Osnove PCB-a

Što je PCB?

PCB je bakreno laminirana i neprovodljiva tiskana ploča, u kojoj su sve električne i elektroničke komponente povezane zajedno u jednu zajedničku ploču s fizičkom potporom za sve komponente s bazom ploče. Kada se PCB ne razvije, tada su sve komponente povezane žicom koja povećava složenost i smanjuje pouzdanost sklopa, na taj način ne možemo napraviti jako veliki sklop poput matične ploče. U PCB-u su sve komponente povezane bez žica, sve su komponente povezane interno, tako da će smanjiti složenost cjelokupnog dizajna sklopa. PCB se koristi za osiguravanje električne energije i povezivost između komponenata, čime funkcionira onako kako je dizajniran. PCB se mogu prilagoditi bilo kojim specifikacijama prema korisničkim zahtjevima. Može se naći u mnogim elektroničkim uređajima poput; TV, mobitel, digitalni fotoaparat, dijelovi računala poput; Grafičke kartice, matična ploča itd. Također se koristi u mnogim poljima poput; medicinski uređaji, industrijski strojevi, automobilska industrija, rasvjeta itd.

Vrste PCB-a:

Za krug je dostupno nekoliko vrsta PCB-a. Od ovih vrsta PCB-a moramo odabrati odgovarajuću vrstu PCB-a prema našoj aplikaciji.

Jednoslojna PCB
Dvoslojni PCB
Višeslojna PCB
Fleksibilna PCB
PCB s aluminijskom podlogom
Fleksibilna kruta PCB

1) Jednoslojna PCB:

Jednoslojni PCB poznat je i kao jednostrani PCB. Ova vrsta PCB-a je jednostavna i najčešće korištena PCB-a jer ih je jednostavno dizajnirati i izraditi. Jedna strana ove PCB-a presvučena je slojem bilo kojeg provodnog materijala. Općenito, bakar se koristi kao provodni materijal za PCB, jer bakar ima vrlo dobre provodne karakteristike. Sloj maske za lemljenje koristi se za zaštitu PCB-a od oksidacije, a zatim svileni zaslon za označavanje svih komponenata na PCB-u. U ovoj vrsti PCB-a samo jedna strana PCB-a koristi se za povezivanje različitih vrsta električnih ili elektroničkih komponenata poput otpornika, kondenzatora, prigušnice itd. Te su komponente zalemljene. Ovi se PCB koriste u jeftinim i skupnim proizvodnim aplikacijama poput kalkulatora, radija, pisača i SSD pogona.

2) Dvoslojna PCB:

Dvoslojni PCB poznat je i kao dvostrani PCB. Kao što naziv govori, kod ove vrste PCB-a tanki sloj provodnog materijala, poput bakra, nanosi se na gornju i donju stranu ploče. U PCB-u, na različitom sloju ploče, sastoje se prolaz koji ima dva jastučića u odgovarajućem položaju na različitim slojevima. Oni su električno povezani rupom kroz ploču, što je prikazano na slici 2b. Fleksibilniji, relativno niži trošak i najvažnija prednost ove vrste PCB ploča je smanjena veličina što čini sklop kompaktnim. Ova vrsta PCB-a najviše se koristi u industrijskim kontrolama, pretvaraču, UPS sustavu, HVAC aplikaciji, telefonu, pojačalu i sustavima za nadzor napajanja.

3) Višeslojna PCB:

Višeslojna PCB ima više od dva sloja. To znači da ova vrsta PCB-a ima najmanje tri vodljiva sloja bakra. Za pričvršćivanje ploče ljepilo je utisnuto između sloja izolacije što osigurava da višak topline neće oštetiti nijednu komponentu kruga. Ovaj tip dizajna PCB-a vrlo je složen i koristi se u vrlo kompliciranim i velikim električnim zadacima u vrlo malom prostoru i kompaktnom krugu. Ova vrsta PCB-a koristi se u velikim aplikacijama poput GPS tehnologije, satelitskog sustava, medicinske opreme, poslužitelja datoteka i pohrane podataka.

4) Fleksibilna PCB:

Fleksibilna PCB također je poznata i kao Flex sklop. Ova vrsta PCB-a koristila je fleksibilni plastični materijal poput polimida, PEEK (polieter eter keton) ili prozirnog provodljivog poliesterskog filma. Ploča je općenito presavijena ili uvijena. Ovo je vrlo složena vrsta PCB-a, a sadrži i različit raspon slojeva poput jednostranog savitljivog kruga, dvostranog savitljivog kruga i višesmjernog savitljivog kruga. Flex krug koristi se u organskim diodama koje emitiraju svjetlost, proizvodnji LCD-a, flex solarnim ćelijama, automobilskoj industriji, mobitelima, fotoaparatima i složenim elektroničkim uređajima poput prijenosnih računala.

5) Kruta PCB:

Kruti PCB-ovi izrađeni su od čvrstog materijala koji ne dopušta uvijanje PCB-a. Jednako kao i fleksibilne PCB, i krute PCB imaju različitu konfiguraciju slojeva poput jednoslojnih, dvoslojnih i višeslojnih krutih PCB-a. Oblik ove PCB-a se ne mijenja nakon instalacije. Ova se PCB ne može savijati u skladu s oblikom osnove, zbog čega je PCB poznata kao RIGID PCB. Životni vijek ove vrste PCB-a vrlo je velik, pa se koristi u mnogim dijelovima računala poput RAM-a, GPU-a i CPU-a. Jednostavnog dizajna i najčešće korištena, a najviše se proizvodi PCB je jednostrana kruta PCB. Višeslojni kruti PCB može biti kompaktniji sadržavajući 9-10 slojeva.

6) Fleksibilna PCB:

Kombinacija fleksibilnog kruga i krutog kruga najvažnija je ploča. Flex-krute ploče sastoje se od više slojeva fleksibilnih PCB-a pričvršćenih na brojne krute slojeve PCB-a. Flex-kruta ploča prikazana je na slici. Koristi se u mobitelima, digitalnim fotoaparatima, automobilima itd.

Vrste PCB-a prema sustavu za montiranje

PCB kroz rupu
Površinski montirani PCB

1) PCB kroz provrt:

U ovoj vrsti PCB-a moramo napraviti rupu pomoću svrdla na PCB-u. U tim su rupama kablovi komponenata postavljeni i zalemljeni na pločice smještene na suprotnoj strani PCB-a. Ova je tehnologija najkorisnija jer daje više mehaničke potpore električnim komponentama i vrlo pouzdanu tehnologiju za ugradnju komponenata, ali bušenje u PCB-u čini je skupljom. U jednoslojnom PCB-u ovu je tehnologiju montaže jednostavno implementirati, ali u slučaju dvoslojnog i višeslojnog PCB-a rupa je teže napraviti.

2) Površinski montirani PCB:

U ovoj vrsti PCB-a komponente su male veličine jer ove komponente imaju vrlo mali vod ili nisu potrebni elektrode za montiranje na ploču. Ovdje su, u ovoj tehnologiji, SMD komponente izravno postavljene na površinu ploče i ne trebaju napraviti rupu na ploči.

Različiti dijelovi PCB-a:

Jastučić: Jastučić nije ništa drugo do komad bakra na koji su montirani olovi komponenata i na kojem se vrši lemljenje. Jastučić pruža mehaničku potporu komponentama.

Trag: U PCB-u komponente nisu povezane pomoću žica. Sve su komponente povezane s provodnim materijalom poput bakra. Ovaj bakreni dio PCB-a koji se koristi za povezivanje svih komponenata poznat kao trag. Trag je izgleda kao ispod slike.

Slojevi: Prema aplikaciji, cijeni i raspoloživom prostoru kruga, korisnik može odabrati sloj PCB-a. Najjednostavnija konstrukcija, jednostavna za projektiranje i najkorisnija u svakodnevnom životu je jednoslojna PCB. Ali za vrlo velike i složene sklopove, dvoslojni PCB ili višeslojni PCB su najpoželjniji u usporedbi s jednoslojnim PCB-om. Sada se na višeslojni PCB dnevno može povezati 10-12 slojeva, a najkritičnije je komunicirati između komponenata u različitim slojevima.

Svileni sloj: Svileni sloj koristi se za ispis crta, teksta ili bilo koje druge umjetnosti na površini PCB-a. Obično se za sitotisak koristi epoksidna tinta. Svileni sloj može se koristiti u gornjem i / ili donjem sloju PCB-a prema zahtjevu korisnika koji je poznat kao svileni zaslon TOP i svileni DON.

Gornji i donji sloj: U gornji sloj PCB-a sve su komponente ugrađene u ovaj sloj PCB-a. Općenito, ovaj je sloj zelene boje. U donjem sloju PCB-a, sve su komponente zalemljene kroz otvor, a olovo komponenata poznato je kao donji sloj PCB-a. Ponekad je u gornjem i / ili donjem sloju PCB presvučen slojem zelene boje, koji je poznat kao maska za lemljenje.

Maska za lemljenje: Postoji jedan dodatni sloj na vrhu bakrenog sloja koji se naziva Solder Mask. Ovaj sloj općenito ima zelenu boju, ali može biti bilo koje boje. Ovaj izolacijski sloj služi za sprečavanje slučajnog kontakta jastučića s drugim provodljivim materijalom na PCB-u.

PCB materijali:

Glavni element je dielektrična podloga koja je kruta ili fleksibilna. Ova dielektrična podloga koristi se s provodnim materijalom poput bakra. Kao dielektrični materijal koriste se stakleni epoksidni laminati ili kompozitni materijali.

1) FR4:

FR je postolje za FIRE RETARDENT. Za sve vrste proizvodnje PCB-a, najčešći stakleni sloj je FR4. Na osnovi tkanih staklo-epoksidnih spojeva, FR4 je kompozitni materijal koji je najkorisniji jer pruža vrlo dobru mehaničku čvrstoću.

FR4	Temp. Staklenog prijelaza.
Standard	130	Najčešći i široko korišteni Najjeftinije
Uz veću temp. Prijelaza stakla.	170-180 (prikaz, stručni)	Kompatibilan s tehnologijom reflow-a bez olova
Bez halogena	-	Kompatibilan s tehnologijom reflow-a bez olova

2) FR-1 i FR-2:

Ovaj materijal izrađen je od papira i fenolnih spojeva i koristi se samo za jednoslojne PCB. I FR1 i FR2 imaju slične karakteristike, jedina razlika je temperatura prijelaza stakla. FR1 ima višu temperaturu prijelaza u staklo u odnosu na FR2. Ovi su materijali također podijeljeni na standardne, bez halogena i nehidrofobne.

3) CEM-1:

Ovi materijali izrađeni su od papira i dvoslojnog staklenog epoksida i fenolnih spojeva, a koristi se samo za jednostrane PCB. Umjesto FR4 može se koristiti CEM-1, ali cijena CEM1 je viša od FR4.

4) CEM-3:

ovaj je materijal staklene epoksidne smjese bijele boje koji se uglavnom koristi u dvoslojnom PCB-u. CEM-3 ima manju mehaničku čvrstoću u odnosu na FR4, ali je jeftiniji od FR4. Dakle, ovo je dobra alternativa FR4.

5) Poliimid:

Ovaj se materijal koristi u fleksibilnim PCB-ima. Ovaj materijal izrađen je od keptona, rogersa, duponta. Ovaj materijal ima dobra električna svojstva, dobroću, širok raspon temperatura i visoku kemijsku otpornost. Radna temperatura ovog materijala je -200 ͦC do 300 ͦC.

6) Prepreg:

Prepreg znači prethodno impregnirani. To je stakloplastika impregnirana smolom. Te smole se prethodno osuše, tako da kad se zagriju, teku, lijepe se i potpuno urone. Prepreg ima ljepljivi sloj koji daje čvrstoću sličnu FR4. Postoje mnoge verzije ovog materijala prema sadržaju smole, SR - standardna smola, MR - srednja smola i HR - visoka smola. Ovo se odabire prema potrebnoj debljini, strukturi sloja i impedanciji. Ovaj materijal također je dostupan u visokim temperaturama prolaska stakla i bez halogena.

Softver za dizajn PCB-a:

Ispod su neki od najpopularnijih softvera za dizajn PCB-a. Ovdje možete saznati više o ovom softveru za dizajn PCB-a.

Orao:

EAGLE je najpopularniji i najjednostavniji način dizajniranja PCB-a. EAGLE je skraćenica od Lako primjenjivi grafički raspored uređivača koji je prethodno razvio CadSoft Computer, a trenutno je Autodesk programer ovog softvera. Za projektiranje sheme spojeva, EAGLE ima uređivač shema. EAGLE ekstenzija datoteke je.SCH, a različiti dijelovi i komponente definirani su u ekstenziji.LBR. Proširenje datoteke ploče je.BRD.

Multisim:

Multisim je također vrlo moćan i jednostavan softver za učenje. Koji je izvorno razvio Electronics Workbench, a sada je odjel National Instruments (NI). Uključuje simulaciju mikrokontrolera (MultiMCU) i integrirane značajke izvoza uvoza u softver za raspored PCB-a. Ovaj se softver široko koristi u akademskoj, a također i u industriji za kružno obrazovanje.

EasyEDA:

EasyEDA je softver koji se koristi za dizajn i simulaciju sklopova. Ovaj softver integrirani je alat za shematsko hvatanje, simulaciju SPICE kruga, temeljen na rasporedu Ngspice i PCB. Najvažnija prednost ovog softvera je ta što je web softver i koristi se u prozoru preglednika. Dakle, ovaj je softver neovisan o OS-u.

Altium dizajner:

Ovaj softver razvila je australska softverska tvrtka Altium Limited. Glavna značajka ovog softvera je shematsko snimanje, 3D dizajn PCB-a, razvoj FPGA-e i upravljanje izdanjem / podacima. Ovo je prvi softver koji nudi 3D vizualizaciju i provjeru zazora PCB-a izravno iz uređivača PCB-a.

KiCad: Ovaj softver razvio jean-pierre charras. Ovaj softver ima alate koji mogu stvoriti BoM (Bill of Material), umjetnička djela i 3D prikaz PCB-a kao i sve komponente korištene u krugu. Mnoge komponente dostupne su u knjižnici ovog softvera, a postoji značajka koja korisnik može dodati svoje prilagođene komponente. Ovaj softver podržava mnoge ljudske jezike.

CircuitMaker: Ovaj softver također je razvio Altium. Uređivač shema ovog softvera uključuje smještaj osnovnih komponenata i ovaj se softver koristi za dizajn naprednih višekanalnih i hijerarhijskih shema. Sva shema prenesena je na poslužitelj i te je datoteke dostupan svima, pod uvjetom da trebate račun CircuitMaker.