Kokios yra grandinės plokštės funkcijos?

Spausdintinė plokštė arba PCB randama beveik visų tipų elektroniniuose įrenginiuose. Šios plastikinės plokštės ir jų įterptieji komponentai suteikia pagrindines technologijas viskam – nuo ​​kompiuterių ir mobiliųjų telefonų iki išmaniųjų laikrodžių. PCB grandinės jungtys leidžia efektyviai nukreipti elektros srovę tarp miniatiūrinių plokštės komponentų, pakeičiant didesnius įrenginius ir didelių gabaritų laidus.

Priklausomai nuo programos, kuriai ji skirta, kompiuterio plokštė gali atlikti įvairias užduotis, susijusias su skaičiavimu, ryšiais ir duomenų perdavimu. Be užduočių, kurias ji atlieka, bene svarbiausia plokštės funkcija yra galimybė integruoti įrenginio elektroniką kompaktiškoje erdvėje. PCB leidžia tinkamai prijungti komponentus prie maitinimo šaltinio, tuo pačiu metu juos saugiai izoliuojant. Be to, plokštės yra pigesnės nei kitos galimybės, nes jas galima suprojektuoti naudojant skaitmeninio projektavimo įrankius ir pagaminti dideliu kiekiu gamyklos automatizavimo.

Šiuolaikinė plokštė paprastai gaminama iš skirtingų medžiagų sluoksnių. Įvairūs sluoksniai yra sulydomi laminavimo proceso metu. Daugelio plokščių pagrindinė medžiaga yra stiklo pluoštas, kuris suteikia tvirtą šerdį. Kitas yra vario folijos sluoksnis vienoje arba abiejose lentos pusėse. Tada cheminis procesas naudojamas vario pėdsakams, kurie tampa laidžiais takais, apibrėžti. Šie pėdsakai pakeičia netvarkingą vielos apvyniojimą, kuris buvo aptiktas taškas į tašką statybos metodu, naudotu ankstesniuose elektronikos mazguose.

A litavimo kaukės sluoksnis pridedama prie plokštės, kad apsaugotų ir izoliuotų vario sluoksnį. Šis plastikinis sluoksnis dengia abi lentos puses ir dažnai būna žalias. Po jo seka a šilkografijos sluoksnis su raidėmis, skaičiais ir kitais identifikatoriais, kurie padeda surinkti lentą. Grandinės plokštės komponentai gali būti pritvirtinti prie plokštės įvairiais būdais, įskaitant litavimą. Kai kuriuose tvirtinimo metoduose naudojamos mažos skylės, žinomos kaip vias kurios yra išgręžtos per grandinę. Jų paskirtis – leisti elektrai tekėti iš vienos lentos pusės į kitą.

A grandinė yra laidžios medžiagos kilpa, kuria gali keliauti elektra. Kai kilpa uždaryta, elektra gali nepertraukiamai tekėti iš maitinimo šaltinio, pvz., akumuliatoriaus, per laidžią medžiagą ir tada atgal į maitinimo šaltinį. Grandinės konstrukcija pagrįsta tuo, kad elektra siekia tekėti iš didesnės galios įtampos, kuri yra elektros potencialo matas, į žemesnę įtampą.

Kiekviena grandinė sudaryta iš mažiausiai keturių pagrindinių elementų. Pirmasis elementas yra an energijos šaltinis kintamajai arba nuolatinei maitinimui. Antrasis elementas yra laidžioji medžiaga, tokia kaip viela, kuria energija gali judėti. Šis laidus kelias žinomas kaip takelis arba pėdsaką. Trečiasis elementas yra apkrova, kurį sudaro bent vienas komponentas, kuris išeikvoja dalį galios atlikti užduotį arba operaciją. Ketvirtasis ir paskutinis elementas yra bent vienas valdiklis arba jungiklis valdyti jėgos srautą.

Kai įdedate apkrovą į uždarą grandinės kelią, apkrova gali naudoti elektros srovės srautą veiksmui, kuriam reikia energijos, atlikti. Pavyzdžiui, šviesos diodo (LED) komponentas gali užsidegti, kai elektros energija teka per grandinę, kurioje jis įdėtas. Apkrova turi vartoti energiją, nes galios perkrova gali sugadinti pritvirtintus komponentus.

Svarbiausi grandinės plokštės komponentai yra šie:

• Baterija: tiekia maitinimą grandinei, paprastai per dviejų gnybtų įrenginį, kuris suteikia įtampos skirtumą tarp dviejų grandinės taškų
• Kondensatorius: į akumuliatorių panašus komponentas, galintis greitai išlaikyti arba atleisti elektros krūvį
• Diodas: valdo elektrą plokštėje, priversdamas ją tekėti viena kryptimi
• Induktorius: saugo elektros srovės energiją kaip magnetinę energiją
• IC (integruotasgrandinė): Lustas, kuriame gali būti daug miniatiūrinių grandinių ir komponentų ir kuris paprastai atlieka tam tikrą funkciją
• LED (ŠviesaSpinduliavimasDiodas): maža lemputė, naudojama grandinės plokštėje, kad pateiktų vaizdinį grįžtamąjį ryšį
• Rezistorius: Reguliuoja elektros srovės srautą suteikdama varžą
• Perjungti: Arba blokuoja srovę arba leidžia jai tekėti, priklausomai nuo to, ar ji uždaryta, ar atvira
• Tranzistorius: jungiklio tipas, valdomas elektriniais signalais

Kiekvienas grandinės plokštės komponentas atlieka konkrečią užduotį arba užduočių rinkinį, kurį lemia bendra PCB funkcija. Kai kurie komponentai, tokie kaip tranzistoriai ir kondensatoriai, veikia tiesiogiai nuo elektros srovės. Jie naudojami kaip sudėtingesnių komponentų, žinomų kaip integriniai grandynai, sudedamosios dalys.

Terminas PCBA (spausdintinės plokštės mazgo santrumpa) naudojamas apibūdinti plokštę, kuri yra visiškai užpildyta komponentais, pritvirtintais prie plokštės ir prijungtais prie vario pėdsakų. Jis taip pat vadinamas įskiepiu. Plokštė, kurioje yra vario pėdsakų, bet neįdiegti komponentai, dažnai vadinama a plika lenta arba a spausdintinės plokštės.

Šiuolaikinių grandinių plokščių konstrukcija leidžia jas masiškai gaminti pigiau nei senesnes viela apvyniotas plokštes. Specializuota kompiuterine programine įranga suplanavus plokštės projektavimo etapą, gamyba ir surinkimas dažniausiai yra automatizuoti. PCBA laikomas baigtu ir paruoštu naudoti, kai bus atlikti kokybės užtikrinimo bandymai.

An atvira grandinė yra tas, kuris nėra uždarytas dėl nutrūkusio laido arba laisvos jungties. Atvira grandinė neveiks, nes ji negali praleisti elektros. Nors įtampa gali būti atviroje grandinėje, ji negali tekėti. Kai kuriais atvejais pageidaujama atviros grandinės. Pavyzdžiui, jungiklis, naudojamas šviesai įjungti ir išjungti, atidaro ir uždaro grandinę, jungiančią šviesą su maitinimo šaltiniu.

Kitas sugedusios grandinės tipas yra trumpas sujungimas, kuris gali atsirasti, kai grandinėje juda per daug galios ir pažeidžiama laidžioji medžiaga arba maitinimo šaltinis. Trumpąjį jungimą gali sukelti du grandinės taškai, kurie jungiasi, kai jie neturi, pvz., du maitinimo šaltinio gnybtai yra prijungti be apkrovos komponento, kad nutekėtų dalis srovė. Tokiu būdu trumpasis maitinimo šaltinis gali būti pavojingas ir netgi gali sukelti gaisrą ar sprogimą.

Vakuuminiai vamzdžiai ir elektrinės relės atliko pagrindines ankstyvųjų kompiuterių funkcijas. Integrinių grandynų įdiegimas sumažino elektroninių komponentų dydį ir kainą. Netrukus buvo sukurtos plokštės, kuriose buvo visi įrenginio, kuris anksčiau užėmė visą kambarį, laidai. Šios ankstyvosios lentos buvo pagamintos iš įvairių medžiagų, įskaitant masonitą, bakelitą ir kartoną, o jungtis sudarė žalvariniai laidai, apvynioti aplink stulpelius.

Nuo 1940-ųjų, kai žalvarį pakeitė varinė viela, plokštės tapo efektyvesnės ir pigesnės. Ankstyvosios plokštės su variniais laidais buvo naudojamos kariniuose radijo imtuvuose, o šeštajame dešimtmetyje jos buvo naudojamos ir vartotojų prietaisams. Netrukus vienpusės plokštės, kurių laidai buvo tik vienoje pusėje, išsivystė į dvipuses ir daugiasluoksnes PCB, kurios šiuo metu plačiai naudojamos.

Nuo 1970-ųjų iki 1990-ųjų PCB dizainas tapo sudėtingesnis. Tuo pačiu metu lentų fizinis dydis ir kaina toliau mažėjo. Kadangi plokštės tapo tankesnės su pritvirtintais komponentais, buvo sukurtos kompiuterinės projektavimo programos (CAD), kad būtų lengviau jas kurti. Šiandien yra daugybė skaitmeninių PCB projektavimo įrankių, nuo nemokamų ir nebrangių variantų iki visiškai veikiančių, brangių paketų, padedančių projektuojant, gaminant ir testuojant.

Šiuolaikinė elektronika negalėtų egzistuoti be integrinio grandyno, kuris buvo pristatytas šeštojo dešimtmečio pabaigoje. IC yra miniatiūrinis grandinių ir komponentų, tokių kaip tranzistoriai, rezistoriai ir diodai, rinkinys, surinktas ant kompiuterio lusto tam tikrai funkcijai atlikti. Viename IC luste gali būti tūkstančiai ar net milijonai komponentų. Labiausiai paplitę integrinių grandynų tipai yra loginiai vartai, laikmačiai, skaitikliai ir poslinkių registrai.

Be žemo lygio IC, yra ir sudėtingesnių mikroprocesorių ir mikrovaldiklių IC, galinčių valdyti kompiuterį ar kitą įrenginį. Kitos sudėtingos integrinės grandinės apima skaitmeninius jutiklius, tokius kaip akselerometrai ir giroskopai, kurie yra mobiliuosiuose telefonuose ir kituose elektroniniuose įrenginiuose. Kaip ir kitų PCB dalių, integrinių grandynų dydis per pastaruosius kelis dešimtmečius nuolat mažėjo.

Komponentų montavimas ant ankstyvų vienpusių PCB naudojamų per skylę technologija, kur komponentas buvo pritvirtintas prie vienos plokštės pusės ir per angą pritvirtintas prie laidžios vielos pėdsakų kitoje pusėje, naudojant litavimą. Tuo metu, kai ji buvo pristatyta, kiaurymių technologija buvo pažanga, palyginti su tašku į tašką, tačiau skylėmis Išgręžus PCB montavimui, iškilo keletas projektavimo problemų, ypač įdiegus daugiasluoksnį lentos. Kadangi skylės turėjo praeiti per visus sluoksnius, didelė dalis turimo nekilnojamojo turto lentoje buvo pašalinta.

Paviršiaus montavimo technologija (SMT) išsprendė daugelį problemų, kurias sukėlė kiaurymės. Jis buvo plačiai naudojamas praėjusio amžiaus dešimtajame dešimtmetyje, nors buvo pristatytas keliais dešimtmečiais anksčiau. Sudedamosios dalys buvo pakeistos, kad būtų pritvirtintos mažos pagalvėlės, kurias būtų galima lituoti tiesiai prie plokštės, o ne per laidą. SMT leido PCB gamintojams tankiai supakuoti daugybę komponentų abiejose PCB pusėse. Tokio tipo tvirtinimą taip pat lengviau gaminti naudojant automatizavimą.

SMT montavimas nepanaikino skylių poreikio plokštėse. Kai kuriose PCB konstrukcijose vis dar naudojami perėjimai, kad būtų galima sujungti skirtingų sluoksnių komponentus. Tačiau šios skylės nėra tokios įkyrios, kaip anksčiau komponentams montuoti naudotos kiaurymės.

Sudėtingiausi elektroniniai įrenginiai gali apimti daugiasluoksnes PCB. Šias plokštes sudaro mažiausiai trys laidžios medžiagos, tokios kaip varis, sluoksniai, pakaitomis su izoliacijos sluoksniais. Įprastos daugiasluoksnių plokščių konfigūracijos apima keturis, šešis, aštuonis arba 10 sluoksnių. Visi sluoksniai turi būti laminuoti kartu, kad tarp sluoksnių nepaliktų oro. Šis procesas paprastai atliekamas esant aukštai temperatūrai ir slėgiui.

Daugiasluoksnių PCB pranašumai apima didesnį komponentų ir grandinių tankį mažesnėje erdvėje. Jie naudojami kompiuteriams, failų serveriams, GPS technologijai, sveikatos priežiūros įrenginiams, palydovinėms ir kosmoso sistemoms. Tačiau daugiasluoksnės plokštės turi ir tam tikrų trūkumų. Jie yra sudėtingesni ir sunkiau projektuojami bei gaminami nei vienpusės ir dvipusės plokštės, todėl jos brangesnės. Juos taip pat gali būti sunku pataisyti, kai kažkas negerai vidiniuose lentos sluoksniuose.