Какви са функциите на платката?

Печатна платка или печатна платка се намира в почти всеки тип електронно устройство. Тези пластмасови дъски и техните вградени компоненти осигуряват основната технология за всичко - от компютри и мобилни телефони до смарт часовници. Връзките на веригата на печатна платка позволяват ефективно насочване на електрически ток между миниатюрните компоненти на платката, заменяйки по-големите устройства и обемното окабеляване.

В зависимост от приложението, за което е предназначено, компютърната платка може да изпълнява различни задачи, свързани с изчисленията, комуникациите и преноса на данни. Освен задачите, които изпълнява, може би най-важната функция на платката е да осигури начин за интегриране на електрониката за устройство в компактно пространство. Печатната платка позволява на компонентите да бъдат правилно свързани към източник на захранване, като същевременно са безопасно изолирани. Освен това платките са по-евтини от другите опции, защото могат да бъдат проектирани с инструменти за цифрово проектиране и произведени в голям обем с помощта на фабрична автоматизация.

Съвременната платка обикновено се изработва от слоеве от различни материали. Различните слоеве се сливат заедно чрез процес на ламиниране. Основният материал в много плочи е фибростъкло, което осигурява твърда сърцевина. Следва слой от медно фолио от едната или от двете страни на дъската. След това се използва химичен процес за дефиниране на медни следи, които стават проводими пътища. Тези следи заемат мястото на разхвърляното обвиване на тел, намерено в метода за изграждане от точка до точка, използван за по-ранни електронни възли.

А слой маска за спойка се добавя към платката за защита и изолация на медния слой. Този пластмасов слой покрива двете страни на дъската и често е зелен. То е последвано от а копринен слой с букви, цифри и други идентификатори, които помагат при сглобяването на платката. Компонентите на платката могат да бъдат прикрепени към платката по различни начини, включително запояване. Някои методи за закрепване използват малки дупки, известни като виаси които се пробиват през платката. Тяхната цел е да позволят на електричеството да тече от едната страна на дъската към другата.

А верига е контур от проводим материал, по който електричеството може да се движи. Когато контурът е затворен, електричеството може да тече непрекъснато от източник на захранване като батерия през проводящия материал и след това обратно към източника на енергия. Дизайнът на веригата се основава на факта, че електричеството се стреми да тече от напрежение с по-висока мощност, което е мярка за електрически потенциал, към по-ниско напрежение.

Всяка верига се състои от поне четири основни елемента. Първият елемент е an източник на енергия за AC или DC захранване. Вторият елемент е проводящ материал като тел, по който енергията може да се движи. Този проводим път е известен като писта или следа. Третият елемент е натоварване, който се състои от поне един компонент, който изчерпва част от мощността за изпълнение на задача или операция. Четвъртият и последен елемент е поне един контролер или превключвател за контрол на потока на енергия.

Когато поставите товар в затворения път на верига, товарът може да използва потока на електрически ток, за да извърши действие, което изисква захранване. Например, компонент на светодиод (LED) може да бъде направен да свети, когато захранването протича през веригата, където е вмъкнат. Товарът трябва да изразходва енергия, тъй като претоварването с мощност може да повреди прикачените компоненти.

Най-важните компоненти на платката включват:

• Батерия: Осигурява захранване за верига, обикновено чрез устройство с двоен извод, което осигурява разлика в напрежението между две точки във веригата
• кондензатор: Компонент, подобен на батерия, който може бързо да задържи или освободи електрически заряд
• диод: Контролира електричеството на платка, като го принуждава да тече в една посока
• Индуктор: Съхранява енергията от електрически ток като магнитна енергия
• IC (интегриранверига): Чип, който може да съдържа много схеми и компоненти в миниатюрна форма и който обикновено изпълнява специфична функция
• LED (СветлинаИзлъчванедиод): Малка светлина, използвана върху платка за предоставяне на визуална обратна връзка
• Резистор: Регулира потока на електрически ток чрез осигуряване на съпротивление
• Превключвател: Или блокира тока, или му позволява да тече, в зависимост от това дали е затворен или отворен
• Транзистор: Тип превключвател, управляван от електрически сигнали

Всеки от компонентите на платката изпълнява конкретна задача или набор от задачи, които се определят от цялостната функция на печатната платка. Някои от компонентите като транзистори и кондензатори работят директно на електрически ток. Те служат като градивни елементи в по-сложни компоненти, известни като интегрални схеми.

Терминът PCBA (акроним за монтаж на печатна платка) се използва за описание на платка, която е напълно населена с компоненти, прикрепени към платката и свързани към медните следи. Нарича се още плъгин монтаж. Платка, която има медни следи, но няма инсталирани компоненти, често се нарича а гола дъска или а печатна електронна платка.

Дизайнът на съвременните печатни платки им позволява да се произвеждат масово на по-ниска цена от по-старите платки, обвити с тел. След като фазата на проектиране на платка е изложена с помощта на специализиран компютърен софтуер, производството и сглобяването са – за повечето – автоматизирани. Счита се, че PCBA е завършен и готов за употреба след завършване на тестването за осигуряване на качеството.

Ан отворена верига е този, който не е затворен поради скъсан проводник или разхлабена връзка. Отворената верига няма да работи, защото не може да провежда електричество. Въпреки че напрежението може да е налично в отворена верига, няма начин то да тече. В някои случаи е необходимо отворена верига. Например превключвателят, който се използва за включване и изключване на светлината, отваря и затваря веригата, която свързва светлината с нейния източник на захранване.

Друг вид дефектна верига е късо съединение, което може да възникне, когато твърде много мощност се движи през верига и повреди проводящия материал или захранването. Късо съединение може да бъде причинено от две точки във верига, които се свързват, когато не се предполага, като два извода на захранване, които са свързани без товар, между които да се източат някои от текущ. Прекъсването на захранването по този начин може да бъде опасно и дори да доведе до пожар или експлозия.

Вакуумните лампи и електрическите релета изпълняваха основните функции на ранните компютри. Въвеждането на интегрални схеми доведе до намаляване както на размера, така и на цената на електронните компоненти. Скоро бяха разработени платки, които съдържаха цялото окабеляване на устройство, което преди това заемаше цяла стая. Тези ранни дъски са направени от различни материали, включително масонит, бакелит и картон, а конекторите се състоят от месингови жици, увити около стълбовете.

В началото на 40-те години на миналия век печатните платки стават по-ефективни и по-евтини за производство, когато медната тел замени месинга. Ранните платки с медно окабеляване са били използвани във военните радиостанции, а до 50-те години на миналия век те са били използвани и за потребителски устройства. Скоро едностранните платки, които съдържаха окабеляване само от едната страна, се превърнаха в двустранни и многослойни печатни платки, които в момента са широко използвани.

От 1970-те до 1990-те години дизайнът на печатни платки става по-сложен. В същото време както физическият размер, така и цената на дъските продължиха да се свиват. Тъй като дъските станаха по-плътни с прикачени компоненти, бяха разработени приложения за компютърно проектиране (CAD), за да подпомогнат тяхното създаване. Днес има разнообразие от инструменти за проектиране на цифрови печатни платки, от безплатни и евтини опции до напълно функционални пакети с висока цена, които помагат при проектирането, производството и тестването.

Съвременната електроника не би могла да съществува без интегралната схема, която беше въведена в края на 50-те години. IC е миниатюризирана колекция от схеми и компоненти като транзистори, резистори и диоди, сглобени на компютърен чип, за да изпълняват специфична функция. Един IC чип може да съдържа хиляди или дори милиони компоненти. Най-често срещаните типове интегрални схеми включват логически порти, таймери, броячи и регистри за смяна.

Освен ИС на ниско ниво, има и по-сложни микропроцесорни и микроконтролерни ИС, които имат способността да управляват компютър или друго устройство. Други сложни интегрални схеми включват цифрови сензори като акселерометри и жироскопи, които се намират в мобилни телефони и други електронни устройства. Подобно на други части на печатни платки, размерът на интегралните схеми постоянно намалява през последните няколко десетилетия.

Монтаж на компоненти върху ранни използвани едностранни печатни платки технология за проходни отвори, където компонент беше прикрепен към едната страна на платката и закрепен през дупка към проводими проводници от другата страна с помощта на запояване. По времето, когато беше въведена, технологията за проходни отвори беше напредък в сравнение с конструкцията от точка до точка, но дупките пробити в печатната платка за монтаж доведе до няколко проблема с дизайна, особено след въвеждането на многослойни дъски. Тъй като дупките трябваше да преминат през всички слоеве, голям процент от наличните недвижими имоти на дъската беше елиминиран.

Технология за повърхностен монтаж (SMT) реши много от проблемите, причинени от проходните отвори. Той стана широко използван през 90-те години на миналия век, въпреки че беше въведен няколко десетилетия по-рано. Компонентите бяха променени, за да имат прикрепени малки подложки, които могат да бъдат запоени директно към платка, вместо през проводник. SMT позволи на производителите на печатни платки да опаковат плътно голям брой компоненти от двете страни на печатната платка. Този тип монтаж също е по-лесен за производство с автоматизация.

SMT монтажът не елиминира необходимостта от дупки в платките. Някои дизайни на печатни платки все още използват междинни връзки, за да позволят взаимовръзки между компонентите на различни слоеве. Тези отвори обаче не са толкова натрапчиви, колкото проходните отвори, използвани преди за монтиране на компоненти.

Най-сложните електронни устройства могат да включват многослойни печатни платки. Тези плочи се състоят от най-малко три слоя проводим материал като мед, редуващи се със слоеве изолация. Обичайните конфигурации за многослойни платки включват четири, шест, осем или 10 слоя. Всички слоеве трябва да бъдат ламинирани заедно, за да се гарантира, че няма улов на въздух между слоевете. Този процес обикновено се извършва при висока температура и налягане.

Предимствата на многослойните печатни платки включват по-висока плътност на компоненти и вериги в по-малко пространство. Използват се за компютри, файлови сървъри, GPS технология, устройства за здравеопазване и сателитни и космически системи. Многослойните плочи обаче имат и някои недостатъци. Те са по-сложни и по-трудни за проектиране и производство от едно- и двустранните дъски, което ги прави по-скъпи. Те също могат да бъдат трудни за ремонт, когато нещо се обърка във вътрешните слоеве на дъската.