Nepripildytos spausdintinių grandinių plokštės: tipai, gamyba ir taikymas

Spausdintinė plokštė (PCB) yra tam tikri elektroniniai komponentai, lustai ir kiti komponentai, sujungti, kad sudarytų grandinę, ir spausdinimo proceso naudojimas elektroniniam komponentui gaminti. PCB daugiausia realizuoja grandinės funkciją, ty jungia ir tvirtina įvairius elektroninius komponentus. Plokštė gaminama iš izoliacinės ir labai karščiui atsparios izoliacinės medžiagos, pvz., stiklo pluošto, ir turi laidžius takus, pėdsakus išgraviruotus iš metalo (dažniausiai vario). Išgraviravimo pėdsakais suformuojama norima grandinė, kuri leidžia elektrai tekėti tarp komponentų.

Spausdintinių plokščių klasifikacija

• Vienos plokštės (vieno sluoksnio) - pagrindiniai sluoksniai yra vienas izoliacinis sluoksnis su vario pėdsakais; šios plokštės yra paprastiausios, ekonomiškiausios masinei gamybai ir dažnai naudojamos paprastuose įrenginiuose.
• Dvivusės plokštės - komponentų pėdsakai iš abiejų pusių, galima atlikti laidų kilpų jungtis per Skylės (via) jungtis; leidžia sudėtingesnes grandines su mažesniu tikslu erdvėje.
• Daugiasluoksnės plokštės - turi tris ar daugiau laidžios grafikos ir izoliacinių sluoksnių, tarpusavyje sujungtos; naudojamos didelės apimties ir sudėtingoms grandinėms, kur reikia daug vietos pėdsakams ir skirtingoms tilpinėms architektūroms.

Be sluoksnių skaičiaus, PCB skirstomos dar į:

• Standžios spausdintinės plokštės - suteikia tvirtą konstrukciją; dažnai naudojamos kai grandinės turi būti stabilesnės ir atsparios vibracijoms, taip pat kai genda aplinkoje.
• Lanksčios spausdintinės plokštės (FPC) - lankstomos ir lengvai įkišamos į mažas erdves; naudojamos išmaniųjų įrenginių, jutiklių ir judančių dalių grandinėse.
• Standžios-lanksčios plokštės (Rigid-Flex) - derinamos savybės iš abiejų tipų plokščių, užtikrinančios tvirtą mazgą su lankstumu tam tikrose grandinės vietose.
• Aukšto dažnio plokštės - naudojamos grandinėms, kurios veikia virš 500 MHz, reikalauja specialių dielektrinių medžiagų ir kruopštaus projekto.
• Aliuminio spausdintinės plokštės - pagrindą sudaro aliuminis, didelis šilumos išsklaidymas; naudojamos didelio energijos poreikio grandinėse, pvz., LED juostose.

Spustelėkime pagrindinius tipus išsamiau

Vieno sluoksnio plokštės

Vieno sluoksnio plokštė turi tik vieną laidų sluoksnį ir plokštę iš šilkografinio sluoksnio su raidėmis bei pastabomis. Šlifavimo kaukė apsaugo lituojamąjį paviršių. Dėl paprastumo ir mažų gamybos sąnaudų jos dominuoja pramonėje, bet negali užtikrinti sudėtingų grandinių kompaktiame dizaine.

Dvivusės plokštės

Kam veikia dvigubas sluoksnis? Dviašis sluoksnis suteikia galimybę įrengti laidus ir iš abiejų plokštės pusių, dažnai naudojama daugiasluoksnėse ar sudėtingose grandinėse. Sudėtingesnės konstrukcijos, kuriose svarbus dydžio tirpumas, įgauna daugiau vietos, kai grandinės elementai išdėstyti abiejose pusėse.

Daugiasluoksnės plokštės

Šios plokštės turi kelis laidų sluoksnius ir tarpinį izoliacinį sluoksnį; jos leidžia kurti dideles, sudėtingas ir gilius grandines, tačiau jų gamyba yra kompleksi ir reikalauja itin patikimos proceso kontrolės.

Standžios, lankščios ir standžiai-lanksčios plokštės

Standžios plokštės užtikrina mechaninį stabilumą ir tinka didelėms apkrovoms bei lengvai montuojamos per skylutes; lanksčios plokštės leidžia kurti elegantiškas 3D konfigūracijas ir taikomas ten, kur erdvė ribota; standžios-lanksčios plokštės sujungia abu privalumus, dažnai naudojamos jautriose ar erdvėse apribotose sistemose.

Aukšto dažnio plokštės

Aukšto dažnio plokštės turi dielektrines medžiagas, tokias kaip FR4, PPO ar teflonas, ir gali būti taikomos grandinėms, vyksiančioms virš 500 MHz. Dielektrinė konstanta ir signalo laikas yra svarbiausi parametrai - grįžtamojo ryšio ir parazitinių efektų valdymas reikalauja specialaus projektavimo.

Aliuminio PCB

Aliuminio plokštės ypač naudotos didelio našumo grandinėse su nuolatiniu šilumos išsklaidymu, pvz., LED juostose ar maitinimo šaltiniuose. Aliusinė bazė suteikia didelį mechaninį stiprumą ir efektyvų šilumos perdavimą.

PCB projektavimas ir gamyba

IPC-2221A - bendrasis plokščių dizaino standartas, apimantis pagrindinę medžiagą, paviršiaus padengimo kriterijus, laidininko storį, komponentų išdėstymą, matmenis ir tolerancijas. Taip pat egzistuoja IPC-2220 ir IPC-9592 bei kiti standartai, kurie teikia papildomą informaciją apie lentos valdymą ir kokybę.

PCB projektavimo procesas apima prototipų kūrimą, pagrindo medžiagos pasirinkimą (atsižvelgiant į litavimo technologiją ir naudojamus komponentus), skaitinės grandinės išdėstymą ir elektrinių parametrų optimizavimą. Pagrindiniai patarimai schemų kūrimui: naudoti bendrus simbolius ir santrumpas, braižyti tiesias linijas, užtikrinti teigiamą maitinimą viršuje ir neigiamą apačioje, bei kurti schemą nuo kairės į dešinę, kad signalai tekėtų logiška kryptimi.

Spustelėkime gamybos procesą žingsniais:

1. Projektavimas CAD programomis ir Gerber failų generavimas - būtina tiek spausdintinės plokštės dizainui, tiek gamybai.
2. Vaizdo perkėlimas į fotoplotus: fotoplėvelėmis perkeliami pėdsakai ant vario plakiruoto laminato.
3. Ėsdinimas cheminiais tirpalais, kad liktų tik norimi pėdsakai.
4. Elektrinis dengimas: galvanizavimas ant išgręžtų skylių ir plokštės paviršiaus.
5. Laminavimas: vario folijos sluoksnio pritvirtinimas karščiu ir spaudimu.
6. Gręžimas: tikslūs skylų, tvirtinimo angų dydžiai.
7. Valymas ir patikra: paviršių švara ir pėdsakų vientisumas.

Montavimo technologijos - SMT ir THT:

• SMT (Surface Mount Technology) - komponentų tvirtinimas ant plokštės paviršiaus; leidžia didesnį našumą ir sumažintą rankinį darbą; dažnai automatizuotas.
• THT (Through-Hole Technology) - komponentų laidinės įtraukties į plokštę per skylutes metodas; dažnai naudojama esant dideliam mechaniniam įtempimui arba kai SMT nėra tinkama.

Spustelėkime specifinę terminologiją:

• Padas, per skylės, montavimo anga, laidininkas, jungtis ir užpildymas - tai pagrindinės PCB dalys ir funkcijos, užtikrinančios komponentų lituojimą, tarpusavio ryšius, tvirtinimą ir apsaugą nuo išorinių veiksnių.
• Elektrinė riba - plokštės dydžio riba, kuri turi būti laikoma.

Praktiniai patarimai projektavimui

• Kai projektuojate, atsižvelkite į maksimalius temperatūros kilimus, atsparumo ir impedių priimtinumą, kad kontūriniai pėdsakai būtų protingai parinkti.
• Pasirinkite lydmetalines kaukes ir skylutes atsižvelgiant į litavimo tipą ir komponentų dydžius.
• Atkreipkite dėmesį į CTE (termisą plokštės plėtimosi koeficientą) bei dielektrines savybes - tai įtakoja signalų kokybę ir patikimumą.

Kaip išsirinkti tinkamą PCB tipą?

Renkantis, reikia įvertinti grandinės dydį, mechaninį stiprumą, lankstumą, svorį, šilumą ir kainą. Jei grandinė yra didelė, su daugybe kreivių ir lenkimų, geriausiai tinka daugiasluoksnė lanksčioji plokštė arba standžiai-lanksčioji plokštė. Jei reikia tvirto pagrindo su dideliu šilumos išsklaidymu, tinka aliuminio PCB. Aukšto dažnio grandinėms labiausiai tinka aukšto dažnio standžioji grandinė. Kaina ir gamybos apimtis taip pat lemia pasirinkimą: lanksčios plokštės brangios, bet pasiūlo didelį tankį ir galimybę tilpti į mažas erdves.

Spustųjimo išvestis ir santrauka

Šiame straipsnyje apžvelgėme spausdintinių plokščių tipus, jų paskirtis ir pagrindines savybes, skirstymo kriterijus bei gamybos procesą nuo projektavimo iki galutinės PCBA surinkimo. Taip pat paminėjome rekomendacijas dėl tinkamo technologijų pasirinkimo priklausomai nuo grandinės reikalavimų ir aplinkos sąlygų.

Tarpiniai duomenys ir struktūros

tags: #nepripildytos #spausdintiniu #grandiniu #plokstes