Hva er funksjonene til et kretskort?

Et trykt kretskort, eller PCB, finnes i nesten alle typer elektroniske enheter. Disse plastplatene og deres innebygde komponenter gir den grunnleggende teknologien for alt fra datamaskiner og mobiltelefoner til smartklokker. Kretsforbindelsene på et PCB gjør at elektrisk strøm kan rutes effektivt mellom de miniatyriserte komponentene på kortet, og erstatter større enheter og klumpete ledninger.

Avhengig av applikasjonen den er designet for, kan et PC-kort utføre en rekke oppgaver knyttet til databehandling, kommunikasjon og dataoverføring. Bortsett fra oppgavene den utfører, er kanskje den viktigste funksjonen til et kretskort å gi en måte å integrere elektronikken for en enhet i et kompakt rom. Et PCB gjør at komponenter kan kobles riktig til en strømkilde mens de er trygt isolert. Dessuten er kretskort rimeligere enn andre alternativer fordi de kan designes med digitale designverktøy og produseres i høyt volum ved bruk av fabrikkautomatisering.

Et moderne kretskort er vanligvis laget av lag av forskjellige materialer. De ulike lagene smeltes sammen gjennom en lamineringsprosess. Grunnmaterialet i mange plater er glassfiber, som gir en stiv kjerne. Et kobberfolielag på en eller begge sider av brettet kommer deretter. En kjemisk prosess brukes deretter for å definere kobberspor som blir ledende baner. Disse sporene tar plassen til rotete trådinnpakning funnet i punkt-til-punkt-konstruksjonsmetoden som ble brukt for tidligere elektronikksammenstillinger.

EN loddemaskelag legges til kretskortet for å beskytte og isolere kobberlaget. Dette plastlaget dekker begge sider av brettet og er ofte grønt. Den etterfølges av en silketrykklag med bokstaver, tall og andre identifikatorer som hjelper til med tavlemontering. Et kretskorts komponenter kan festes til kortet på en rekke måter, inkludert lodding. Noen festemetoder bruker små hull kjent som vias som er boret gjennom kretskortet. Deres formål er å la elektrisitet flyte fra den ene siden av brettet til den andre.

EN krets er en sløyfe av ledende materiale som elektrisitet kan bevege seg langs. Når sløyfen er lukket, kan elektrisitet strømme uavbrutt fra en strømkilde som et batteri gjennom det ledende materialet og deretter tilbake til strømkilden. Utformingen av kretsen er basert på at elektrisitet søker å strømme fra en høyere effektspenning, som er et mål på elektrisk potensial, til en lavere spenning.

Hver krets består av minst fire grunnleggende elementer. Det første elementet er en energikilde for enten vekselstrøm eller likestrøm. Det andre elementet er et ledende materiale som en ledning som energien kan bevege seg langs. Denne ledende banen er kjent som spor eller spore. Det tredje elementet er laste, som består av minst én komponent som tapper noe av kraften til å utføre en oppgave eller operasjon. Det fjerde og siste elementet er minst ett kontrolleren eller bytte om å kontrollere strømstrømmen.

Når du setter inn en last i den lukkede banen til en krets, kan lasten bruke strømmen av elektrisk strøm til å utføre en handling som krever strøm. For eksempel kan en lysemitterende diode (LED)-komponent fås til å lyse opp når strøm strømmer gjennom kretsen der den er satt inn. Lasten trenger å forbruke energi siden en strømoverbelastning kan skade tilkoblede komponenter.

De viktigste komponentene på et kretskort inkluderer:

• Batteri: Gir strøm til en krets, vanligvis gjennom en enhet med to terminaler som gir en spenningsforskjell mellom to punkter i kretsen
• Kondensator: En batterilignende komponent som raskt kan holde eller frigjøre en elektrisk ladning
• Diode: Styrer elektrisitet på et kretskort ved å tvinge det til å strømme i én retning
• Induktor: Lagrer energi fra en elektrisk strøm som magnetisk energi
• IC (integrertKrets): En brikke som kan inneholde mange kretser og komponenter i miniatyrisert form og som vanligvis utfører en spesifikk funksjon
• LED (LysSender utDiode): Et lite lys som brukes på et kretskort for å gi visuell tilbakemelding
• Motstand: Regulerer strømmen av elektrisk strøm ved å gi motstand
• Bytte om: Enten blokkerer strømmen eller lar den flyte, avhengig av om den er lukket eller åpen
• Transistor: En type bryter styrt av elektriske signaler

Hver av komponentene på et kretskort utfører en spesifikk oppgave eller et sett med oppgaver som bestemmes av den generelle PCB-funksjonen. Noen av komponentene som transistorer og kondensatorer opererer direkte på elektriske strømmer. De fungerer som byggeklosser i mer komplekse komponenter kjent som integrerte kretser.

Begrepet PCBA (et akronym for Printed Circuit Board Assembly) brukes for å beskrive et kretskort som er fullstendig fylt med komponenter festet til kortet og koblet til kobbersporene. Det blir også referert til som en plug-in-enhet. Et brett som har kobberspor, men som ikke har komponenter installert, blir ofte referert til som en bart bord eller a trykt kretskort.

Utformingen av moderne kretskort gjør at de kan masseproduseres til en lavere pris enn eldre wire-innpakket kort. Etter at designfasen av en tavle er lagt ut ved hjelp av spesialisert dataprogramvare, er produksjon og montering – for det meste – automatisert. En PCBA anses å være ferdig og klar til bruk etter at kvalitetssikringstesten er fullført.

An åpen krets er en som ikke er lukket på grunn av en brukket ledning eller løs forbindelse. En åpen krets vil ikke fungere fordi den ikke kan lede strøm. Selv om spenning kan være tilgjengelig i en åpen krets, er det ingen måte for den å flyte. I noen tilfeller er det ønskelig med åpen krets. For eksempel, bryteren som brukes til å slå et lys på og av, åpner og lukker kretsen som kobler lyset til strømkilden.

En annen type defekt krets er kortslutning, som kan oppstå når for mye strøm beveger seg gjennom en krets og skader det ledende materialet eller strømforsyningen. En kortslutning kan være forårsaket av at to punkter i en krets kobles sammen når de ikke skal, som to terminaler på en strømforsyning kobles til uten belastningskomponent mellom da for å tømme noe av strøm. Å kortslutte en strømforsyning på denne måten kan være farlig og kan til og med føre til brann eller eksplosjon.

Vakuumrør og elektriske reléer utførte de grunnleggende funksjonene til tidlige datamaskiner. Innføringen av integrerte kretser førte til en reduksjon i både størrelsen og kostnadene for elektroniske komponenter. Snart ble det utviklet kretskort som inneholdt alle ledningene til en enhet som tidligere okkuperte et helt rom. Disse tidlige platene ble laget av en rekke materialer, inkludert masonitt, bakelitt og papp, og kontaktene besto av messingtråder viklet rundt stolper.

Fra og med 1940-tallet ble kretskort mer effektive og billigere å produsere da kobbertråd erstattet messing. Tidlige tavler med kobberledninger ble brukt på militærradioer, og på 1950-tallet ble de også brukt til forbrukerenheter. Snart utviklet ensidige kort som inneholdt ledninger på bare den ene siden til de dobbeltsidige og flerlags PCB-ene som for tiden er i stor bruk.

Fra 1970- til 1990-tallet ble PCB-design mer komplekst. Samtidig fortsatte både den fysiske størrelsen og kostnadene for brett å krympe. Etter hvert som brett ble tettere med tilknyttede komponenter, ble datastøttede designapplikasjoner (CAD) utviklet for å hjelpe til med å lage dem. I dag er det en rekke verktøy tilgjengelig for digital PCB-design, fra gratis og rimelige alternativer til fullt funksjonelle, dyre pakker som hjelper med design, produksjon og testing.

Moderne elektronikk kunne ikke eksistere uten den integrerte kretsen, som ble introdusert på slutten av 1950-tallet. En IC er en miniatyrisert samling av kretser og komponenter som transistorer, motstander og dioder satt sammen på en databrikke for å utføre en spesifikk funksjon. En enkelt IC-brikke kan inneholde tusenvis eller til og med millioner av komponenter. De vanligste typene av integrerte kretser inkluderer logiske porter, tidtakere, tellere og skiftregistre.

Foruten IC-er på lavt nivå, er det også mer komplekse mikroprosessor- og mikrokontroller-ICer som har muligheten til å kontrollere en datamaskin eller en annen enhet. Andre komplekse integrerte kretser inkluderer digitale sensorer som akselerometre og gyroskoper som finnes i mobiltelefoner og andre elektroniske enheter. I likhet med andre deler av PCB har størrelsen på integrerte kretser blitt jevnt redusert de siste tiårene.

Komponentmontering på tidlige enkeltsidige PCB brukt gjennomhullsteknologi, hvor en komponent ble festet til den ene siden av brettet og festet gjennom et hull til ledende trådspor på den andre siden ved hjelp av lodding. På den tiden den ble introdusert, var gjennomhullsteknologi et fremskritt i forhold til punkt-til-punkt-konstruksjon, men hull boret i PCB for montering førte til flere designproblemer, spesielt etter introduksjonen av flerlags brett. Siden hull måtte passere gjennom alle lag, ble en stor prosentandel av tilgjengelig eiendom på brettet eliminert.

Overflatemonteringsteknologi (SMT) løste mange av problemene forårsaket av gjennomgående hull. Det ble mye brukt på 1990-tallet, selv om det hadde blitt introdusert flere tiår tidligere. Komponenter ble endret til å ha små puter festet som kunne loddes til et kretskort direkte i stedet for gjennom en ledning. SMT tillot PCB-produsenter å pakke et stort antall komponenter tett på begge sider av et PCB. Denne typen montering er også lettere å produsere med automatisering.

SMT-montering eliminerte ikke behovet for hull i kretskort. Noen PCB-design bruker fortsatt vias for å tillate sammenkoblinger mellom komponenter på forskjellige lag. Disse hullene er imidlertid ikke så påtrengende som de gjennomgående hullene som tidligere ble brukt til komponentmontering.

De mest komplekse elektroniske enhetene kan inkludere flerlags PCB. Disse platene består av minst tre lag av et ledende materiale som kobber vekslende med lag med isolasjon. Vanlige konfigurasjoner for flerlagskort inkluderer fire, seks, åtte eller 10 lag. Alle lagene må lamineres sammen for å sikre at ingen luft blir fanget mellom lagene. Denne prosessen utføres vanligvis under høy temperatur og trykk.

Fordelene med flerlags PCB inkluderer en høyere tetthet av komponenter og kretser i en mindre plass. De brukes til datamaskiner, filservere, GPS-teknologi, helsetjenester og satellitt- og romfartssystemer. Imidlertid har flerlagsplater også noen ulemper. De er mer intrikate og vanskeligere å designe og produsere enn enkelt- og dobbeltsidige plater, noe som gjør dem dyrere. De kan også være vanskelige å reparere når noe går galt i de indre lagene av brettet.