Hvad er funktionerne af et printkort?

Et printkort, eller PCB, findes i næsten alle typer elektroniske enheder. Disse plastiktavler og deres indlejrede komponenter giver den grundlæggende teknologi til alt fra computere og mobiltelefoner til smartwatches. Kredsløbsforbindelserne på et printkort gør det muligt at lede elektrisk strøm effektivt mellem de miniaturiserede komponenter på kortet, hvilket erstatter større enheder og omfangsrige ledninger.

Afhængigt af det program, det er designet til, kan et PC-kort udføre en række forskellige opgaver relateret til databehandling, kommunikation og dataoverførsel. Bortset fra de opgaver, det udfører, er den måske vigtigste funktion af et printkort at give en måde at integrere elektronikken til en enhed i et kompakt rum. Et printkort gør det muligt at tilslutte komponenter korrekt til en strømkilde, mens de er sikkert isolerede. Også printkort er billigere end andre muligheder, fordi de kan designes med digitale designværktøjer og fremstilles i høj volumen ved hjælp af fabriksautomatisering.

Et moderne printkort er typisk lavet af lag af forskellige materialer. De forskellige lag smeltes sammen gennem en lamineringsproces. Grundmaterialet i mange brædder er glasfiber, som giver en stiv kerne. Et kobberfolielag på den ene eller begge sider af brættet kommer dernæst. En kemisk proces bruges derefter til at definere kobberspor, der bliver til ledende baner. Disse spor træder i stedet for rodet trådindpakning, der findes i punkt-til-punkt-konstruktionsmetoden, der blev brugt til tidligere elektroniksamlinger.

EN loddemaske lag tilføjes printpladen for at beskytte og isolere kobberlaget. Dette plastlag dækker begge sider af brættet og er ofte grønt. Det efterfølges af en silketryk lag med bogstaver, tal og andre identifikatorer, der hjælper med at samle tavler. Et kredsløbskorts komponenter kan fastgøres til kortet på en række forskellige måder, herunder lodning. Nogle fastgørelsesmetoder gør brug af små huller kendt som vias der bores gennem printpladen. Deres formål er at tillade elektricitet at flyde fra den ene side af brættet til den anden.

EN kredsløb er en sløjfe af ledende materiale, som elektricitet kan bevæge sig langs. Når sløjfen er lukket, kan elektricitet strømme uafbrudt fra en strømkilde, såsom et batteri, gennem det ledende materiale og derefter tilbage til strømkilden. Kredsløbets design er baseret på, at elektricitet søger at strømme fra en højere effektspænding, som er et mål for elektrisk potentiale, til en lavere spænding.

Hvert kredsløb består af mindst fire grundlæggende elementer. Det første element er en energikilde for enten AC eller DC strøm. Det andet element er et ledende materiale såsom en ledning, som energien kan bevæge sig langs. Denne ledende vej er kendt som spore eller spore. Det tredje element er belastning, som består af mindst én komponent, der dræner noget af strømmen til at udføre en opgave eller operation. Det fjerde og sidste element er mindst et controller eller kontakt at kontrollere strømstrømmen.

Når du indsætter en belastning i den lukkede bane i et kredsløb, kan belastningen bruge strømmen af ​​elektrisk strøm til at udføre en handling, der kræver strøm. For eksempel kan en lysemitterende diode (LED)-komponent fås til at lyse, når strømmen strømmer gennem kredsløbet, hvor den er indsat. Belastningen skal forbruge energi, da en strømoverbelastning kan beskadige tilsluttede komponenter.

De vigtigste komponenter på et printkort inkluderer:

• Batteri: Giver strøm til et kredsløb, normalt gennem en enhed med to terminaler, der giver en spændingsforskel mellem to punkter i kredsløbet
• Kondensator: En batterilignende komponent, der hurtigt kan holde eller frigive en elektrisk ladning
• Diode: Styrer elektricitet på et printkort ved at tvinge det til at flyde i én retning
• Induktor: Lagrer energi fra en elektrisk strøm som magnetisk energi
• IC (integreretKredsløb): En chip, der kan indeholde mange kredsløb og komponenter i miniaturiseret form, og som typisk udfører en bestemt funktion
• LED (LysUdsenderDiode): Et lille lys, der bruges på et printkort til at give visuel feedback
• Modstand: Regulerer strømmen af ​​elektrisk strøm ved at give modstand
• Kontakt: Enten blokerer strømmen eller tillader den at flyde, afhængigt af om den er lukket eller åben
• Transistor: En type afbryder styret af elektriske signaler

Hver af komponenterne på et printkort udfører en specifik opgave eller et sæt opgaver, der er bestemt af den overordnede PCB-funktion. Nogle af komponenterne såsom transistorer og kondensatorer fungerer direkte på elektriske strømme. De fungerer som byggesten i mere komplekse komponenter kendt som integrerede kredsløb.

Udtrykket PCBA (et akronym for Printed Circuit Board Assembly) bruges til at beskrive et printkort, der er fuldstændig befolket med komponenter, der er fastgjort til kortet og forbundet til kobbersporene. Det kaldes også en plug-in-samling. Et bræt, der har kobberspor, men som ikke har komponenter installeret, omtales ofte som en bar bræt eller a printplade.

Designet af moderne printkort gør det muligt at masseproducere dem til en lavere pris end ældre wire-indviklede plader. Efter at designfasen af ​​en tavle er blevet udformet ved hjælp af specialiseret computersoftware, er fremstilling og montering – for det meste – automatiseret. En PCBA anses for at være færdig og klar til brug, efter at kvalitetssikringsafprøvningen er afsluttet.

An åbent kredsløb er en, der ikke er lukket på grund af en brudt ledning eller løs forbindelse. Et åbent kredsløb fungerer ikke, fordi det ikke kan lede elektricitet. Selvom spænding kan være tilgængelig i et åbent kredsløb, er der ingen måde for det at flyde. I nogle tilfælde ønskes et åbent kredsløb. For eksempel åbner og lukker kontakten, der bruges til at tænde og slukke for et lys, det kredsløb, der forbinder lyset med dets strømkilde.

En anden type defekt kredsløb er kortslutning, som kan opstå, når for meget strøm bevæger sig gennem et kredsløb og beskadiger det ledende materiale eller strømforsyningen. En kortslutning kan være forårsaget af, at to punkter i et kredsløb forbindes, når de ikke skal, som f. to terminaler på en strømforsyning, der er forbundet med ingen belastning komponent mellem derefter at dræne noget af nuværende. Kortslutning af en strømforsyning på denne måde kan være farligt og kan endda resultere i brand eller eksplosion.

Vakuumrør og elektriske relæer udførte de grundlæggende funktioner i tidlige computere. Indførelsen af ​​integrerede kredsløb førte til en reduktion i både størrelsen og omkostningerne ved elektroniske komponenter. Snart blev der udviklet kredsløbskort, der indeholdt alle ledninger til en enhed, der tidligere optog et helt rum. Disse tidlige brædder blev lavet af en række forskellige materialer, herunder masonit, bakelit og pap, og stikkene bestod af messingtråde viklet rundt om stolper.

Begyndende i 1940'erne blev printkort mere effektive og billigere at producere, da kobbertråd erstattede messing. Tidlige tavler med kobberledninger blev brugt på militærradioer, og i 1950'erne blev de også brugt til forbrugerenheder. Snart udviklede enkeltsidede plader, der kun indeholdt ledninger på den ene side, sig til de dobbeltsidede og flerlagede PCB'er, der i øjeblikket er udbredt.

Fra 1970'erne gennem 1990'erne blev printdesignet mere komplekst. Samtidig fortsatte både den fysiske størrelse og omkostningerne til brædder med at skrumpe. Efterhånden som plader blev tættere med vedhæftede komponenter, blev computerstøttede designapplikationer (CAD) udviklet til at hjælpe med deres skabelse. I dag er der en række værktøjer tilgængelige til digitalt printkort design, fra gratis og billige muligheder til fuldt funktionelle, dyre pakker, der hjælper med design, fremstilling og test.

Moderne elektronik kunne ikke eksistere uden det integrerede kredsløb, som blev introduceret i slutningen af ​​1950'erne. En IC er en miniaturiseret samling af kredsløb og komponenter såsom transistorer, modstande og dioder samlet på en computerchip til at udføre en bestemt funktion. En enkelt IC-chip kan indeholde tusindvis eller endda millioner af komponenter. De mest almindelige typer integrerede kredsløb omfatter logiske porte, timere, tællere og skifteregistre.

Udover IC'er på lavt niveau er der også mere komplekse mikroprocessor- og mikrocontroller-IC'er, der har evnen til at styre en computer eller en anden enhed. Andre komplekse integrerede kredsløb omfatter digitale sensorer såsom accelerometre og gyroskoper, der findes i mobiltelefoner og andre elektroniske enheder. Ligesom andre dele af PCB'er er størrelsen af ​​integrerede kredsløb faldet støt i løbet af de sidste par årtier.

Komponentmontering på tidlige enkeltsidede PCB'er brugt gennemgående hulteknologi, hvor en komponent blev fastgjort til den ene side af pladen og fastgjort gennem et hul til ledende trådspor på den anden side ved hjælp af lodning. På det tidspunkt, hvor det blev introduceret, var gennemgående hulteknologi et fremskridt i forhold til punkt-til-punkt-konstruktion, men huller boret i printkortet til montering førte til flere designproblemer, især efter introduktionen af ​​flerlags brædder. Da huller skulle passere gennem alle lag, blev en stor procentdel af tilgængelig fast ejendom på brættet elimineret.

Overflademonteringsteknologi (SMT) løste mange af problemerne forårsaget af gennemgående huller. Det blev meget brugt i 1990'erne, selvom det var blevet introduceret flere årtier tidligere. Komponenter blev ændret til at have små puder fastgjort, der kunne loddes til et printkort direkte i stedet for gennem en ledning. SMT gjorde det muligt for PCB-producenter at pakke et stort antal komponenter tæt på begge sider af et PCB. Denne type montering er også nemmere at fremstille med automatisering.

SMT-montering eliminerede ikke behovet for huller i printplader. Nogle PCB-designs gør stadig brug af vias for at tillade sammenkoblinger mellem komponenter på forskellige lag. Disse huller er dog ikke så påtrængende som de gennemgående huller, der tidligere blev brugt til komponentmontering.

De mest komplekse elektroniske enheder kan omfatte flerlags PCB'er. Disse plader består af mindst tre lag af et ledende materiale såsom kobber vekslende med lag af isolering. Almindelige konfigurationer for flerlagstavler omfatter fire, seks, otte eller 10 lag. Alle lagene skal lamineres sammen for at sikre, at der ikke er luft mellem lagene. Denne proces udføres normalt under høj temperatur og tryk.

Fordelene ved flerlags PCB'er inkluderer en højere tæthed af komponenter og kredsløb i et mindre rum. De bruges til computere, filservere, GPS-teknologi, sundhedsudstyr og satellit- og rumfartssystemer. Flerlagsplader har dog også nogle ulemper. De er mere indviklede og sværere at designe og fremstille end enkelt- og dobbeltsidede plader, hvilket gør dem dyrere. De kan også være svære at reparere, når noget går galt inden i brættets indre lag.