▷ Co je to deska plošných spojů nebo deska s plošnými spoji. použití, jak se vyrábí

Už jste někdy slyšeli termín PCB nebo Integrated Circuit Board ? Pokud nevíte, co to je, vysvětlíme vám to v tomto článku. Když čtete tento článek, jste obklopeni PCB; máte několik na svém PC, monitoru, myši a také na svém mobilu. Každý elektronický prvek je vytvořen pomocí PCB nebo alespoň jeho „vnitřních orgánů“.

Index obsahu

Použití desek plošných spojů bylo obrovským krokem ve vývoji elektronických zařízení, protože poskytovalo inovativní způsob spojování prvků bez použití elektrických kabelů. Dnešní svět by bez vynálezu PCB nebyl stejný, takže se podívejme, co jsou a jak se vyrábějí

Co je PCB

PCB je zkratka pro Printed Circuit Board, ale akronym používáme v angličtině (Printed Circuit Board) tak, abychom ji nezaměňovali například s PCI sloty našeho PC.

PCB je v podstatě fyzická podpora, kde jsou mezi sebou instalovány a vzájemně propojeny elektronické a elektrické komponenty. Mohou to být čipy, kondenzátory, diody, rezistory, konektory atd. Pokud se podíváte do počítače uvnitř, uvidíte, že existuje několik plochých desek se spoustou lepených součástí, je to základní deska a je vyrobena z DPS a součástí, které jsme zmínili

Ke spojení každého prvku na desce plošných spojů používáme řadu extrémně tenkých měděných vodivých drah, které vytvářejí kolejnici, vodič, jako by to byl kabel. V nejjednodušších obvodech máme vodivé stopy pouze na jedné nebo obou stranách desky plošných spojů, ale v úplnějších máme elektrické dráhy a dokonce i komponenty naskládané do více vrstev.

Hlavní oporou pro tyto dráhy a komponenty je kombinace sklolaminátu vyztuženého keramickými materiály, pryskyřicemi, plasty a dalšími nevodivými prvky. Ačkoli komponenty jako celuloid a vodivé stopy laku se v současné době používají k výrobě flexibilních PCB.

První deska s integrovanými obvody byla postavena v roce 1936 ručně technikem Paulem Eislerem pro použití rádiem. Odtud byly procesy automatizovány pro velkovýrobu, nejprve s rádiem a poté se všemi druhy komponentů.

Co je uvnitř PCB?

Tištěné obvody jsou tvořeny řadou vodivých vrstev, alespoň těch nejsložitějších. Každá z těchto vodivých vrstev je oddělena izolačním materiálem nazývaným substrát. Otvory nazývané průchodky se používají k propojení vícevrstvých stop, které mohou procházet zcela PCB nebo pouze do určité hloubky.

Substrát může mít různé složení, ale vždy z nevodivých materiálů, takže každá z elektrických drah nese svůj vlastní signál a napětí. Nejpoužívanější v současné době se nazývá Pértinax, což je v podstatě papír potažený pryskyřicí, který se velmi snadno manipuluje a lze jej strojně zpracovat. Ve vysoce výkonných zařízeních se však používá směs nazývaná FR-4, což je materiál odolný vůči ohni odolným pryskyřičným vláknům.

Elektronické komponenty budou téměř vždy jít do vnější oblasti desek plošných spojů a instalovány na obou stranách, aby plně využily jejich rozšíření. Před vytvořením elektrických drah jsou různé vrstvy desky plošných spojů tvořeny pouze substrátem a některými velmi tenkými vrstvami mědi nebo jiného vodivého materiálu a budou vytvořeny prostřednictvím podobného zařízení jako tiskárna a spravedlivým procesem dlouhý a složitý.

Proces vytváření PCB

Již víme, z čeho jsou desky integrovaných obvodů vyrobeny, ale bylo by velmi zajímavé vědět, jak jsou vyrobeny. A co víc, můžeme si sami vytvořit základní integrovaný obvod zakoupením jedné z těchto desek, ale samozřejmě se tento proces bude zcela lišit od toho, co se skutečně používá.

Návrh DPS pomocí softwaru

Všechno to začíná návrhem desky plošných spojů, sledováním elektrických drah nezbytných pro připojení komponent, a také vyjmenováním, kolik vrstev bude zapotřebí, aby bylo možné vygenerovat všechna spojení, která budou pro komponenty nezbytná.

Tento proces se provádí pomocí počítačového softwaru CAM, jako je TinyCAD nebo DesignSpark PCB, široce používaného v inženýrských profesích. Nejen, že jsou navrženy elektrické dráhy, ale také jsou vytvářeny různé štítky, které obsahují seznam nainstalovaných součástí a identifikují každý konektor.

Všechny nezbytné kroky v procesu vývoje budou zdokumentovány, aby výrobce přesně věděl, co dělat, když je projekt dodán vám.

Sítotisk a fotografické rozvržení

Jakmile je navržen, nyní předáme projekt přímo výrobci a bude to místo, kde začíná fyzické vytváření PCB. Následující postup se nazývá fotografické trasování, při kterém laserový stroj typu tiskárny (fotoplotter) sleduje graf s připojovacími maskami elektronických prvků.

K tomu se používá tenká vrstva vodivého kovu o velikosti asi 7 tisícin palce. Tyto masky budou později sloužit k určení, kde jsou elektronické komponenty slepeny. Ve vyspělejších procesech se tento proces provádí přímo na desce plošných spojů s tiskárnou, která pomocí tohoto kovu gravuje spojovací masky.

Vnitřní tisk

Další věcí, která se provádí, je tisk různých vnitřních elektrických stop na PCB se speciální směsí. To zahrnuje „malování“ negativních elektrických stop na archu, aby se vytvořil vodivý vzor s fotocitlivým nebo suchým filmovým materiálem. Tento film, který byl vytvořen, je vystaven laseru nebo ultrafialovému světlu, aby se odstranil přebytečný materiál, a tak se vytvořil negativní výsledek konečného obvodu.

Tento proces se provádí, pokud má DPS vnitřní vrstvy s vodivými stopami. Dále se tento proces bude opakovat na vnějších vrstvách desky plošných spojů, aby se vytvořily finální měděné dráhy a podle návrhu obvodu.

Inspekce a ověření (AOI)

Jakmile budou vytvořeny různé vrstvy vodivých drah, stroj zkontroluje, zda jsou všechny správné a fungují dobře. To se provádí automaticky porovnáním původního návrhu s fyzickým potiskem, aby se hledaly krátké nebo rozbité stopy.

Rezová vrstva a laminace

Každý z listů potištěných vodivými stopami je podroben ošetření oxidem pro zlepšení schopností a trvanlivosti měděných stop každé vrstvy.

Díky tomuto postupu bude zabráněno delaminaci různých vodivých vrstev a stop na zvláště citlivých PCB nebo s velkým počtem součástí, jako jsou součásti počítačů.

Další věcí, kterou musíte udělat, je sestavení finální desky plošných spojů, přičemž každá z těchto obvodových vrstev bude spojena pomocí laminátových desek s epoxidovou pryskyřicí, Pértinaxem nebo jakoukoli jinou použitou metodou. To vše bude dokonale lepeno pomocí hydraulického lisu a takto získáme integrovanou desku s obvody.

Vrtání otvorů

Při všech příležitostech musíme vyvrtat řadu děr do DPS vrtáním, abychom mohli spojit různé měděné vrstvy a stopy. Budeme také potřebovat kompletní perforace, abychom mohli držet elektronické prvky nebo různé konektory nebo rozšiřující sloty.

Proces vrtání musí být extrémně přesný, aby byla zachována celistvost desky plošných spojů, takže se karbid wolframu používá pro nejtvrdší materiál, který existuje.

Kovové díry

Aby tyto otvory navázaly komunikaci s různými vnitřními dráhami, bude pro zajištění nezbytné vodivosti nezbytný proces pokovování tenkou měděnou vrstvou. Tyto dýhy budou mezi 40 a 60 miliontinami palce.

DPS je nyní připravena sledovat měděné stopy na vnějších stranách.

Venkovní pásový film a galvanické pokovování

Nyní vytvoříme vnější vodivé stopy, a proto budeme postupovat stejným způsobem jako při vytváření vnitřních stop. Nejprve vytvoříme suchý film jako negativ konečného okruhu. Poté se pomocí laseru vytvoří místa, kde se bude měď ukládat, aby se vytvořily vodivé stopy.

A potom se PCB podrobí procesu galvanického pokovování, který spočívá v lepení mědi v oblastech bez suché fólie a vytvoření elektrických stop PCB. PCB je umístěna v měděné lázni a bude elektrolyticky spojena s vodivými vzory, aby vytvořila stopy malé 0, 001 palce.

Poté se na měď přidá další vrstva cínu, která chrání tento chemický útok, když jdeme na proces SES nebo „ strip-etch-strip “

Strip etch strip

Toto je předposlední krok, přebytečná měď bude odstraněna z DPS, přebytek bude ten, který jsme neplátli v cínu. Tímto způsobem zůstane pouze měď chráněná cínem.

Následně musíme také odstranit cín chemickým zpracováním, abychom konečně nechali jen měděné stopy, které budou konečně ty, které spojí komponenty a transportují elektřinu.

Nyní další proces AOI ověří, že je vše v pořádku, aby se konečně zaznamenala maska ​​a legenda.

Pájecí maska ​​a legenda

Nakonec bude na desku s elektronickými obvody nanesena pájecí maska, takže později je možné komponenty na stopy správně pájet a přesně tam, kam mají jít.

Poté se také vytiskne složená legenda, informace, které chtěl návrhář poskytnout na desce plošných spojů, jako je název konektorů, kód prvku atd. Kromě toho bude konečná konstrukce desky plošných spojů provedena také s barvami, které jí výrobce chce dát, jak vidíme na herních deskách atd.

Svařování součástí a závěrečné zkoušky

PCB je připravena a pouze komponenty budou přidány pomocí vysoce přesných ramen robota a odpovídajících slotů. Tímto způsobem je deska připravena k elektrickému testování a zkontrolujte, zda funguje správně.

Přidáme také připojovací masky, abychom tyto prvky správně svařili.

Závěr a závěrečná slova

To je vše o tom, co je PCB a jak jsou vyráběny. Jak vidíte, proces je poměrně složitý a vyžaduje mnoho kroků, musíme mít na paměti, že přesnost musí být maximální, aby později fungovala podle očekávání.

PCB se stávají složitějšími, s tenšími a hustšími dráhami, aby mohli pojmout velké množství komponentů ve velmi malém prostoru.

Doporučujeme také navštívit našeho průvodce po nejlepších základních deskách na trhu

A tyto kurzy najdete také zajímavě:

Pokud máte nějaké dotazy nebo chcete provést opravu, napište nám do komentářů. Doufáme, že informace jsou zajímavé.