγωγής στο λογισμικό διάταξης PCB. Αυτό το λογισμικό χρησιμοποιείται ευρέως στην ακαδημαϊκή και επίσης στη βιομηχανία για την εκπαίδευση κυκλωμάτων.

EasyEDA:

Το EasyEDA είναι ένα λογισμικό που χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό και την προσομοίωση κυκλωμάτων. Αυτό το λογισμικό είναι ένα ολοκληρωμένο εργαλείο για σχηματική λήψη, προσομοίωση κυκλώματος SPICE, με βάση τη διάταξη Ngspice και PCB. Το πιο σημαντικό πλεονέκτημα αυτού του λογισμικού είναι ότι είναι λογισμικό που βασίζεται στον Ιστό και χρησιμοποιείται στο παράθυρο του προγράμματος περιήγησης. Έτσι, αυτό το λογισμικό είναι ανεξάρτητο από το λειτουργικό σύστημα.

Σχεδιαστής Altium:

Αυτό το λογισμικό αναπτύχθηκε από την αυστραλιανή εταιρεία λογισμικού Altium Limited. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτού του λογισμικού είναι η σχηματική σύλληψη, ο σχεδιασμός 3D PCB, η ανάπτυξη FPGA και η έκδοση / διαχείριση δεδομένων. Αυτό είναι το πρώτο λογισμικό που προσφέρει τρισδιάστατη οπτικοποίηση και έλεγχο εκκαθάρισης του PCB απευθείας από τον επεξεργαστή PCB.

KiCad: Αυτό το λογισμικό αναπτύχθηκε από jean-pierre charras. Αυτό το λογισμικό διαθέτει εργαλεία που μπορούν να δημιουργήσουν BoM (Bill of Material), έργα τέχνης και τρισδιάστατη προβολή PCB καθώς και όλα τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στο κύκλωμα. Πολλά στοιχεία είναι διαθέσιμα στη βιβλιοθήκη αυτού του λογισμικού και υπάρχει δυνατότητα που ο χρήστης μπορεί να προσθέσει τα προσαρμοσμένα στοιχεία του. Αυτό το λογισμικό υποστηρίζει πολλές ανθρώπινες γλώσσες.

CircuitMaker: Αυτό το λογισμικό αναπτύχθηκε επίσης από την Altium. Ο σχηματικός επεξεργαστής αυτού του λογισμικού περιλαμβάνει τη βασική τοποθέτηση στοιχείων και αυτό το λογισμικό χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό προηγμένων πολυκαναλικών και ιεραρχικών σχημάτων. Όλα τα σχηματικά φορτώνονται στον διακομιστή και αυτά τα αρχεία είναι διαθέσιμα για προβολή από οποιονδήποτε, υπό την προϋπόθεση ότι χρειάζεστε λογαριασμό CircuitMaker.