Основы pcb

Что такое печатная плата?

Печатная плата представляет собой ламинированную медью непроводящую печатную плату, в которой все электрические и электронные компоненты соединены вместе на одной общей плате с физической опорой для всех компонентов на основании платы. Когда печатная плата не разработана, тогда все компоненты соединяются проводом, что увеличивает сложность и снижает надежность схемы. Таким образом, мы не можем сделать очень большую схему, такую как материнская плата. В печатной плате все компоненты соединены без проводов, все компоненты соединены внутри, что снизит сложность общей схемы. Печатная плата используется для обеспечения электричества и связи между компонентами, благодаря чему она функционирует так, как она была разработана. Печатные платы могут быть адаптированы к любым спецификациям и требованиям пользователя. Его можно найти во многих электронных устройствах, таких как; Телевизор, мобильный телефон, цифровая камера, компьютерные части, такие как; Графические карты, материнская плата и т. Д. Он также используется во многих областях, таких как; медицинские приборы, промышленное оборудование, автомобильная промышленность, освещение и т. д.

Типы печатных плат:

Для схемы доступно несколько типов печатных плат. Из этих типов печатных плат мы должны выбрать подходящий тип печатной платы в соответствии с нашим приложением.

Однослойная печатная плата
Двухслойная печатная плата
Многослойная печатная плата
Гибкая печатная плата
Печатная плата с алюминиевым покрытием
Гибкая жесткая печатная плата

1) Однослойная печатная плата:

Однослойная печатная плата также известна как односторонняя печатная плата. Этот тип печатной платы является простой и наиболее часто используемой печатной платой, поскольку эти печатные платы просты в проектировании и производстве. Одна сторона этой печатной платы покрыта слоем любого проводящего материала. Обычно медь используется в качестве проводящего материала для печатных плат, потому что медь имеет очень хорошие проводящие характеристики. Слой паяльной маски используется для защиты печатной платы от окисления, а затем шелкография для маркировки всех компонентов на печатной плате. В этом типе печатной платы только одна сторона печатной платы используется для подключения различных типов электрических или электронных компонентов, таких как резистор, конденсатор, индуктор и т. Д. Эти компоненты припаяны. Эти печатные платы используются в недорогих и массовых производственных приложениях, таких как калькуляторы, радио, принтеры и твердотельные накопители.

2) Двухслойная печатная плата:

Двухслойная печатная плата также известна как двусторонняя печатная плата. Как следует из названия, в этом типе печатной платы тонкий слой проводящего материала, такого как медь, нанесен как на верхнюю, так и на нижнюю стороны платы. В печатной плате, на другом слое платы, имеются переходные отверстия, которые имеют две контактные площадки в соответствующих положениях на разных слоях. Они электрически соединены отверстием в плате, как показано на рисунке 2b. Более гибкая, относительно низкая стоимость и самое важное преимущество этого типа печатной платы - это ее уменьшенный размер, что делает схему компактной. Этот тип печатных плат в основном используется в промышленных системах управления, преобразователях, системах ИБП, системах отопления, вентиляции и кондиционирования, телефонах, усилителях и системах контроля мощности.

3) Многослойная печатная плата:

Многослойная печатная плата имеет более двух слоев. Это означает, что этот тип печатной платы имеет как минимум три проводящих слоя меди. Для фиксации платы между слоями изоляции помещен клей, который гарантирует, что избыточное тепло не повредит какой-либо компонент схемы. Этот тип печатной платы очень сложен и используется в очень сложных и больших электрических задачах в очень малом пространстве и компактной схеме. Этот тип печатной платы используется в больших приложениях, таких как технология GPS, спутниковая система, медицинское оборудование, файловый сервер и хранилище данных.

4) Гибкая печатная плата:

Гибкая печатная плата также известна как гибкая схема. В этом типе печатных плат используется гибкий пластик, такой как полимид, PEEK (полиэфирэфиркетон) или прозрачная проводящая полиэфирная пленка. Печатная плата обычно складывается или скручивается. Это очень сложный тип печатной платы, который также содержит различные слои, такие как односторонняя гибкая схема, двухсторонняя гибкая схема и многосторонняя гибкая схема. Гибкая схема используется в органических светодиодах, производстве ЖК-дисплеев, гибких солнечных элементах, автомобильной промышленности, сотовых телефонах, камерах и сложных электронных устройствах, таких как ноутбуки.

5) Жесткая печатная плата:

Жесткие печатные платы сделаны из твердого материала, который не допускает скручивания печатной платы. Как и гибкая печатная плата, жесткая печатная плата также имеет разную конфигурацию слоев, например однослойную, двухслойную и многослойную жесткую печатную плату. Форма этой платы не меняется после установки. Эту печатную плату нельзя согнуть в соответствии с формой основания, поэтому эта печатная плата известна как RIGID PCB. Срок службы печатных плат этого типа очень высок, поэтому они используются во многих частях компьютера, таких как RAM, GPU и CPU. Простые по конструкции и наиболее используемые и производимые печатные платы - это односторонние жесткие печатные платы. Многослойная жесткая печатная плата может быть более компактной, если она содержит 9-10 слоев.

6) Гибкая жесткая печатная плата:

Комбинация гибкой схемы и жесткой схемы является наиболее важной платой. Гибкие жесткие платы состоят из нескольких слоев гибкой печатной платы, прикрепленных к нескольким жестким слоям печатной платы. Доска Flex-жесткая, как показано на рисунке. Он используется в сотовых телефонах, цифровых камерах, автомобилях и т. Д.

Типы печатных плат в зависимости от системы монтажа

Печатная плата со сквозным отверстием
Печатная плата для поверхностного монтажа

1) Печатная плата со сквозным отверстием:

В этом типе печатной платы мы должны проделать отверстие, используя сверло на печатной плате. В эти отверстия устанавливаются выводы компонентов, которые припаиваются к контактным площадкам, расположенным на противоположной стороне печатной платы. Эта технология наиболее полезна, потому что она обеспечивает большую механическую поддержку электрических компонентов и очень надежную технологию для монтажа компонентов, но сверление в печатной плате делает ее более дорогой. В однослойной печатной плате эту технологию монтажа легко реализовать, но в случае двухслойной и многослойной печатной платы проделать отверстие сложнее.

2) Печатная плата для поверхностного монтажа:

В этом типе печатной платы компоненты имеют небольшой размер, потому что у этих компонентов очень маленький вывод или выводы, которые не требуются для монтажа на плате. Здесь, в этой технологии, SMD-компоненты монтируются непосредственно на поверхности платы и не требуют проделывать отверстие на плате.

Различные части печатной платы:

Pad: Pad - это не что иное, как кусок меди, на котором установлены выводы компонентов и на котором выполняется пайка. Подушечка обеспечивает механическую поддержку компонентов.

След: В печатной плате компоненты не соединяются с помощью проводов. Все компоненты соединены с проводящим материалом, например медью. Эта медная часть печатной платы, которая используется для соединения всех компонентов, известна как след. Трасса выглядит как на рисунке ниже.

Слои: в зависимости от применения, стоимости и доступного пространства схемы пользователь может выбрать слой печатной платы. Однослойная печатная плата является самой простой по конструкции, легкой в проектировании и наиболее полезной в повседневной жизни. Но для очень больших и сложных схем двухслойная печатная плата или многослойная печатная плата является наиболее предпочтительной по сравнению с однослойной печатной платой. Сегодня в многослойной печатной плате можно соединить 10-12 слоев, и самое важное - это обмен данными между компонентами на разных уровнях.

Шелковый слой: Шелковый слой используется для печати линий, текста или любого рисунка на поверхности печатной платы. Обычно для трафаретной печати используются эпоксидные чернила. Шелковый слой может использоваться в верхнем и / или нижнем слое печатной платы в соответствии с требованиями пользователя, который известен как шелкография ВЕРХ и НИЖНИЙ шелкография.

Верхний и нижний слой: в верхнем слое печатной платы все компоненты монтируются на этом слое печатной платы. Обычно этот слой имеет зеленый цвет. В нижнем слое печатной платы все компоненты припаяны через отверстие, а вывод компонентов известен как нижний слой печатной платы. Иногда верхний и / или нижний слой печатной платы покрывается слоем зеленого цвета, который известен как паяльная маска.

Паяльная маска: есть еще один дополнительный слой поверх слоя меди, который называется паяльной маской. Этот слой обычно зеленого цвета, но может быть любого цвета. Этот изолирующий слой используется для предотвращения случайного контакта контактных площадок с другим проводящим материалом на печатной плате.

Материалы печатной платы:

Основным элементом является диэлектрическая подложка, жесткая или гибкая. Эта диэлектрическая подложка используется с проводящим материалом, например медью. В качестве диэлектрического материала используются стеклопластиковые или композитные материалы.

1) FR4:

FR расшифровывается как FIRE RETARDENT. Для всех типов производства печатных плат наиболее распространенным материалом из многослойного стекла является FR4. FR4 - это композитный материал, основанный на тканых стекловолоконных компаундах, который является наиболее полезным, поскольку он обеспечивает очень хорошую механическую прочность.

FR4	Температура стеклования.
Стандарт	130	Самый распространенный и широко используемый Самый дешевый
С более высокой температурой стеклования.	170–180	Совместимость с технологией бессвинцового оплавления
Без галогена	-	Совместимость с технологией бессвинцового оплавления

2) FR-1 и FR-2:

Этот материал сделан из бумаги и фенольных соединений, и этот материал используется только для однослойных печатных плат. И FR1, и FR2 имеют схожие характеристики, разница только в температуре стеклования. FR1 имеет более высокую температуру стеклования по сравнению с FR2. Эти материалы также подразделяются на стандартные, не содержащие галогенов и негидрофобные.

3) ЦЕМ-1:

Этот материал сделан из бумаги и двухслойной стеклоткани, эпоксидной смолы и фенольных соединений, и этот материал используется только для односторонних печатных плат. CEM-1 можно использовать вместо FR4, но цена CEM1 выше, чем FR4.

4) ЦЕМ-3:

Этот материал представляет собой белый стекловолоконный эпоксидный компаунд, который в основном используется в двухслойных печатных платах. CEM-3 имеет более низкую механическую прочность по сравнению с FR4, но дешевле FR4. Итак, это хорошая альтернатива FR4.

5) Полиимид:

Этот материал используется в гибкой печатной плате. Этот материал изготавливается из марок keepon, rogers, dupont. Этот материал обладает хорошими электрическими свойствами, функциональностью, широким температурным диапазоном и высокой химической стойкостью. Рабочая температура этого материала от -200 ͦC до 300 ͦC.

6) Препрег:

Препрег означает предварительно пропитанный. Это стекловолокно, пропитанное смолой. Эти смолы предварительно высушены, поэтому при нагревании они растекаются, прилипают и полностью погружаются. Препрег имеет клеевой слой, который дает прочность, аналогичную FR4. Существует множество версий этого материала в зависимости от содержания смолы, стандартной смолы SR, средней смолы MR и высокой смолы HR. Он выбирается в зависимости от требуемой толщины, структуры слоя и импеданса. Этот материал также доступен с высокой температурой стеклования и не содержит галогенов.

Программное обеспечение для проектирования печатных плат:

Ниже приведены некоторые из самых популярных программ для проектирования печатных плат. Вы можете узнать больше об этом программном обеспечении для проектирования печатных плат здесь.

Орел:

EAGLE - самый популярный и простой способ разработки печатной платы. EAGLE - это простой в применении графический редактор макетов, который ранее разрабатывался CadSoft Computer, а в настоящее время разработчиком этого программного обеспечения является Autodesk. Для разработки принципиальных схем в EAGLE есть редактор схем. Расширение файла EAGLE -.SCH, а различные части и компоненты определены в расширении.LBR. Расширение файла Board -.BRD.

Мультисим:

Multisim также является очень мощным и легким в обучении программным обеспечением. Первоначально он был разработан Electronics Workbench, а теперь является подразделением National Instruments (NI). Он включает моделирование микроконтроллера (MultiMCU) и интегрированные функции импорта и экспорта в программное обеспечение компоновки печатных плат. Это программное обеспечение широко используется в академической среде, а также в промышленности для схемотехнического обучения.

EasyEDA:

EasyEDA - это программное обеспечение, которое используется для проектирования и моделирования схем. Это программное обеспечение представляет собой интегрированный инструмент для схемотехнического захвата, моделирования цепей SPICE на основе Ngspice и макета печатной платы. Самым важным преимуществом этого программного обеспечения является то, что это веб-программное обеспечение, используемое в окне браузера. Итак, это программное обеспечение не зависит от ОС.

Altium Designer:

Это программное обеспечение разработано австралийской компанией-разработчиком программного обеспечения Altium Limited. Основная особенность этого программного обеспечения - схематический ввод, трехмерное проектирование печатной платы, разработка FPGA и управление выпуском / данными. Это первое программное обеспечение, которое предлагает 3D-визуализацию и проверку зазора печатной платы прямо из редактора плат.

KiCad: Это программное обеспечение разработал Жан-Пьер Шаррас. В этом программном обеспечении есть инструменты, с помощью которых можно создавать BoM (Bill of Material), изображения и трехмерный вид печатной платы, а также всех компонентов, используемых в схеме. Многие компоненты доступны в библиотеке этого программного обеспечения, и есть функция, позволяющая пользователю добавлять свои собственные компоненты. Это программное обеспечение поддерживает многие человеческие языки.

CircuitMaker: это программное обеспечение также разработано Altium. Редактор схем этого программного обеспечения включает размещение основных компонентов, и это программное обеспечение используется для разработки расширенных многоканальных и иерархических схем. Вся схема загружается на сервер, и эти файлы доступны для просмотра всем при условии, что вам потребуется учетная запись CircuitMaker.