რა არის მიკროსქემის დაფის ფუნქციები?

ბეჭდური მიკროსქემის დაფა, ან PCB, გვხვდება თითქმის ყველა ტიპის ელექტრონულ მოწყობილობაში. ეს პლასტმასის დაფები და მათი ჩაშენებული კომპონენტები უზრუნველყოფენ საბაზისო ტექნოლოგიას ყველაფრისთვის, კომპიუტერიდან და მობილური ტელეფონებიდან სმარტ საათებამდე. მიკროსქემის კავშირები PCB-ზე საშუალებას იძლევა ელექტრული დენი ეფექტურად გადაიტანოს დაფაზე მინიატურულ კომპონენტებს შორის, ჩაანაცვლოს უფრო დიდი მოწყობილობები და დიდი გაყვანილობა.

აპლიკაციიდან გამომდინარე, რომელიც შექმნილია, კომპიუტერის დაფამ შეიძლება შეასრულოს სხვადასხვა ამოცანები, რომლებიც დაკავშირებულია გამოთვლებთან, კომუნიკაციებთან და მონაცემთა გადაცემასთან. გარდა დავალებებისა, რომელსაც ის ასრულებს, მიკროსქემის დაფის, ალბათ, ყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქცია არის მოწყობილობის ელექტრონიკის კომპაქტურ სივრცეში ინტეგრაციის გზა. PCB საშუალებას აძლევს კომპონენტებს სწორად დაუკავშირდეს დენის წყაროს უსაფრთხოდ იზოლირებული. ასევე, მიკროსქემის დაფები სხვა ვარიანტებთან შედარებით ნაკლებად ძვირია, რადგან მათი დაპროექტება შესაძლებელია ციფრული დიზაინის ხელსაწყოებით და დამზადდება მაღალი მოცულობით ქარხნული ავტომატიზაციის გამოყენებით.

თანამედროვე მიკროსქემის დაფა, როგორც წესი, მზადდება სხვადასხვა მასალის ფენებისგან. სხვადასხვა ფენები ერთმანეთთან შერწყმულია ლამინირების პროცესის საშუალებით. მრავალი დაფის საბაზისო მასალა არის ბოჭკოვანი მინა, რომელიც უზრუნველყოფს ხისტი ბირთვს. შემდეგ მოდის სპილენძის ფოლგის ფენა დაფის ერთ ან ორივე მხარეს. შემდეგ ქიმიური პროცესი გამოიყენება სპილენძის კვალის დასადგენად, რომლებიც გამტარ ბილიკებად იქცევა. ეს კვალი იკავებს მავთულის ბინძურ შეფუთვას, რომელიც ნაპოვნია წერტილიდან წერტილამდე მშენებლობის მეთოდში, რომელიც გამოიყენება ადრე ელექტრონიკის შეკრებებისთვის.

ა შედუღების ნიღბის ფენა ემატება მიკროსქემის დაფას სპილენძის ფენის დასაცავად და იზოლაციისთვის. ეს პლასტიკური ფენა ფარავს დაფის ორივე მხარეს და ხშირად მწვანეა. მას მოსდევს ა აბრეშუმის ფენა ასოებით, რიცხვებით და სხვა იდენტიფიკატორებით, რომლებიც ხელს უწყობენ დაფის აწყობას. მიკროსქემის დაფის კომპონენტები შეიძლება დამაგრდეს დაფაზე სხვადასხვა გზით, მათ შორის შედუღებით. დამაგრების ზოგიერთი მეთოდი იყენებს პატარა ხვრელებს, რომლებიც ცნობილია როგორც ვიას რომლებიც გაბურღულია მიკროსქემის დაფის მეშვეობით. მათი დანიშნულებაა ელექტროენერგიის გადინება დაფის ერთი მხრიდან მეორეზე.

ა წრე არის გამტარი მასალის მარყუჟი, რომლითაც ელექტროენერგიას შეუძლია გადაადგილება. როდესაც მარყუჟი დახურულია, ელექტროენერგია შეიძლება შეუფერხებლად მიედინება დენის წყაროდან, როგორიცაა ბატარეა გამტარ მასალაში და შემდეგ ისევ დენის წყაროში. მიკროსქემის დიზაინი ემყარება იმ ფაქტს, რომ ელექტროენერგია ცდილობს გადავიდეს უფრო მაღალი სიმძლავრის ძაბვიდან, რომელიც წარმოადგენს ელექტრული პოტენციალის საზომს, ქვედა ძაბვამდე.

თითოეული წრე შედგება მინიმუმ ოთხი ძირითადი ელემენტისგან. პირველი ელემენტია ა ენერგიის წყარო AC ან DC ენერგიისთვის. მეორე ელემენტი არის გამტარი მასალა, როგორიცაა მავთული, რომლის გასწვრივ ენერგია შეიძლება გადაადგილდეს. ეს გამტარ გზა ცნობილია როგორც სიმღერა ან კვალი. მესამე ელემენტი არის დატვირთვა, რომელიც შედგება მინიმუმ ერთი კომპონენტისგან, რომელიც ამოწურავს ენერგიის ნაწილს დავალების ან ოპერაციის შესასრულებლად. მეოთხე და ბოლო ელემენტი არის მინიმუმ ერთი კონტროლერი ან შეცვლა ძალაუფლების დინების გასაკონტროლებლად.

როდესაც ჩასვით დატვირთვა მიკროსქემის დახურულ გზაზე, დატვირთვას შეუძლია გამოიყენოს ელექტრული დენის ნაკადი იმ მოქმედების შესასრულებლად, რომელიც საჭიროებს ენერგიას. მაგალითად, შუქდიოდის (LED) კომპონენტი შეიძლება აანთოს, როდესაც დენი მიედინება წრეში, სადაც ის არის ჩასმული. დატვირთვას სჭირდება ენერგიის მოხმარება, რადგან დენის გადატვირთვამ შეიძლება დააზიანოს მიმაგრებული კომპონენტები.

მიკროსქემის დაფის ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტები მოიცავს:

• ბატარეა: უზრუნველყოფს სქემისთვის ენერგიას, ჩვეულებრივ, ორმაგი ტერმინალური მოწყობილობის მეშვეობით, რომელიც უზრუნველყოფს ძაბვის განსხვავებას წრედში ორ წერტილს შორის
• კონდენსატორი: ბატარეის მსგავსი კომპონენტი, რომელსაც შეუძლია სწრაფად შეინარჩუნოს ან გაათავისუფლოს ელექტრული მუხტი
• დიოდი: აკონტროლებს ელექტროენერგიას მიკროსქემის დაფაზე, აიძულებს მას ერთი მიმართულებით დინებას
• ინდუქტორი: ინახავს ელექტრული დენის ენერგიას მაგნიტურ ენერგიად
• IC (ინტეგრირებულიწრე): ჩიპი, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს ბევრ წრეს და კომპონენტს მინიატურული ფორმით და რომელიც, როგორც წესი, ასრულებს კონკრეტულ ფუნქციას
• LED (Მსუბუქიასხივებენდიოდი): პატარა შუქი, რომელიც გამოიყენება მიკროსქემის დაფაზე ვიზუალური გამოხმაურების უზრუნველსაყოფად
• რეზისტორი: არეგულირებს ელექტრული დენის ნაკადს წინააღმდეგობის გაწევით
• გადართვა: ან ბლოკავს დენს ან აძლევს მას გადინების საშუალებას, იმისდა მიხედვით, დახურულია თუ ღია
• ტრანზისტორი: გადამრთველის ტიპი, რომელსაც აკონტროლებს ელექტრული სიგნალები

მიკროსქემის დაფის თითოეული კომპონენტი ასრულებს კონკრეტულ დავალებას ან ამოცანების ერთობლიობას, რომლებიც განისაზღვრება PCB-ის საერთო ფუნქციით. ზოგიერთი კომპონენტი, როგორიცაა ტრანზისტორი და კონდენსატორები, მუშაობს უშუალოდ ელექტრულ დენებზე. ისინი ემსახურებიან როგორც სამშენებლო ბლოკებს უფრო რთულ კომპონენტებში, რომლებიც ცნობილია როგორც ინტეგრირებული სქემები.

ტერმინი PCBA (აკრონიმი Printed Circuit Board Assembly) გამოიყენება მიკროსქემის დაფის აღსაწერად, რომელიც მთლიანად სავსეა დაფაზე დამაგრებული კომპონენტებით და დაკავშირებული სპილენძის კვალზე. მას ასევე მოიხსენიებენ, როგორც დანამატის ასამბლეას. დაფას, რომელსაც აქვს სპილენძის კვალი, მაგრამ არ აქვს დამონტაჟებული კომპონენტები, ხშირად მოიხსენიება როგორც a შიშველი დაფა ან ა ბეჭდური მიკროსქემის დაფა.

თანამედროვე მიკროსქემის დაფების დიზაინი საშუალებას აძლევს მათ მასობრივ წარმოებას უფრო იაფად, ვიდრე ძველი მავთულით შეფუთული დაფები. მას შემდეგ, რაც დაფის დიზაინის ეტაპი განლაგებულია სპეციალიზებული კომპიუტერული პროგრამული უზრუნველყოფის დახმარებით, წარმოება და აწყობა - უმეტეს შემთხვევაში - ავტომატიზირებულია. PCBA ითვლება დასრულებულად და გამოსაყენებლად მზად არის ხარისხის უზრუნველყოფის ტესტირების დასრულების შემდეგ.

ან გახსნილი წრე არის ის, რომელიც არ არის დახურული გატეხილი მავთულის ან ფხვიერი კავშირის გამო. ღია წრე არ იმუშავებს, რადგან მას არ შეუძლია ელექტროენერგიის გატარება. მიუხედავად იმისა, რომ ძაბვა შეიძლება იყოს ხელმისაწვდომი ღია წრეში, მისი გადინების გზა არ არსებობს. ზოგიერთ შემთხვევაში, სასურველია ღია წრე. მაგალითად, ჩამრთველი, რომელიც გამოიყენება შუქის ჩართვისა და გამორთვისთვის, ხსნის და ხურავს წრეს, რომელიც აკავშირებს შუქს მის დენის წყაროსთან.

სხვა ტიპის გაუმართავი წრე არის მოკლე ჩართვა, რომელიც შეიძლება მოხდეს, როდესაც ძალიან დიდი სიმძლავრე მოძრაობს წრეში და აზიანებს გამტარ მასალას ან ელექტრომომარაგებას. მოკლე ჩართვა შეიძლება გამოწვეული იყოს წრედში ორი წერტილით, რომლებიც აკავშირებენ, როდესაც ისინი არ უნდა იყოს, მაგალითად ელექტრომომარაგების ორი ტერმინალი დაკავშირებულია დატვირთვის გარეშე კომპონენტის გარეშე, რათა გადინდეს ზოგიერთი მიმდინარე. ელექტრომომარაგების ამ გზით გამორთვა შეიძლება საშიში იყოს და შეიძლება გამოიწვიოს ხანძარი ან აფეთქება.

ვაკუუმური მილები და ელექტრული რელეები ასრულებდნენ ადრეული კომპიუტერების ძირითად ფუნქციებს. ინტეგრირებული სქემების დანერგვამ გამოიწვია ელექტრონული კომპონენტების ზომისა და ღირებულების შემცირება. მალევე შეიქმნა მიკროსქემის დაფები, რომლებიც მოიცავდა მოწყობილობის მთელ გაყვანილობას, რომელიც ადრე მთელ ოთახს იკავებდა. ეს ადრეული დაფები მზადდებოდა სხვადასხვა მასალისგან, მათ შორის მასონიტის, ბაკელიტისა და მუყაოსგან, ხოლო კონექტორები შედგებოდა სპილენძის მავთულისგან, რომელიც შემოხვეული იყო ბოძებზე.

1940-იანი წლებიდან მოყოლებული, მიკროსქემის დაფები უფრო ეფექტური და იაფი გახდა, როდესაც სპილენძის მავთულმა შეცვალა სპილენძი. ადრეული დაფები სპილენძის გაყვანილობით გამოიყენებოდა სამხედრო რადიოებში, ხოლო 1950-იანი წლებისთვის ისინი გამოიყენებოდა სამომხმარებლო მოწყობილობებისთვისაც. მალე ცალმხრივი დაფები, რომლებიც შეიცავდა გაყვანილობას მხოლოდ ერთ მხარეს, გადაიქცა ორმხრივ და მრავალშრიან PCB-ებად, რომლებიც ამჟამად ფართოდ გამოიყენება.

1970-იანი წლებიდან 1990-იან წლებამდე PCB დიზაინი უფრო რთული გახდა. ამავდროულად, როგორც ფიზიკური ზომა, ასევე დაფების ღირებულება კვლავ მცირდებოდა. მას შემდეგ, რაც დაფები უფრო მკვრივი გახდა დამაგრებული კომპონენტებით, შემუშავდა კომპიუტერის დამხმარე დიზაინის აპლიკაციები (CAD) მათი შექმნის დასახმარებლად. დღეისათვის არსებობს სხვადასხვა ხელსაწყოები, რომლებიც ხელმისაწვდომია ციფრული PCB დიზაინისთვის, უფასო და დაბალფასიანი ვარიანტებიდან სრულად ფუნქციონალურ, ძვირადღირებულ პაკეტებამდე, რომელიც ეხმარება დიზაინს, წარმოებას და ტესტირებას.

თანამედროვე ელექტრონიკა ვერ იარსებებდა ინტეგრირებული მიკროსქემის გარეშე, რომელიც დაინერგა 1950-იანი წლების ბოლოს. IC არის მიკროსქემებისა და კომპონენტების მინიატურული კოლექცია, როგორიცაა ტრანზისტორები, რეზისტორები და დიოდები, რომლებიც აწყობილია კომპიუტერის ჩიპზე კონკრეტული ფუნქციის შესასრულებლად. ერთი IC ჩიპი შეიძლება შეიცავდეს ათასობით ან თუნდაც მილიონობით კომპონენტს. ინტეგრირებული სქემების ყველაზე გავრცელებულ ტიპებს მიეკუთვნება ლოგიკური კარიბჭე, ტაიმერები, მრიცხველები და ცვლის რეგისტრები.

დაბალი დონის IC-ების გარდა, ასევე არის უფრო რთული მიკროპროცესორული და მიკროკონტროლერი IC-ები, რომლებსაც აქვთ კომპიუტერის ან სხვა მოწყობილობის მართვის შესაძლებლობა. სხვა რთული ინტეგრირებული სქემები მოიცავს ციფრულ სენსორებს, როგორიცაა აქსელერომეტრები და გიროსკოპები, რომლებიც გვხვდება მობილურ ტელეფონებსა და სხვა ელექტრონულ მოწყობილობებში. PCB-ების სხვა ნაწილების მსგავსად, ინტეგრირებული სქემების ზომა სტაბილურად მცირდება ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში.

კომპონენტის დამონტაჟება ადრეულ ცალმხრივ PCB-ებზე ხვრელის ტექნოლოგია, სადაც კომპონენტი მიმაგრებული იყო დაფის ერთ მხარეს და ხვრელით იყო დამაგრებული მეორე მხარეს გამტარ მავთულის კვალზე შედუღების გამოყენებით. მისი დანერგვის დროს, ხვრელის ტექნოლოგია წინსვლა იყო წერტილიდან წერტილამდე მშენებლობასთან შედარებით, მაგრამ ხვრელები სამონტაჟო PCB-ში გაბურღამ გამოიწვია დიზაინის რამდენიმე პრობლემა, განსაკუთრებით მრავალშრიანი ფენის დანერგვის შემდეგ დაფები. მას შემდეგ, რაც ხვრელებს სჭირდებოდათ ყველა ფენის გავლა, დაფაზე არსებული უძრავი ქონების დიდი პროცენტი აღმოიფხვრა.

ზედაპირზე დამაგრების ტექნოლოგია (SMT) გადაჭრა ნახვრეტებით გამოწვეული მრავალი პრობლემა. იგი ფართოდ გამოიყენებოდა 1990-იან წლებში, თუმცა რამდენიმე ათეული წლით ადრე იყო დანერგილი. კომპონენტები შეიცვალა და მიმაგრებული ჰქონდათ პატარა ბალიშები, რომლებიც შეიძლებოდა მიმაგრებულიყო მიკროსქემის დაფაზე პირდაპირ მავთულის ნაცვლად. SMT-მ PCB მწარმოებლებს საშუალება მისცა მჭიდროდ შეფუთულიყო დიდი რაოდენობით კომპონენტები PCB-ის ორივე მხარეს. ამ ტიპის დამონტაჟება ასევე უფრო ადვილია ავტომატიზაციის საშუალებით.

SMT დამონტაჟებამ არ აღმოფხვრა მიკროსქემის დაფებზე ხვრელების საჭიროება. ზოგიერთი PCB დიზაინი კვლავ იყენებს ვიას კომპონენტებს შორის სხვადასხვა ფენებზე ურთიერთკავშირის დასაშვებად. თუმცა, ეს ხვრელები არ არის ისეთი ინტრუზიული, როგორც გამტარი ხვრელები, რომლებიც ადრე გამოყენებული იყო კომპონენტების დასამონტაჟებლად.

ყველაზე რთული ელექტრონული მოწყობილობები შეიძლება შეიცავდეს მრავალშრიანი PCB-ებს. ეს დაფები შედგება გამტარი მასალის მინიმუმ სამი ფენისგან, როგორიცაა სპილენძი, რომელიც მონაცვლეობს საიზოლაციო ფენებთან. მრავალშრიანი დაფების საერთო კონფიგურაციები მოიცავს ოთხ, ექვს, რვა ან 10 ფენას. ყველა ფენა ერთად უნდა იყოს ლამინირებული, რათა ფენებს შორის ჰაერი არ დაიჭიროს. ეს პროცესი ჩვეულებრივ ტარდება მაღალი ტემპერატურისა და წნევის ქვეშ.

მრავალშრიანი PCB-ების უპირატესობებში შედის კომპონენტებისა და სქემების უფრო მაღალი სიმკვრივე უფრო მცირე სივრცეში. ისინი გამოიყენება კომპიუტერებისთვის, ფაილური სერვერებისთვის, GPS ტექნოლოგიისთვის, ჯანდაცვის მოწყობილობებისთვის და სატელიტური და საჰაერო კოსმოსური სისტემებისთვის. თუმცა, მრავალშრიანი დაფები ასევე აქვს გარკვეული უარყოფითი მხარეები. ისინი უფრო რთული და უფრო რთულია დაპროექტება და წარმოება, ვიდრე ცალმხრივი და ორმხრივი დაფები, რაც მათ უფრო ძვირს ხდის. მათი შეკეთება ასევე შეიძლება რთული იყოს, როდესაც დაფის შიდა ფენებში რაღაც არასწორედ ხდება.