Kas yra spausdintinė plokštė?

Spausdinta plokštė (PCB) yra esminis elektroninės įrangos komponentas, daugiausia naudojamas įvairiems elektroniniams komponentams sujungti ir palaikyti, siekiant realizuoti grandinės ryšį ir funkcijas. Ji daugiausia pagaminta iš stiklo pluošto, puikių laidžių metalų ir armatūrinių medžiagų, pasižymi dideliu tvirtumu, dideliu stiprumu ir matmenų stabilumu.

Spausdinta plokštė yra plastikinė plokštė, padengta laidžia vario folija, su daug gręžiamų skylių, kurios užpildytos laidais arba elektroninių komponentų kaiščiais. Elektroniniai komponentai sujungiami vienas su kitu naudojant elektros pakavimo technologiją. Spausdintos grandinės plokštės grandinės jungties struktūra yra plokščia, todėl grandinės išdėstymas ir dizainas atrodo kompaktiškesnis ir glaustesnis.

Spausdinta plokštė ne tik jungia įvairius elektroninius komponentus, bet ir perduoda elektroninius signalus bei valdymo informaciją. Šiuolaikiniuose elektroniniuose įrenginiuose valdymo signalas ir duomenų signalas yra panašaus dydžio, o duomenys dažnai užšifruojami ir jų negalima perimti šnipai ar vagys.

Spausdinta plokštė gali apsaugoti elektroninius komponentus nuo išorinių įtakų, tokių kaip statinė elektra, elektromagnetinės bangos, drėgmė ir kt. Ji gali labai supaprastinti elektroninės įrangos projektavimą ir gamybą, integruojant sudėtingas ir tikslias grandines bei jų komponentus. Spausdinta plokštė yra nepakeičiama ir svarbi šiuolaikinių elektroninių gaminių dalis, kurios funkcija yra sujungti, perduoti, apsaugoti ir realizuoti sudėtingas grandines.

Spausdintinė plokštė yra nepakeičiama elektroninės įrangos dalis mokslo ir technologijų amžiuje. Jos išvaizda leidžia daugeliui elektroninių produktų funkcionuoti ir integruoti grandinę. Ji daugiausia susideda iš suvirinimo pado, per skylę, montavimo angos, vielos, komponentų, jungties, užpildymo, elektros ribos ir kt.

Pagrindinės spausdintinės plokštės komponentų funkcijos:

• Padas: Metalinės skylės komponento kaiščiuose yra lituojamos.
• Per skyles: Yra metalas per skyles ir ne metalas per skyles; metalas per skyles naudojamas komponentų kaiščiams sujungti tarp kiekvieno sluoksnio.
• Montavimo anga: Pritvirtina plokštę.
• Laidininkas: Vario plėvelė, naudojama komponento kaiščiams prijungti prie elektros tinklo.
• Jungtis: Komponentas, jungiantis plokštes.
• Užpildymas: Antžeminės vielos tinklo vario danga gali veiksmingai sumažinti kliūtis.
• Elektrinė riba: Nustato plokštės dydį; visos plokštės sudedamosios dalys neturi viršyti šios ribos.

Spausdintinės plokštės gali būti gaminamos įvairiais būdais. Paprasčiausias būdas yra imti tekstolito plokštę, ant jos priklijuoti varinę foliją, tada ant tos folijos chemijai atspariu laku nupaišyti laidininkų schemą, o tada visą plokštę panardinti į rūgštį, kuri nuėsdina tas vietas, kurios nebuvo apipaišytos. Taip lieka tik laidininkai. Laidininkų galuose pragręžiamos skylutės, iš priešingos pusės sukaišomi elektroniniai komponentai (rezistoriai, tranzistoriai, diodai, kondensatoriai, mikroschemos ir panašiai), o tada viskas sulituojama. Sudėtingesniais atvejais laidininkų sluoksnių gali būti daug, o komponentai gali būti mikroskopiniai, kuriuos sudėlioja robotai. Kadangi pagrindinė technologija, naudojama gaminant tokias plokštes, yra tam tikra specializuota spauda, tai tos plokštės ir yra vadinamos spausdintinėmis. Kadangi savo esme tos plokštės atvaizduoja montažo ir laidininkų schemas, vadinamos būna schemomis. O kadangi tiesiai ant jų vykdomas elementų montažas, tai vadinamos dar ir montažinėmis.

Spausdintinių plokščių klasifikacija

Spausdintinės plokštės skirstomos į tris pagrindines kategorijas: vienpusės, dvipusės ir daugiasluoksnės plokštės.

Vienpusė plokštė

Vienpusėje plokštėje dalys sutelktos vienoje pusėje, o laidai - kitoje. Kadangi laidininkai pasirodo tik vienoje pusėje, šis PCB vadinamas vienpuse plokšte.

Dvipusė plokštė

Dvipusė plokštė yra vieno skydelio išplėtimas ir gali būti naudojama, kai vieno laidų sluoksnio nepakako elektroninių produktų poreikiams patenkinti. Abiejose pusėse yra vario apvalkalo laidai ir gali būti naudojami laidams tarp dviejų sluoksnių per skyles atlikti, kad būtų suformuotas norimas tinklo ryšys.

Daugiasluoksnė plokštė

Daugiasluoksnė plokštė reiškia spausdintą plokštę su trimis ar daugiau laidžios grafikos ir izoliacinių medžiagų sluoksnių tarp laminuotų, o laidi grafika yra tarpusavyje sujungta pagal reikalavimus.

Lanksčios spausdintinės plokštės (FPC), plokšti lankstūs kabeliai (FFC) ir elastomerinės juostelės

FPC (Flexible Printed Circuit), FFC (Flat Flexible Cable) ir elastomerinės juostelės skiriasi struktūra ir naudojimu.

FPC (Flexible Printed Circuit)

FPC yra lanksčios plokštės su sudėtinga grandine. Jos yra pagamintos išėsdinant grandines ant lanksčių substratų, tokių kaip poliimido plėvelė. FPC gali turėti sudėtingas daugiasluoksnes grandines su įterptais elektroniniais komponentais, leidžiančiais atlikti sudėtingus sujungimus kompaktiškuose įrenginiuose, tokiuose kaip išmanieji telefonai, medicinos instrumentai ir aviacijos bei kosmoso elektronika. Dėl daugiasluoksnės konstrukcijos ir tvirtų pagrindo medžiagų jos užtikrina puikų lankstumą ir atsparumą nuovargiui, toleruoja pakartotinį lenkimą be gedimų. FPC puikiai tinka didelio tankio, kompaktiškoje elektronikoje, kuriai reikalingos sudėtingos grandinės, pavyzdžiui, išmaniuosiuose telefonuose, nešiojamuosiuose įrenginiuose ir aviacijos bei kosmoso įrenginiuose.

FFC (Flat Flexible Cable)

FFC yra paprastesni, plokšti kabeliai, daugiausia skirti pagrindiniam signalų perdavimui. Jie sudaryti iš kelių plonų, plokščių varinių laidininkų, laminuotų tarp lanksčių plastikinių plėvelių, tokių kaip poliesteris arba poliimidas. Kitaip nei FPC, FFC yra paprastesni kabeliai be įterptųjų grandinių, daugiausia naudojami signalams perduoti tarp elektroninių komponentų. Jie populiarūs nešiojamuosiuose kompiuteriuose, spausdintuvuose ir kt. FFC idealiai tinka paprastoms vidinėms signalų jungtims, kur svarbus ekonomiškumas, pavyzdžiui, tarp pagrindinės plokštės ir ekrano.

Elastomerinės juostelės

Elastomerinės juostelės yra suspaudžiamos jungtys, skirtos laikiniems sujungimams arba bandymams. Jos pagamintos iš pakaitomis laidžiųjų ir izoliacinių elastomerinės medžiagos sluoksnių. Jos sudaro patikimus, slėgiu pagrįstus elektros sujungimus tarp dviejų paviršių be litavimo. Elastomerinės juostelės dažnai naudojamos bandymams, prototipų kūrimui ir sujungimui.

Spausdintinių plokščių gamybos procesas

PCB pėdsakų gamybos procesas apima kelis etapus - nuo grandinės projektavimo iki faktinio laidų formavimo. Šis procesas užtikrina patikimą galutinio produkto veikimą.

1. Projektavimas ir paruošimas

• CAD programinė įranga: Tokios priemonės kaip „Altium Designer“, „Eagle“ ir „KiCAD“ yra būtinos projektuojant PCB trasas. Jos padeda kurti grandinių schemas ir išdėstymus, optimizuojant plokštę, kad būtų užtikrintas elektrinis našumas ir funkcionalumas.
• Gerber failai: Užbaigus projektą, generuojami „Gerber“ failai. Šie failai yra standartinis PCB gamybos formatas, kuriame pateikiama išsami informacija apie kiekvieną PCB sluoksnį.

2. Vaizdo perkėlimas

• Fotoploteris: Konvertuoja CAD projektus į fotokaukes, naudojamas pėdsakų perkėlimui ant spausdintinės plokštės.
• Ekspozicijos vienetas: Naudoja ultravioletinę (UV) šviesą fotokaukių raštams perkelti ant fotorezistu padengto variu plakiruoto laminato.
• Kūrėjas: Pašalina neapšviestą fotorezistą, atskleidžia vario pėdsakų raštus.

3. Ėsdinimas

• Ėsdinimo mašina: Naudoja cheminius tirpalus, tokius kaip geležies chloridas arba amonio persulfatas, nepageidaujamam variui pašalinti, paliekant pėdsakų raštus.

4. Elektrinis dengimas

• Galvanizavimas: Ant išgręžtų skylių ir spausdintinės plokštės paviršiaus padengia ploną vario sluoksnį, sukuriant laidžius takus. Tai sustorina vario sluoksnį paviršiuje ir skylėse, padidindamas laidumą ir mechaninį stiprumą.

5. Laminavimas

• Laminavimo mašina: Vario folija užtepama ant PCB pagrindo karščio ir slėgio pagalba, pritvirtinant vario sluoksnį.

6. Gręžimas

• CNC gręžimo staklės: Tiksliai gręžia skyles, tvirtinimo angoms ir kiaurymėms komponentams, pritaikydamas įvairius dydžius ir gylius.

7. Valymas ir apžiūra

• Valymo įranga: Pašalina cheminių medžiagų ir teršalų likučius nuo PCB paviršiaus, užtikrindamas švarą.
• Galutinė vizualinė apžiūra: Atliekama rankiniu būdu, siekiant patikrinti pėdsakų vientisumą ir bendrą kokybę.

PCB takelių gamyba yra sudėtingas ir tikslus procesas, reikalaujantis specializuotos įrangos ir kruopštaus dėmesio detalėms. Kiekvienas žingsnis - nuo projektavimo iki takelių formavimo - turi būti atliktas labai tiksliai, siekiant užtikrinti galutinės PCB kokybę ir patikimumą.

Spausdintinės plokštės tipai ir jų pritaikymas

Šiandien standžiosios spausdintinės plokštės sudaro apie 90 % visų gaminamų PCB, todėl jos yra labiausiai paplitęs PCB tipas pasaulyje. Kadangi kai kurios PCB yra lanksčios, grandynus galima sulenkti ir ištempti į vietą. Lanksčiosios grandinės taip pat naudojamos tokiose srityse, kuriose jos gali išlaikyti milijonus lenkimo ciklų ir nesulūžti. Šios lanksčios PCB sudaro apie 10 % rinkos. Nedidelis tokių grandynų porūšis vadinamas standžiomis lanksčiomis grandinėmis, kurios turi tvirtas plokštės dalis, puikiai tinkančias komponentams tvirtinti ir jungti, ir lanksčias dalis, suteikiančias anksčiau minėtus lanksčių grandynų privalumus. Rigid-flex plokštės - tai spausdintinės plokštės, kuriose derinamos standžiųjų ir lanksčiųjų plokščių technologijos. Dauguma standžiųjų lanksčiųjų plokščių yra pagamintos iš daugelio sluoksnių lanksčiųjų grandynų substratų, kurie, priklausomai nuo taikomosios programos konstrukcijos, yra išoriškai arba viduje sujungti su viena ar daugiau standžiųjų plokščių.

Pasirinkti tinkamą technologiją priklauso nuo taikymo reikalavimų, susijusių su grandinės sudėtingumu, lankstumu ir gyvavimo ciklu. FPC yra visiškai funkcionalūs lanksčios grandinės plokštės su sudėtingais laidais ir įterptais komponentais. FFC yra paprastesni plokšti kabeliai su lygiagrečiais laidininkais, skirti paprastam signalo perdavimui ir minimaliai grandinei. Elastomerinės juostelės yra pasyvios jungtys, o ne kabeliai, sudarantys laikinus elektros kontaktus slėgio dėka. FPC tinka didelio tankio, kompaktiškai ir sudėtingai elektronikai, kuriai reikalingos integrinės grandinės ir tvirtas mechaninis atsparumas, pavyzdžiui, išmaniesiems telefonams, nešiojamiesiems įrenginiams ir aviacijos bei kosmoso pramonei. FFC puikiai tinka paprastoms vidinėms jungtims, tokioms kaip pagrindinė plokštė ir ekranas nešiojamuosiuose kompiuteriuose ar spausdintuvuose. Pasirinkti FPC skirtas sudėtingoms grandinės konstrukcijoms, daugiasluoksniui maršrutizavimui ir didesniam lankstumui, atlaikančiam lenkimo ar sukimo įtempius.

Montavimo technologijos

Viena iš populiariausių ir lengviausiai suprantamų komponentų spausdintinėse plokštėse yra rezistoriai. Jų paskirtis - blokuoti elektros srautą, elektros energiją paverčiant šiluma.

Paviršinio montavimo technologija (SMT)

SMT vadinamas „plika spausdintine plokšte“ (PCB) ir „spausdintinių plokščių prijungimo surinkimu“ (PCBA). Viena jų yra baigta plokštė, o kita - nebaigta plokštė. PCB (spausdintinė plokštė), sudaryta iš epoksidinės stiklo dervos medžiagos, skirstoma į 4, 6 ir 8 sluoksnius, priklausomai nuo signalinių sluoksnių skaičiaus. Keturi ir šeši sluoksniai yra labiausiai paplitę. Prie neapsaugotos plokštės montuojami mikroschemų komponentai, įskaitant mikroschemas. Gatavą spausdintinę plokštę, arba PCBA, galima sukurti tik užbaigus spausdintinių plokščių gamybos procesą.

Paviršinio montavimo technologija, arba SMT, yra detalių ar komponentų tvirtinimo prie spausdintinių plokščių metodas. Dėl geresnių rezultatų ir didesnio efektyvumo SMT privertė pakeisti tradicinius spausdintinių plokščių surinkimo metodus. Anksčiau spausdintinių plokščių gamintojai komponentams pridėti dažniausiai naudojo surinkimą per skyles. Tačiau ankstesnį surinkimo būdą SMT pakeitė suvirinimo technologija. Visose elektronikos įmonėse, įskaitant kompiuterių, telefonų, išmaniųjų telefonų, buitinės technikos ir kt. įmones, naudojamos spausdintinės plokštės, pagamintos naudojant SMT surinkimo metodą.

Sąnaudų taupymas: SMT surinkimo metu dažnai naudojama automatizuota įranga. Nors automatinių mašinų sąnaudų kainos yra brangios, jos padeda sumažinti rankinių procesų skaičių atliekant SMT operacijas, o tai labai padidina gamybos našumą ir palaipsniui mažina darbo sąnaudas.

Surinkimas per skylę (THT)

Elektroninės grandinės projektuojamos naudojant surinkimo per skylę metodą, kai komponentams išdėstyti naudojami laidai. Istoriškai projektuojant spausdintines plokštes buvo naudojamos vienpusės, dvipusės ir galiausiai daugiasluoksnės plokštės. Surinkimą per skyles sudėtinga pritaikyti šiuolaikinės elektronikos poreikiams. Šiandien SMT technologija PCB gamyboje iš esmės pakeitė montažą per skyles.

Skirtingai nuo SMT komponentų, kurie tiesiog lituojami ant PCB paviršiaus, montuojant per skyles į skyles reikia įvesti laidus, kad komponentai būtų priklijuoti prie plokštės, o tai padidina aplinkos apkrovą. Pramonės mašinose ir įrangoje paprastai naudojami per skylę sujungti komponentai dėl jų didelio atsparumo įtempiams ir didelio atsparumo karščiui.

tags: #plokscia #spausdintine #plokste