Jakie są funkcje płytki drukowanej?

Płytka drukowana lub PCB znajduje się w prawie każdym typie urządzenia elektronicznego. Te plastikowe płytki i ich wbudowane komponenty zapewniają podstawową technologię do wszystkiego, od komputerów i telefonów komórkowych po smartwatche. Połączenia obwodów na płytce drukowanej umożliwiają wydajne kierowanie prądu elektrycznego między zminiaturyzowanymi komponentami na płytce, zastępując większe urządzenia i nieporęczne okablowanie.

W zależności od aplikacji, do której jest przeznaczona, płyta PC może wykonywać różnorodne zadania związane z przetwarzaniem, komunikacją i przesyłaniem danych. Oprócz zadań, które wykonuje, być może najważniejszą funkcją płytki drukowanej jest zapewnienie sposobu na zintegrowanie elektroniki urządzenia w kompaktowej przestrzeni. PCB umożliwia prawidłowe podłączenie komponentów do źródła zasilania, a jednocześnie bezpieczną izolację. Ponadto płytki drukowane są tańsze niż inne opcje, ponieważ można je projektować za pomocą cyfrowych narzędzi do projektowania i wytwarzać w dużych ilościach przy użyciu automatyzacji fabryki.

Nowoczesna płytka drukowana jest zwykle wykonana z warstw różnych materiałów. Poszczególne warstwy są łączone ze sobą w procesie laminowania. Materiałem bazowym wielu desek jest włókno szklane, które zapewnia sztywny rdzeń. Następnie pojawia się warstwa folii miedzianej po jednej lub obu stronach płytki. Następnie stosuje się proces chemiczny do określenia śladów miedzi, które stają się ścieżkami przewodzącymi. Te ślady zastępują niechlujne owijanie drutów, które można znaleźć w metodzie konstrukcji punkt-punkt stosowanej we wcześniejszych zespołach elektroniki.

A warstwa maski lutowniczej jest dodawany do płytki drukowanej, aby chronić i izolować warstwę miedzi. Ta plastikowa warstwa pokrywa obie strony deski i często jest zielona. Po nim następuje warstwa sitodruku z literami, cyframi i innymi identyfikatorami, które pomagają w montażu tablicy. Komponenty płytki drukowanej można przymocować do płytki na wiele sposobów, w tym przez lutowanie. Niektóre metody mocowania wykorzystują małe otwory znane jako przelotki które są przewiercone przez płytkę drukowaną. Ich celem jest umożliwienie przepływu prądu z jednej strony deski na drugą.

A okrążenie jest pętlą materiału przewodzącego, po której może przemieszczać się prąd elektryczny. Gdy pętla jest zamknięta, prąd może nieprzerwanie płynąć ze źródła zasilania, takiego jak bateria, przez materiał przewodzący, a następnie z powrotem do źródła zasilania. Konstrukcja obwodu opiera się na fakcie, że energia elektryczna dąży do przepływu z wyższego napięcia zasilającego, które jest miarą potencjału elektrycznego, do niższego napięcia.

Każdy obwód składa się z co najmniej czterech podstawowych elementów. Pierwszym elementem jest an źródło energii do zasilania prądem przemiennym lub stałym. Drugim elementem jest materiał przewodzący, taki jak drut, wzdłuż którego może poruszać się energia. Ta ścieżka przewodząca jest znana jako tor lub namierzać. Trzecim elementem jest Załaduj, który składa się z co najmniej jednego komponentu, który wysysa część mocy do wykonania zadania lub operacji. Czwarty i ostatni element to co najmniej jeden kontroler lub przełącznik kontrolować przepływ mocy.

Po wstawieniu obciążenia do zamkniętej ścieżki obwodu, obciążenie może wykorzystać przepływ prądu elektrycznego do wykonania czynności wymagającej zasilania. Na przykład dioda elektroluminescencyjna (LED) może świecić, gdy energia przepływa przez obwód, w którym jest włożona. Obciążenie musi zużywać energię, ponieważ przeciążenie może spowodować uszkodzenie podłączonych komponentów.

Do najważniejszych elementów na płytce drukowanej należą:

• Bateria: Zapewnia zasilanie obwodu, zwykle przez urządzenie z dwoma zaciskami, które zapewnia różnicę napięcia między dwoma punktami w obwodzie
• Kondensator: Element podobny do baterii, który może szybko zatrzymać lub uwolnić ładunek elektryczny
• Dioda: Kontroluje energię elektryczną na płytce drukowanej, zmuszając ją do przepływu w jednym kierunku
• Induktor: Przechowuje energię z prądu elektrycznego jako energię magnetyczną
• IC (zintegrowanyOkrążenie): Chip, który może zawierać wiele obwodów i komponentów w zminiaturyzowanej formie i który zazwyczaj pełni określoną funkcję
• DOPROWADZIŁO (ŚwiatłoEmisjaDioda): Małe światło używane na płytce drukowanej w celu zapewnienia wizualnej informacji zwrotnej
• Rezystor: Reguluje przepływ prądu elektrycznego poprzez zapewnienie oporu
• Przełącznik: Albo blokuje prąd, albo pozwala mu płynąć, w zależności od tego, czy jest zamknięty, czy otwarty
• Tranzystor: Rodzaj przełącznika sterowanego sygnałami elektrycznymi

Każdy z komponentów na płytce drukowanej wykonuje określone zadanie lub zestaw zadań, które są określone przez ogólną funkcję płytki drukowanej. Niektóre elementy, takie jak tranzystory i kondensatory, działają bezpośrednio na prądy elektryczne. Służą jako elementy składowe w bardziej złożonych komponentach, znanych jako układy scalone.

Termin PCBA (akronim dla zespołu obwodów drukowanych) jest używany do opisania płytki drukowanej, która jest całkowicie wypełniona elementami przymocowanymi do płytki i podłączonymi do ścieżek miedzianych. Jest również określany jako zespół wtyczek. Płyta, która ma ślady miedzi, ale nie ma zainstalowanych komponentów, jest często określana jako goła deska lub płytka drukowana.

Konstrukcja nowoczesnych płytek drukowanych umożliwia ich masową produkcję przy niższych kosztach niż starsze płytki owijane drutem. Po rozplanowaniu fazy projektowania tablicy za pomocą specjalistycznego oprogramowania komputerowego, produkcja i montaż są – w większości – zautomatyzowane. PCBA jest uważana za skończoną i gotową do użycia po zakończeniu testów zapewnienia jakości.

jakiś otwarty obwód to taki, który nie jest zamknięty z powodu zerwanego przewodu lub luźnego połączenia. Otwarty obwód nie zadziała, ponieważ nie może przewodzić prądu. Chociaż napięcie może być dostępne w obwodzie otwartym, nie ma możliwości jego przepływu. W niektórych przypadkach pożądany jest obwód otwarty. Na przykład przełącznik, który służy do włączania i wyłączania światła, otwiera i zamyka obwód łączący światło ze źródłem zasilania.

Innym rodzajem wadliwego obwodu jest zwarcie, co może wystąpić, gdy zbyt duża moc przepływa przez obwód i uszkadza materiał przewodzący lub zasilacz. Zwarcie może być spowodowane przez dwa punkty w obwodzie łączącym się, gdy nie powinny, na przykład dwa zaciski zasilacza podłączonego bez elementu obciążenia między nimi, aby odprowadzić część obecny. Zwarcie zasilania w ten sposób może być niebezpieczne, a nawet spowodować pożar lub wybuch.

Lampy próżniowe i przekaźniki elektryczne spełniały podstawowe funkcje wczesnych komputerów. Wprowadzenie układów scalonych doprowadziło do zmniejszenia zarówno rozmiarów, jak i kosztów komponentów elektronicznych. Wkrótce opracowano płytki drukowane zawierające całe okablowanie urządzenia, które wcześniej zajmowało całe pomieszczenie. Te wczesne deski były wykonane z różnych materiałów, w tym masonitu, bakelitu i tektury, a złącza składały się z mosiężnych drutów owiniętych wokół słupków.

Począwszy od lat czterdziestych, płytki drukowane stały się bardziej wydajne i tańsze w produkcji, gdy drut miedziany zastąpił mosiądz. Wczesne płytki z miedzianym okablowaniem były używane w radiotelefonach wojskowych, a do lat pięćdziesiątych były również używane w urządzeniach konsumenckich. Wkrótce jednostronne płytki, które zawierały okablowanie tylko z jednej strony, przekształciły się w dwustronne i wielowarstwowe płytki drukowane, które są obecnie szeroko stosowane.

Od lat 70. do lat 90. projektowanie PCB stało się bardziej złożone. W tym samym czasie zarówno fizyczny rozmiar, jak i koszt desek nadal się kurczył. W miarę jak płytki stawały się gęstsze wraz z dołączonymi komponentami, opracowano aplikacje do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD), które pomagały w ich tworzeniu. Obecnie dostępnych jest wiele narzędzi do projektowania cyfrowych płytek drukowanych, od bezpłatnych i tanich opcji po w pełni funkcjonalne, drogie pakiety, które pomagają w projektowaniu, produkcji i testowaniu.

Nowoczesna elektronika nie mogłaby istnieć bez układu scalonego, który został wprowadzony pod koniec lat pięćdziesiątych. Układ scalony to zminiaturyzowany zbiór obwodów i komponentów, takich jak tranzystory, rezystory i diody, zmontowanych na chipie komputerowym w celu wykonania określonej funkcji. Pojedynczy układ scalony może zawierać tysiące, a nawet miliony elementów. Najpopularniejszymi typami układów scalonych są bramki logiczne, timery, liczniki i rejestry przesuwne.

Oprócz niskopoziomowych układów scalonych istnieją również bardziej złożone układy mikroprocesorowe i mikrokontrolerowe, które mają możliwość sterowania komputerem lub innym urządzeniem. Inne złożone układy scalone obejmują czujniki cyfrowe, takie jak akcelerometry i żyroskopy, które można znaleźć w telefonach komórkowych i innych urządzeniach elektronicznych. Podobnie jak w przypadku innych części płytek drukowanych, w ciągu ostatnich kilku dekad wielkość układów scalonych stale się zmniejszała.

Montaż komponentów na wczesnych jednostronnych płytkach drukowanych technologia przewlekana, gdzie element został przymocowany z jednej strony płytki i przymocowany przez otwór do ścieżek przewodzących drut z drugiej strony za pomocą lutowania. W momencie jej wprowadzenia technologia przelotowa była postępem w stosunku do konstrukcji punkt-punkt, ale dziury wiercone w PCB do montażu doprowadziły do ​​kilku problemów projektowych, zwłaszcza po wprowadzeniu wielowarstwowości deski. Ponieważ dziury musiały przejść przez wszystkie warstwy, wyeliminowano duży procent dostępnej nieruchomości na planszy.

Technologia montarzu powierzchniowego (SMT) rozwiązał wiele problemów spowodowanych przez otwory przelotowe. Powszechnie stosowano go w latach 90., choć wprowadzono go kilkadziesiąt lat wcześniej. Komponenty zostały zmienione tak, aby miały dołączone małe podkładki, które można było przylutować bezpośrednio do płytki drukowanej zamiast za pomocą przewodu. SMT umożliwiło producentom PCB gęste upakowanie dużej liczby komponentów po obu stronach PCB. Ten rodzaj montażu jest również łatwiejszy w produkcji z automatyką.

Montaż SMT nie wyeliminował konieczności wykonywania otworów w płytkach drukowanych. Niektóre projekty PCB nadal wykorzystują przelotki, aby umożliwić połączenia między komponentami na różnych warstwach. Jednak te otwory nie są tak inwazyjne, jak otwory przelotowe używane wcześniej do montażu komponentów.

Najbardziej złożone urządzenia elektroniczne mogą obejmować wielowarstwowe PCB. Płyty te składają się z co najmniej trzech warstw materiału przewodzącego, takiego jak miedź, naprzemiennie z warstwami izolacji. Typowe konfiguracje płyt wielowarstwowych obejmują cztery, sześć, osiem lub 10 warstw. Wszystkie warstwy muszą być laminowane razem, aby zapewnić, że między warstwami nie zostanie uwięzione powietrze. Ten proces odbywa się zwykle pod wysoką temperaturą i ciśnieniem.

Zaletą wielowarstwowych płytek drukowanych jest większa gęstość komponentów i obwodów na mniejszej przestrzeni. Wykorzystywane są w komputerach, serwerach plików, technologii GPS, urządzeniach opieki zdrowotnej oraz systemach satelitarnych i kosmicznych. Jednak płyty wielowarstwowe mają również pewne wady. Są bardziej skomplikowane i trudniejsze do zaprojektowania i wykonania niż płytki jedno- i dwustronne, przez co są droższe. Mogą być również trudne do naprawy, gdy coś pójdzie nie tak w wewnętrznych warstwach deski.