Које су функције матичне плоче?

Штампана плоча или ПЦБ се налази у скоро свакој врсти електронског уређаја. Ове пластичне плоче и њихове уграђене компоненте пружају основну технологију за све, од рачунара и мобилних телефона до паметних сатова. Везе кола на ПЦБ-у омогућавају да се електрична струја ефикасно усмерава између минијатуризованих компоненти на плочи, замењујући веће уређаје и гломазна ожичења.

У зависности од апликације за коју је дизајнирана, ПЦ плоча може да обавља различите задатке у вези са рачунарством, комуникацијама и преносом података. Поред задатака које обавља, можда је најважнија функција штампане плоче обезбеђивање начина да се интегрише електроника за уређај у компактном простору. ПЦБ омогућава да се компоненте правилно повежу на извор напајања док су безбедно изоловане. Такође, плоче су јефтиније од других опција јер се могу дизајнирати помоћу алата за дигитално пројектовање и произвести у великом обиму коришћењем фабричке аутоматизације.

Модерна штампана плоча се обично прави од слојева различитих материјала. Различити слојеви се спајају заједно кроз процес ламинације. Основни материјал у многим плочама је фиберглас, који обезбеђује круто језгро. Следи слој бакарне фолије на једној или обе стране плоче. Хемијски процес се затим користи за дефинисање трагова бакра који постају проводни путеви. Ови трагови заузимају место неуредног омотача жице који се налази у методи конструкције од тачке до тачке која се користила за раније склопове електронике.

А слој маске за лемљење се додаје на плочу за заштиту и изолацију бакарног слоја. Овај пластични слој покрива обе стране плоче и често је зелен. Следи а ситоситослој са словима, бројевима и другим идентификаторима који помажу у састављању плоче. Компоненте штампане плоче могу се причврстити на плочу на различите начине, укључујући лемљење. Неке методе причвршћивања користе мале рупе познате као виас који су избушени кроз штампану плочу. Њихова сврха је да омогуће струји да тече са једне стране плоче на другу.

А струјно коло је петља од проводног материјала по којој струја може да путује. Када је петља затворена, електрична енергија може да тече без прекида из извора напајања као што је батерија кроз проводни материјал, а затим назад до извора напајања. Дизајн кола се заснива на чињеници да електрична енергија тежи да тече са вишег напона снаге, који је мера електричног потенцијала, до нижег напона.

Свако коло се састоји од најмање четири основна елемента. Први елемент је ан извор енергије за наизменичну или једносмерну струју. Други елемент је проводни материјал као што је жица по којој енергија може да се креће. Овај проводни пут је познат као трацк или траг. Трећи елемент је оптерећење, који се састоји од најмање једне компоненте која троши део снаге за обављање задатка или операције. Четврти и последњи елемент је најмање један контролор или прекидач да контролише ток моћи.

Када убаците оптерећење у затворену путању кола, оптерећење може да користи ток електричне струје да изврши радњу која захтева напајање. На пример, компонента светлеће диоде (ЛЕД) може бити направљена да светли када струја тече кроз коло где је уметнута. Оптерећење треба да троши енергију јер преоптерећење струје може оштетити прикључене компоненте.

Најважније компоненте на штампаној плочи укључују:

• Батерија: Обезбеђује напајање за коло, обично преко уређаја са два терминала који обезбеђује разлику напона између две тачке у колу
• кондензатор: Компонента слична батерији која може брзо задржати или ослободити електрични набој
• Диоде: Контролише струју на плочи тако што је приморава да тече у једном правцу
• Калем: Чува енергију из електричне струје као магнетну енергију
• ИЦ (интегрисанаСтрујно коло): Чип који може да садржи многа кола и компоненте у минијатуризованом облику и који обично обавља одређену функцију
• ЛЕД (СветлостЕмитовањеДиоде): Мало светло које се користи на штампаној плочи за пружање визуелне повратне информације
• Ресистор: Регулише проток електричне струје пружањем отпора
• Прекидач: Или блокира струју или јој дозвољава да тече, у зависности од тога да ли је затворена или отворена
• Транзистор: Тип прекидача који се контролише електричним сигналима

Свака од компоненти на штампаној плочи обавља одређени задатак или скуп задатака који су одређени целокупном функцијом ПЦБ-а. Неке од компоненти као што су транзистори и кондензатори раде директно на електричне струје. Они служе као градивни блокови унутар сложенијих компоненти познатих као интегрисана кола.

Термин ПЦБА (акроним за монтажу штампане плоче) се користи да опише плочу са електричним колом која је у потпуности попуњена компонентама које су причвршћене за плочу и повезане са бакарним траговима. Помиње се и као склоп за додатке. Плоча која има бакарне трагове, али нема инсталиране компоненте, често се назива а гола даска или а штампана плоча.

Дизајн модерних плоча омогућава њихову масовну производњу по нижој цени од старијих плоча обмотаних жицом. Након што је фаза пројектовања плоче постављена уз помоћ специјализованог компјутерског софтвера, производња и монтажа су – за већину – аутоматизовани. ПЦБА се сматра готовим и спремним за употребу након што се заврши тестирање осигурања квалитета.

Ан отворено коло је онај који није затворен због прекинуте жице или лабаве везе. Отворено коло неће функционисати јер не може да спроводи струју. Иако напон може бити доступан у отвореном колу, не постоји начин да тече. У неким случајевима је пожељан отворени круг. На пример, прекидач који се користи за укључивање и искључивање светла отвара и затвара коло које повезује светло са извором напајања.

Друга врста неисправног кола је кратак спој, што може настати када се превише енергије креће кроз коло и оштети проводни материјал или напајање. Кратак спој могу изазвати две тачке у струјном колу које се спајају када не би требало да се спајају, на пример два терминала напајања која су повезана са компонентом без оптерећења између тога да би се одводило нешто од Тренутни. Прекид напајања на овај начин може бити опасан и чак може довести до пожара или експлозије.

Вакумске цеви и електрични релеји обављали су основне функције раних рачунара. Увођење интегрисаних кола довело је до смањења и величине и цене електронских компоненти. Убрзо су развијене плоче које су садржале све ожичење уређаја који је раније заузимао целу просторију. Ове ране плоче су направљене од разних материјала, укључујући масонит, бакелит и картон, а конектори су се састојали од месинганих жица омотаних око стубова.

Почевши од 1940-их, плоче су постале ефикасније и јефтиније за производњу када је бакарна жица заменила месинг. Ране плоче са бакарним жицама коришћене су на војним радијима, а до 1950-их су се користиле и за потрошачке уређаје. Убрзо су једностране плоче које су садржале ожичење само на једној страни еволуирале у двостране и вишеслојне ПЦБ које су тренутно у широкој употреби.

Од 1970-их до 1990-их, дизајн ПЦБ-а је постао сложенији. Истовремено, и физичка величина и цена плоча наставили су да се смањују. Како су плоче постале гушће са причвршћеним компонентама, развијене су апликације за пројектовање помоћу рачунара (ЦАД) које су помогле у њиховом креирању. Данас су доступни различити алати за дизајн дигиталних ПЦБ-а, од бесплатних и јефтиних опција до потпуно функционалних, скупих пакета који помажу у дизајну, производњи и тестирању.

Модерна електроника не би могла постојати без интегрисаног кола, које је уведено касних 1950-их. ИЦ је минијатуризована колекција кола и компоненти као што су транзистори, отпорници и диоде састављених на рачунарском чипу за обављање одређене функције. Један ИЦ чип може да садржи хиљаде или чак милионе компоненти. Најчешћи типови интегрисаних кола укључују логичке капије, тајмере, бројаче и регистре померања.

Поред ИЦ-а ниског нивоа, постоје и сложеније микропроцесорске и микроконтролерске ИЦ-е које имају способност управљања рачунаром или другим уређајем. Друга сложена интегрисана кола укључују дигиталне сензоре као што су акцелерометри и жироскопи који се налазе у мобилним телефонима и другим електронским уређајима. Као и други делови ПЦБ-а, величина интегрисаних кола се стално смањивала током последњих неколико деценија.

Монтажа компоненти на ране једностране штампане плоче које се користе технологија кроз рупе, где је компонента причвршћена на једну страну плоче и причвршћена кроз рупу за проводне трагове жице на другој страни помоћу лемљења. У време када је представљена, технологија кроз рупе је била напредак у односу на конструкцију од тачке до тачке, али рупе бушење у ПЦБ-у за монтажу довело је до неколико проблема у дизајну, посебно након увођења вишеслојних плоче. Пошто су рупе морале да прођу кроз све слојеве, велики проценат расположивих некретнина на табли је елиминисан.

Технологија површинске монтаже (СМТ) је решио многе проблеме изазване пролазним рупама. Широко се користио 1990-их, иако је уведен неколико деценија раније. Компоненте су промењене тако да имају причвршћене мале јастучиће који се могу директно залемити на плочу уместо преко жичаног кабла. СМТ је омогућио произвођачима ПЦБ-а да густо пакују велики број компоненти на обе стране ПЦБ-а. Ова врста монтаже је такође лакша за производњу са аутоматизацијом.

СМТ монтажа није елиминисала потребу за рупама у штампаним плочама. Неки дизајни ПЦБ-а још увек користе прелазе да би омогућили међусобне везе између компоненти на различитим слојевима. Међутим, ове рупе нису толико наметљиве као пролазне рупе које су раније коришћене за монтажу компоненти.

Најсложенији електронски уређаји могу укључивати вишеслојне ПЦБ-е. Ове плоче се састоје од најмање три слоја проводног материјала као што је бакар који се смењују са слојевима изолације. Уобичајене конфигурације за вишеслојне плоче укључују четири, шест, осам или 10 слојева. Сви слојеви морају бити ламинирани заједно како би се осигурало да нема заробљеног ваздуха између слојева. Овај процес се обично изводи под високим притиском и температуром.

Предности вишеслојних ПЦБ-а укључују већу густину компоненти и кола у мањем простору. Користе се за рачунаре, сервере датотека, ГПС технологију, здравствене уређаје и сателитске и ваздушне системе. Међутим, вишеслојне плоче имају и неке недостатке. Оне су сложеније и теже за дизајн и производњу од једностраних и двостраних плоча, што их чини скупљима. Такође их је тешко поправити када нешто пође по злу унутар унутрашњих слојева плоче.