Каковы функции печатной платы?

Печатная плата или PCB можно найти почти в каждом типе электронного устройства. Эти пластиковые платы и их встроенные компоненты обеспечивают базовую технологию для всего, от компьютеров и мобильных телефонов до умных часов. Схемы соединений на печатной плате позволяют эффективно направлять электрический ток между миниатюрными компонентами на плате, заменяя более крупные устройства и громоздкую проводку.

В зависимости от приложения, для которого она предназначена, печатная плата может выполнять множество задач, связанных с вычислениями, связью и передачей данных. Помимо задач, которые она выполняет, возможно, самая важная функция печатной платы - это возможность интегрировать электронику для устройства в компактном пространстве. Печатная плата позволяет правильно подключать компоненты к источнику питания, будучи надежно изолированными. Кроме того, печатные платы менее дороги, чем другие варианты, потому что они могут быть разработаны с помощью инструментов цифрового дизайна и изготавливаться в больших объемах с использованием автоматизации производства.

Современные печатные платы обычно изготавливаются из слоев разных материалов. Различные слои сплавлены вместе в процессе ламинирования. Основным материалом многих плит является стекловолокно, которое обеспечивает жесткую сердцевину. Затем следует слой медной фольги на одной или обеих сторонах платы. Затем химический процесс используется для определения медных следов, которые становятся проводящими путями. Эти следы заменяют беспорядочную намотку проводов, характерную для метода строительства «точка-точка», который использовался для более ранних сборок электроники.

А слой паяльной маски добавляется к печатной плате для защиты и изоляции медного слоя. Этот пластиковый слой покрывает обе стороны доски и часто бывает зеленого цвета. За ним следует слой шелкографии с буквами, цифрами и другими идентификаторами, которые помогают при сборке платы. Компоненты печатной платы могут быть прикреплены к плате различными способами, включая пайку. В некоторых методах крепления используются небольшие отверстия, известные как переходные отверстия которые просверлены в печатной плате. Их цель - позволить электричеству течь с одной стороны платы на другую.

А схема представляет собой петлю из проводящего материала, по которой может перемещаться электричество. Когда контур замкнут, электричество может непрерывно течь от источника питания, такого как батарея, через проводящий материал, а затем обратно к источнику питания. Конструкция схемы основана на том факте, что электричество стремится течь от более высокого напряжения, которое является мерой электрического потенциала, к более низкому напряжению.

Каждая схема состоит как минимум из четырех основных элементов. Первый элемент - это Энергетический ресурс для питания переменного или постоянного тока. Второй элемент - это проводящий материал, например, проволока, по которой может двигаться энергия. Этот токопроводящий путь известен как отслеживать или след. Третий элемент - это нагрузка, который состоит как минимум из одного компонента, который потребляет часть энергии для выполнения задачи или операции. Четвертый и последний элемент - по крайней мере, один контролер или выключатель контролировать поток энергии.

Когда вы вставляете нагрузку в замкнутый контур цепи, нагрузка может использовать поток электрического тока для выполнения действия, требующего мощности. Например, компонент светоизлучающего диода (LED) можно заставить загораться, когда энергия течет через цепь, в которую он вставлен. Нагрузке необходимо потреблять энергию, поскольку перегрузка по мощности может повредить подключенные компоненты.

К наиболее важным компонентам печатной платы относятся:

• Аккумулятор: Обеспечивает питание цепи, обычно через устройство с двумя выводами, которое обеспечивает разность напряжений между двумя точками в цепи.
• Конденсатор: Компонент, похожий на батарею, который может быстро удерживать или высвобождать электрический заряд.
• Диод: Управляет электричеством на печатной плате, заставляя его течь в одном направлении.
• Индуктор: Накапливает энергию электрического тока в виде магнитной энергии.
• IC (интегрированныйСхема): Микросхема, которая может содержать множество схем и компонентов в миниатюрной форме и обычно выполняет определенную функцию.
• ВЕЛ (СветлыйИспускающийДиод): Небольшой свет, используемый на печатной плате для визуальной обратной связи.
• Резистор: Регулирует поток электрического тока, обеспечивая сопротивление
• Выключатель: Либо блокирует ток, либо позволяет ему течь, в зависимости от того, закрыт он или открыт.
• Транзистор: Тип переключателя, управляемый электрическими сигналами.

Каждый из компонентов на печатной плате выполняет определенную задачу или набор задач, которые определяются общей функцией печатной платы. Некоторые компоненты, такие как транзисторы и конденсаторы, работают непосредственно от электрического тока. Они служат строительными блоками в более сложных компонентах, известных как интегральные схемы.

Термин PCBA (аббревиатура от Printed Circuit Board Assembly) используется для описания печатной платы, которая полностью заполнена компонентами, прикрепленными к плате и подключенными к медным дорожкам. Его также называют съемной сборкой. Плата с медными дорожками, но без установленных компонентов, часто называется платой. голая доска или печатная плата.

Конструкция современных печатных плат позволяет производить их массово по более низкой цене, чем старые печатные платы с проволочной обмоткой. После того, как на этапе проектирования плата была спроектирована с помощью специализированного компьютерного программного обеспечения, производство и сборка - по большей части - автоматизированы. PCBA считается законченной и готовой к использованию после завершения проверки качества.

An разомкнутая цепь тот, который не замкнут из-за обрыва провода или ненадежного соединения. Обрыв цепи не будет работать, потому что он не может проводить электричество. Хотя напряжение может присутствовать в разомкнутой цепи, оно не может течь. В некоторых случаях желателен разрыв цепи. Например, выключатель, который используется для включения и выключения света, размыкает и замыкает цепь, соединяющую светильник с источником питания.

Другой тип неисправной цепи - это короткое замыкание, что может произойти, когда через цепь проходит слишком большая мощность и повреждается проводящий материал или источник питания. Короткое замыкание может быть вызвано двумя точками в цепи, соединяющимися, когда они не должны этого делать, например, два терминала источника питания, подключенные без компонента нагрузки между ними, чтобы отводить часть Текущий. Такое короткое замыкание в источнике питания может быть опасным и даже привести к возгоранию или взрыву.

Электронные лампы и электрические реле выполняли основные функции ранних компьютеров. Введение интегральных схем привело к уменьшению как размеров, так и стоимости электронных компонентов. Вскоре были разработаны печатные платы, содержащие всю проводку устройства, которое раньше занимало целую комнату. Эти ранние платы были сделаны из различных материалов, включая мазонит, бакелит и картон, а разъемы состояли из латунных проводов, намотанных вокруг столбов.

Начиная с 1940-х годов, печатные платы стали более эффективными и дешевыми в производстве, когда медная проволока заменила латунь. Ранние платы с медной проводкой использовались в военных радиостанциях, а к 1950-м годам они также использовались для потребительских устройств. Вскоре односторонние платы, содержащие проводку только с одной стороны, превратились в двухсторонние и многослойные печатные платы, которые в настоящее время широко используются.

С 1970-х по 1990-е годы конструкция печатных плат стала более сложной. В то же время как физические размеры, так и стоимость плат продолжали сокращаться. По мере того, как платы становились все плотнее с прикрепленными к ним компонентами, для их создания были разработаны приложения для автоматизированного проектирования (САПР). Сегодня для цифрового проектирования печатных плат доступно множество инструментов, от бесплатных и недорогих вариантов до полнофункциональных и дорогих пакетов, которые помогают в проектировании, производстве и тестировании.

Современная электроника не могла существовать без интегральной схемы, представленной в конце 1950-х годов. ИС - это миниатюрный набор схем и компонентов, таких как транзисторы, резисторы и диоды, собранных на компьютерном чипе для выполнения определенной функции. Одна микросхема ИС может содержать тысячи или даже миллионы компонентов. Наиболее распространенные типы интегральных схем включают логические вентили, таймеры, счетчики и регистры сдвига.

Помимо низкоуровневых ИС, существуют также более сложные ИС микропроцессоров и микроконтроллеров, которые могут управлять компьютером или другим устройством. Другие сложные интегральные схемы включают цифровые датчики, такие как акселерометры и гироскопы, которые используются в мобильных телефонах и других электронных устройствах. Как и другие части печатных плат, размер интегральных схем неуклонно уменьшался за последние несколько десятилетий.

Монтаж компонентов на ранних односторонних печатных платах сквозная технология, где компонент прикреплялся к одной стороне платы и крепился через отверстие к токопроводящим дорожкам на другой стороне с помощью пайки. В то время, когда она была представлена, технология сквозных отверстий была усовершенствованием по сравнению с конструкцией точка-точка, но дыры просверливание в печатной плате для монтажа привело к ряду конструктивных проблем, особенно после внедрения многослойных доски. Поскольку дыры должны проходить через все слои, большой процент доступной недвижимости на доске был устранен.

Технология поверхностного монтажа (SMT) решила многие проблемы, вызванные сквозными отверстиями. Он стал широко использоваться в 1990-х годах, хотя был введен несколькими десятилетиями ранее. Компоненты были изменены, и теперь к ним были прикреплены небольшие контактные площадки, которые можно было припаять к печатной плате напрямую, а не через провод. SMT позволил производителям печатных плат плотно упаковать большое количество компонентов с обеих сторон печатной платы. Этот тип крепления также проще изготавливать с помощью автоматизации.

Монтаж SMT не устраняет необходимость в отверстиях в печатных платах. В некоторых конструкциях печатных плат по-прежнему используются переходные отверстия, позволяющие соединять компоненты на разных слоях. Однако эти отверстия не так заметны, как сквозные отверстия, которые ранее использовались для монтажа компонентов.

Самые сложные электронные устройства могут включать многослойные печатные платы. Эти платы состоят как минимум из трех слоев проводящего материала, такого как медь, чередующихся со слоями изоляции. Общие конфигурации для многослойных плат включают четыре, шесть, восемь или 10 слоев. Все слои должны быть ламинированы вместе, чтобы между слоями не оставался воздух. Этот процесс обычно выполняется при высокой температуре и давлении.

Преимущества многослойных печатных плат включают более высокую плотность компонентов и схем в меньшем пространстве. Они используются в компьютерах, файловых серверах, технологиях GPS, устройствах здравоохранения, а также в спутниковых и аэрокосмических системах. Однако у многослойных плит есть и недостатки. Они сложнее и сложнее в разработке и производстве, чем односторонние и двусторонние доски, что делает их более дорогими. Их также может быть трудно отремонтировать, если что-то пойдет не так во внутренних слоях платы.