Vilka är funktionerna för ett kretskort?

Ett kretskort, eller PCB, finns i nästan alla typer av elektroniska enheter. Dessa plasttavlor och deras inbäddade komponenter ger den grundläggande tekniken för allt från datorer och mobiltelefoner till smartklockor. Kretsanslutningarna på ett kretskort gör att elektrisk ström effektivt kan ledas mellan de miniatyriserade komponenterna på kortet, vilket ersätter större enheter och skrymmande ledningar.

Beroende på vilket program det är designat för kan ett PC-kort utföra en mängd olika uppgifter relaterade till datoranvändning, kommunikation och dataöverföring. Bortsett från de uppgifter det utför, är den kanske viktigaste funktionen hos ett kretskort att tillhandahålla ett sätt att integrera elektroniken för en enhet i ett kompakt utrymme. Ett kretskort gör att komponenter kan anslutas korrekt till en strömkälla samtidigt som de är säkert isolerade. Kretskort är också billigare än andra alternativ eftersom de kan designas med digitala designverktyg och tillverkas i hög volym med hjälp av fabriksautomation.

Ett modernt kretskort är vanligtvis tillverkat av lager av olika material. De olika skikten smälts samman genom en lamineringsprocess. Basmaterialet i många skivor är glasfiber, vilket ger en styv kärna. Därefter kommer ett lager av kopparfolie på ena eller båda sidorna av brädan. En kemisk process används sedan för att definiera kopparspår som blir ledande banor. Dessa spår ersätter stökig trådlindning som finns i punkt-till-punkt-konstruktionsmetoden som användes för tidigare elektronikenheter.

A lödmask lager läggs till kretskortet för att skydda och isolera kopparskiktet. Detta plastskikt täcker båda sidor av brädan och är ofta grönt. Den följs av en silkscreen lager med bokstäver, siffror och andra identifierare som hjälper till vid montering av brädet. Ett kretskorts komponenter kan fästas på kortet på en mängd olika sätt, inklusive lödning. Vissa fästmetoder använder sig av små hål som kallas vias som borras genom kretskortet. Deras syfte är att tillåta elektricitet att flöda från ena sidan av brädet till den andra.

A krets är en slinga av ledande material som elektricitet kan färdas längs. När slingan är sluten kan elektricitet flöda oavbrutet från en strömkälla som ett batteri genom det ledande materialet och sedan tillbaka till strömkällan. Kretsens utformning bygger på att elektricitet söker flyta från en högre effektspänning, vilket är ett mått på elektrisk potential, till en lägre spänning.

Varje krets består av minst fyra grundläggande element. Det första elementet är en energikälla för antingen växelström eller likström. Det andra elementet är ett ledande material såsom en tråd som energin kan röra sig längs. Denna ledande väg är känd som Spår eller spår. Det tredje elementet är ladda, som består av minst en komponent som dränerar en del av kraften för att utföra en uppgift eller operation. Det fjärde och sista elementet är minst ett kontroller eller växla att kontrollera kraftflödet.

När du sätter in en last i en krets slutna väg kan lasten använda flödet av elektrisk ström för att utföra en åtgärd som kräver ström. Till exempel kan en lysdiodkomponent (LED) fås att lysa när ström strömmar genom kretsen där den är insatt. Belastningen behöver förbruka energi eftersom en överbelastning av strömmen kan skada anslutna komponenter.

De viktigaste komponenterna på ett kretskort inkluderar:

• Batteri: Ger ström till en krets, vanligtvis genom en enhet med två terminaler som ger en spänningsskillnad mellan två punkter i kretsen
• Kondensator: En batteriliknande komponent som snabbt kan hålla eller släppa en elektrisk laddning
• Diod: Styr elektriciteten på ett kretskort genom att tvinga det att flyta i en riktning
• Induktor: Lagrar energi från en elektrisk ström som magnetisk energi
• IC (integreradKrets): Ett chip som kan innehålla många kretsar och komponenter i miniatyriserad form och som vanligtvis utför en specifik funktion
• LED (LjusEmitterandeDiod): Ett litet ljus som används på ett kretskort för att ge visuell feedback
• Motstånd: Reglerar flödet av elektrisk ström genom att ge motstånd
• Växla: Antingen blockerar strömmen eller låter den flyta, beroende på om den är stängd eller öppen
• Transistor: En typ av omkopplare som styrs av elektriska signaler

Var och en av komponenterna på ett kretskort utför en specifik uppgift eller uppsättning uppgifter som bestäms av den övergripande PCB-funktionen. Vissa av komponenterna som transistorer och kondensatorer arbetar direkt på elektriska strömmar. De fungerar som byggstenar i mer komplexa komponenter som kallas integrerade kretsar.

Termen PCBA (en akronym för Printed Circuit Board Assembly) används för att beskriva ett kretskort som är helt fyllt med komponenter fästa på kortet och kopplade till kopparspåren. Det kallas också en plug-in-enhet. Ett kort som har kopparspår men som inte har komponenter installerade kallas ofta för en bar bräda eller a tryckt kretskort.

Designen av moderna kretskort gör att de kan massproduceras till en lägre kostnad än äldre trådlindade kort. Efter att konstruktionsfasen av en tavla har lagts upp med hjälp av specialiserad datormjukvara, är tillverkning och montering – för det mesta – automatiserad. En PCBA anses vara färdig och klar att användas efter att kvalitetssäkringstestningen är klar.

En öppen krets är en som inte är stängd på grund av en trasig tråd eller lös anslutning. En öppen krets fungerar inte eftersom den inte kan leda elektricitet. Även om spänning kan vara tillgänglig i en öppen krets, finns det inget sätt för den att flöda. I vissa fall önskas en öppen krets. Till exempel, strömbrytaren som används för att tända och släcka en lampa öppnar och stänger kretsen som ansluter ljuset till dess strömkälla.

En annan typ av felaktig krets är kortslutning, vilket kan uppstå när för mycket ström rör sig genom en krets och skadar det ledande materialet eller strömförsörjningen. En kortslutning kan orsakas av att två punkter i en krets ansluter när de inte är tänkta, som två terminaler på ett nätaggregat som är anslutna utan belastningskomponent mellan då för att dränera en del av nuvarande. Att kortsluta en strömkälla på detta sätt kan vara farligt och kan till och med leda till brand eller explosion.

Vakuumrör och elektriska reläer utförde de grundläggande funktionerna hos tidiga datorer. Införandet av integrerade kretsar ledde till en minskning av både storlek och kostnad för elektroniska komponenter. Snart utvecklades kretskort som innehöll alla ledningar till en enhet som tidigare ockuperade ett helt rum. Dessa tidiga brädor tillverkades av en mängd olika material, inklusive masonit, bakelit och kartong, och kontakterna bestod av mässingstrådar lindade runt stolpar.

Med början på 1940-talet blev kretskort effektivare och billigare att tillverka när koppartråd ersatte mässing. Tidiga kort med kopparledningar användes på militära radioapparater, och på 1950-talet användes de även för konsumentenheter. Snart utvecklades enkelsidiga kort som innehöll ledningar på bara en sida till de dubbelsidiga och flerskiktiga PCB: erna som för närvarande är i stor användning.

Från 1970-talet till 1990-talet blev PCB-designen mer komplex. Samtidigt fortsatte både den fysiska storleken och kostnaden för skivor att krympa. När korten blev tätare med bifogade komponenter, utvecklades datorstödda designapplikationer (CAD) för att hjälpa dem att skapa dem. Idag finns det en mängd olika verktyg tillgängliga för digital PCB-design, från gratis och lågkostnadsalternativ till fullt funktionella, dyra paket som hjälper till med design, tillverkning och testning.

Modern elektronik kunde inte existera utan den integrerade kretsen, som introducerades i slutet av 1950-talet. En IC är en miniatyriserad samling av kretsar och komponenter såsom transistorer, motstånd och dioder monterade på ett datorchip för att utföra en specifik funktion. Ett enda IC-chip kan innehålla tusentals eller till och med miljontals komponenter. De vanligaste typerna av integrerade kretsar inkluderar logiska grindar, timers, räknare och skiftregister.

Förutom lågnivå-IC: er finns det också mer komplexa mikroprocessorer och mikrokontroller-IC: er som har förmågan att styra en dator eller annan enhet. Andra komplexa integrerade kretsar inkluderar digitala sensorer som accelerometrar och gyroskop som finns i mobiltelefoner och andra elektroniska enheter. Liksom andra delar av PCB har storleken på integrerade kretsar stadigt minskat under de senaste decennierna.

Komponentmontering på tidiga enkelsidiga PCB används genomgående hålteknik, där en komponent fästes på ena sidan av kortet och fästes genom ett hål till ledande trådspår på den andra sidan med hjälp av lödning. Vid den tidpunkt då det introducerades var genomgående hålteknik ett framsteg jämfört med punkt-till-punkt-konstruktion, men hål borrade i kretskortet för montering ledde till flera konstruktionsproblem, särskilt efter införandet av flerskikt brädor. Eftersom hål behövde passera genom alla lager, eliminerades en stor andel av den tillgängliga fastigheten på brädet.

Ytmonteringsteknik (SMT) löste många av problemen orsakade av genomgående hål. Den blev allmänt använd på 1990-talet, även om den hade introducerats flera decennier tidigare. Komponenter byttes till att ha små kuddar fästa som kunde lödas till ett kretskort direkt istället för genom en trådledning. SMT gjorde det möjligt för PCB-tillverkare att tätt packa ett stort antal komponenter på båda sidor av ett PCB. Denna typ av montering är också lättare att tillverka med automation.

SMT-montering eliminerade inte behovet av hål i kretskort. Vissa PCB-designer använder fortfarande vias för att möjliggöra sammankopplingar mellan komponenter på olika lager. Dessa hål är dock inte lika påträngande som de genomgående hålen som tidigare användes för komponentmontering.

De mest komplexa elektroniska enheterna kan inkludera flerskiktiga PCB. Dessa skivor består av minst tre lager av ett ledande material som koppar omväxlande med lager av isolering. Vanliga konfigurationer för flerskiktskort inkluderar fyra, sex, åtta eller 10 lager. Alla skikten måste lamineras ihop för att säkerställa att ingen luft fastnar mellan skikten. Denna process görs vanligtvis under hög temperatur och högt tryck.

Fördelarna med flerlagers PCB inkluderar en högre täthet av komponenter och kretsar i ett mindre utrymme. De används för datorer, filservrar, GPS-teknik, sjukvårdsutrustning och satellit- och rymdsystem. Men flerskiktskort har också vissa nackdelar. De är mer intrikat och svårare att designa och tillverka än enkel- och dubbelsidiga skivor, vilket gör dem dyrare. De kan också vara svåra att reparera när något går fel inom brädets inre lager.