Mik az áramköri lapok funkciói?

A nyomtatott áramköri lap vagy PCB szinte minden típusú elektronikus eszközben megtalálható. Ezek a műanyag táblák és beágyazott alkatrészeik biztosítják az alapvető technológiát a számítógépektől a mobiltelefonokon át az okosórákig mindenhez. A NYÁK-on található áramköri csatlakozások lehetővé teszik az elektromos áram hatékony elvezetését a kártya miniatürizált alkatrészei között, helyettesítve ezzel a nagyobb eszközöket és a terjedelmes vezetékeket.

Az alkalmazástól függően, amelyre tervezték, a PC-kártya számos számítási, kommunikációs és adatátviteli feladatot végezhet. Az általa elvégzett feladatokon kívül az áramköri lap talán legfontosabb funkciója az, hogy lehetőséget biztosítson egy eszköz elektronikájának egy kompakt térbe történő integrálására. A PCB lehetővé teszi az alkatrészek megfelelő csatlakoztatását az áramforráshoz, miközben biztonságosan szigetelve vannak. Ezenkívül az áramköri lapok olcsóbbak, mint a többi opció, mivel digitális tervezőeszközökkel tervezhetők, és nagy mennyiségben gyárthatók gyári automatizálással.

A modern áramköri lapok általában különböző anyagokból készülnek. A különböző rétegeket laminálási eljárással egyesítik. Sok tábla alapanyaga az üvegszál, amely merev magot biztosít. Ezután jön egy rézfólia réteg a tábla egyik vagy mindkét oldalán. Ezután egy kémiai eljárást használnak a réznyomok meghatározására, amelyek vezető pályákká válnak. Ezek a nyomok a korábbi elektronikai összeállításokhoz használt pont-pont építési módszerben fellelhető rendetlen huzaltekercselés helyét veszik át.

A forrasztómaszk réteg hozzáadják az áramköri laphoz a rézréteg védelmére és szigetelésére. Ez a műanyag réteg a tábla mindkét oldalát fedi, és gyakran zöld. Ezt követi a szitanyomásos réteg betűkkel, számokkal és egyéb azonosítókkal, amelyek segítik a tábla összeszerelését. Az áramköri kártya alkatrészei többféle módon rögzíthetők a kártyához, beleértve a forrasztást is. Egyes rögzítési módszerek kis lyukakat használnak, amelyek az úgynevezett vias amelyek át vannak fúrva az áramköri lapon. Céljuk, hogy lehetővé tegyék az elektromos áram áramlását a tábla egyik oldaláról a másikra.

A áramkör vezető anyagból álló hurok, amelyen keresztül áram tud haladni. Amikor a hurok zárva van, az áram megszakítás nélkül áramolhat egy áramforrásból, például akkumulátorból a vezető anyagon keresztül, majd vissza az áramforráshoz. Az áramkör kialakítása azon a tényen alapszik, hogy a villamos energia nagyobb teljesítményű feszültségről, amely az elektromos potenciál mértéke, alacsonyabb feszültségre igyekszik áramolni.

Minden áramkör legalább négy alapelemből áll. Az első elem egy energiaforrás AC vagy DC tápellátáshoz. A második elem egy vezető anyag, például egy huzal, amelyen az energia mozoghat. Ez a vezető út az úgynevezett nyomon követni vagy nyom. A harmadik elem a Betöltés, amely legalább egy olyan komponensből áll, amely a feladat vagy művelet végrehajtásához szükséges energia egy részét leveszi. A negyedik és egyben utolsó elem legalább egy vezérlő vagy kapcsoló az erő áramlásának szabályozására.

Amikor terhelést helyez az áramkör zárt útjába, a terhelés felhasználhatja az elektromos áram áramlását olyan műveletek végrehajtására, amelyek áramot igényelnek. Például egy fénykibocsátó dióda (LED) alkatrészt be lehet állítani úgy, hogy felgyulladjon, amikor áram folyik át az áramkörön, ahová be van kapcsolva. A terhelésnek energiát kell fogyasztania, mivel a túlterhelés károsíthatja a csatlakoztatott alkatrészeket.

Az áramköri lap legfontosabb összetevői a következők:

• Akkumulátor: Áramellátást biztosít egy áramkör számára, általában egy kétsoros eszközön keresztül, amely feszültségkülönbséget biztosít az áramkör két pontja között
• Kondenzátor: Akkumulátorszerű alkatrész, amely gyorsan képes megtartani vagy felszabadítani az elektromos töltést
• Dióda: Szabályozza az elektromos áramot az áramköri lapon azáltal, hogy egy irányba kényszeríti azt
• Induktor: Az elektromos áramból származó energiát mágneses energiaként tárolja
• IC (integráltÁramkör): Olyan chip, amely sok áramkört és alkatrészt tartalmazhat miniatürizált formában, és amely jellemzően meghatározott funkciót lát el
• VEZETTE (FényKibocsátásDióda): Kisméretű lámpa, amelyet egy áramköri lapon használnak vizuális visszajelzés biztosítására
• Ellenállás: Ellenállás biztosításával szabályozza az elektromos áram áramlását
• Kapcsoló: Vagy blokkolja az áramot, vagy engedi áramlását, attól függően, hogy zárt vagy nyitott
• Tranzisztor: Elektromos jelekkel vezérelt kapcsolótípus

Az áramköri lapon minden egyes komponens egy adott feladatot vagy feladatkészletet hajt végre, amelyet a teljes PCB funkció határoz meg. Egyes alkatrészek, például a tranzisztorok és a kondenzátorok közvetlenül elektromos árammal működnek. Építőelemként szolgálnak az integrált áramkörökként ismert összetettebb komponensekben.

A PCBA kifejezés (a Printed Circuit Board Assembly rövidítése) olyan áramköri kártyát ír le, amely teljesen tele van a kártyához rögzített és a réznyomokhoz csatlakoztatott alkatrészekkel. Plug-in szerelvénynek is nevezik. Az olyan táblát, amelyen réznyomok vannak, de nincsenek beépítve alkatrészek, gyakran a csupasz deszka vagy a nyomtatott áramkör.

A modern áramköri kártyák kialakítása lehetővé teszi, hogy a régebbi huzalba csomagolt kártyáknál alacsonyabb költséggel tömegesen lehessen őket gyártani. Miután a tábla tervezési fázisa speciális számítógépes szoftverek segítségével megtörtént, a gyártás és az összeszerelés – többnyire – automatizált. A PCBA késznek és használatra késznek tekintendő a minőségbiztosítási vizsgálat befejezése után.

An nyitott áramkör olyan, amely nincs lezárva vezetékszakadás vagy laza csatlakozás miatt. A megszakadt áramkör nem működik, mert nem tud áramot vezetni. Bár megszakadt áramkörben elérhető feszültség, nincs mód arra, hogy áramoljon. Egyes esetekben szakadás szükséges. Például a lámpa be- és kikapcsolására szolgáló kapcsoló nyitja és zárja azt az áramkört, amely a lámpát az áramforráshoz köti.

A hibás áramkör másik típusa a rövidzárlat, ami akkor fordulhat elő, ha túl sok energia áramlik át egy áramkörön, és károsítja a vezető anyagot vagy a tápegységet. Rövidzárlatot okozhat az áramkör két pontja, amelyek akkor kapcsolódnak egymáshoz, amikor nem kellene, mint pl. egy tápegység két kivezetése csatlakoztatva van terhelés nélküli alkatrész között, hogy leürítse a tápegység egy részét jelenlegi. A tápegység ilyen módon történő rövidre zárása veszélyes lehet, sőt tüzet vagy robbanást is okozhat.

A vákuumcsövek és elektromos relék a korai számítógépek alapvető funkcióit látták el. Az integrált áramkörök bevezetése az elektronikai alkatrészek méretének és költségének csökkenéséhez vezetett. Hamarosan olyan áramköri lapokat fejlesztettek ki, amelyek egy korábban egy egész helyiséget elfoglaló eszköz összes vezetékét tartalmazták. Ezek a korai táblák különféle anyagokból készültek, köztük masonitból, bakelitből és kartonból, a csatlakozók pedig oszlopok köré tekert sárgaréz huzalokból álltak.

Az 1940-es évektől kezdődően az áramköri lapok hatékonyabbá és olcsóbbá váltak, amikor a rézhuzal felváltotta a sárgaréz. A korai rézvezetékes táblákat katonai rádiókban használták, az 1950-es évektől pedig már fogyasztói eszközökben is. Hamarosan az egyoldalas kártyák, amelyeknek csak az egyik oldalán voltak vezetékek, a jelenleg széles körben használt kétoldalas és többrétegű PCB-kké fejlődtek.

Az 1970-es évektől az 1990-es évekig a PCB-k tervezése bonyolultabbá vált. Ugyanakkor a táblák fizikai mérete és költsége tovább csökkent. Ahogy a táblák sűrűbbé váltak a csatlakoztatott alkatrészekkel, számítógéppel segített tervezési alkalmazásokat (CAD) fejlesztettek ki, hogy segítsék a létrehozásukat. Manapság számos eszköz áll rendelkezésre a digitális NYÁK-tervezéshez, az ingyenes és olcsó opcióktól a teljesen működőképes, magas árú csomagokig, amelyek segítenek a tervezésben, a gyártásban és a tesztelésben.

A modern elektronika nem létezhetne az 1950-es évek végén bevezetett integrált áramkör nélkül. Az IC az áramkörök és alkatrészek, például tranzisztorok, ellenállások és diódák miniatürizált gyűjteménye, amelyek számítógépes chipre vannak összeszerelve egy meghatározott funkció végrehajtására. Egyetlen IC chip több ezer vagy akár több millió alkatrészt is tartalmazhat. Az integrált áramkörök leggyakoribb típusai közé tartoznak a logikai kapuk, időzítők, számlálók és eltolási regiszterek.

Az alacsony szintű IC-k mellett léteznek bonyolultabb mikroprocesszoros és mikrokontrolleres IC-k is, amelyek képesek számítógépet vagy más eszközt vezérelni. Egyéb összetett integrált áramkörök közé tartoznak a digitális érzékelők, például a gyorsulásmérők és giroszkópok, amelyek mobiltelefonokban és más elektronikus eszközökben találhatók. A nyomtatott áramkörök többi részéhez hasonlóan az integrált áramkörök mérete is folyamatosan csökkent az elmúlt néhány évtizedben.

Alkatrészek rögzítése korai egyoldalas PCB-kre átmenő furat technológia, ahol a tábla egyik oldalához egy alkatrészt rögzítettek, és a másik oldalon forrasztással egy lyukon keresztül a vezető vezetéknyomokhoz rögzítették. Bevezetésének idején az átmenő furat technológia előrelépést jelentett a pont-pont konstrukcióhoz képest, de a lyukak A NYÁK-ba való befúrás a rögzítéshez számos tervezési problémához vezetett, különösen a többrétegű bevezetést követően táblák. Mivel a lyukaknak minden rétegen át kellett haladniuk, a táblán található ingatlanok nagy százaléka megszűnt.

Felületi szerelési technológia (SMT) megoldotta az átmenő furatok okozta problémákat. Az 1990-es években vált széles körben használatba, bár több évtizeddel korábban vezették be. Az alkatrészeket úgy változtatták meg, hogy kis párnákat rögzítettek, amelyeket közvetlenül az áramköri lapra lehet forrasztani a vezeték helyett. Az SMT lehetővé tette a PCB-gyártók számára, hogy nagyszámú alkatrészt sűrűn csomagoljanak a PCB mindkét oldalára. Ez a fajta rögzítés automatizálással is könnyebben gyártható.

Az SMT-rögzítés nem szüntette meg a lyukak szükségességét az áramköri lapokon. Egyes PCB-tervek továbbra is használnak átmeneteket, hogy lehetővé tegyék a különböző rétegeken lévő komponensek közötti összekapcsolást. Ezek a lyukak azonban nem annyira tolakodóak, mint a korábban az alkatrészek felszereléséhez használt átmenő furatok.

A legösszetettebb elektronikai eszközök többrétegű PCB-ket tartalmazhatnak. Ezek a táblák legalább három vezető anyagból, például rézből és szigetelőrétegekből állnak. A többrétegű táblák általános konfigurációi négy, hat, nyolc vagy tíz rétegből állnak. Az összes réteget össze kell laminálni, hogy ne maradjon levegő a rétegek között. Ezt a folyamatot általában magas hőmérsékleten és nyomáson végzik.

A többrétegű PCB-k előnyei közé tartozik az alkatrészek és áramkörök nagyobb sűrűsége kisebb helyen. Számítógépekhez, fájlszerverekhez, GPS-technológiához, egészségügyi eszközökhöz, valamint műholdas és űrrepülési rendszerekhez használják. A többrétegű tábláknak azonban vannak hátrányai is. Bonyolultabbak, tervezésük és gyártásuk nehezebb, mint az egy- és kétoldalas táblák, ami drágábbá teszi őket. Akkor is nehéz lehet javítani, ha valami elromlik a tábla belső rétegeiben.