Přemýšleli jste někdy o tom, co dělá váš chytrý telefon chytřejším a notebook bleskově rychlým? To jsou různé typy desek plošných spojů, které spolupracují a poskytují vám konečný produkt. V dnešním moderním technologickém světě jsou desky plošných spojů neoslavovanými hrdiny!
Desky plošných spojů se dodávají v různých barvách, tvarech a velikostech, ale typy desek plošných spojů se také liší vrstvami, designem a účelem. Ať už jste technický nadšenec, začínající inženýr nebo prostě jen někdo, kdo se zajímá o fungování svého zařízení, držte se opasků, protože vám odhalíme poznatky o deskách plošných spojů. Tato příručka odhalí různé typy desek plošných spojů, jejich použití a jak fungují. Tak pojďme na to.
1. Jednovrstvá PCB
Jednovrstvá deska plošných spojů je nejzákladnějším typem návrhu desek plošných spojů. Jak název napovídá, jednovrstvá deska je vyrobena pouze s jednou vrstvou, která má 2 strany: jedna strana je vodič a druhá je určena pro umístění součástek.
Jednovrstvé desky plošných spojů se dodávají z různých typů materiálů, jako je pryskyřičná měď, skleněná vlákna a další.
Jednovrstvá konstrukce desek plošných spojů má obrovské výhody, jako například:
-
1. Snadná instalace, která šetří náklady na montáž desek plošných spojů.
-
2. Jednoduchý design, jehož vytvoření zabere firmě méně času.
-
3. Efektivní a snadno testovatelné.
-
4. Nízký šum, který by mohl rušit funkčnost desky.
-
5. Snadné a rychlé pájení vzorků a rychlé a levné při hromadné výrobě.
Jednovrstvé desky plošných spojů (PCB) jsou velmi vhodné pro různé typy testování, protože se snadno navrhují, sestavují a zajišťují, aby komponenty fungovaly tak, jak mají. Jednovrstvé desky se často používají při prototypování a testování desek plošných spojů, i když je běžné, že se takové desky vyrábějí i hromadně, pokud je jejich design dostatečně jednoduchý, aby vyhovoval potřebám aplikace.
Kromě účelů prototypování a testování lze jednu desku použít v aplikacích, jako jsou:
-
1. Dohledové a osobní kamery
-
2. LED osvětlení
-
3. Spotřební zboží, jako jsou kávovary, rádia, tiskárny atd. …
-
4. Průmyslové stroje, jako jsou prodejní automaty, multimediální systémy a další…
Pokud potřebujete rychlé řešení pro levnou, rychlou a snadnou výrobu desek plošných spojů (PCB), může být pro vás tím správným řešením jednovrstvá deska plošných spojů.
2. Dvouvrstvá deska plošných spojů
Dvouvrstvé desky plošných spojů (někdy nazývané oboustranné nebo dvouvrstvé desky plošných spojů) jsou považovány za oblíbené typy desek plošných spojů, pokud jde o hromadnou výrobu návrhů desek plošných spojů. Dvouvrstvé desky plošných spojů se skládají ze dvou stran, horní a spodní, které jsou sendvičově obloženy mědí, izolačními materiály a dalšími různými typy materiálů pro plošné spoje.
Dvouvrstvé desky plošných spojů (PCB) jsou velmi oblíbenou volbou mezi hardwarovými nadšenci díky své nízké ceně, snadnému návrhu a rychlosti výroby. Dvojitá vrstva se skládá z konektorů zvaných „propojky“, malých otvorů, které spojují a přemosťují obvody z jedné vrstvy do druhé. Jednostranné desky plošných spojů lze sestavit pouze na jedné straně a nevyžadují propojky ani složitá schémata zapojení. Propojky umožňují inženýrům efektivně přemostit jednu stranu desky na druhou, a v konečném důsledku tak propojit více součástek do jednoho obvodu v daném návrhu.
Dvojité vrstvy se často používají v aplikacích, jako jsou:
-
1. Průmyslové aplikace a regulátory.
-
2. Zařízení a spotřební materiál pro monitorování spotřeby energie.
-
3. Měniče výkonu AC-DC nebo DC-DC.
-
4. Relé a můstky pro otevírání a zavírání obvodů.
-
5. Systémy nepřerušitelného napájení (UPS)
-
6. Další typy aplikací desek plošných spojů …
Pokud jste zkušený hardwarový inženýr/návrhář, dvouvrstvá deska plošných spojů by ve většině případů měla stačit. Dvojitá vrstva je často považována za nejlepší volbu při návrhu zcela nového projektu s deskou plošných spojů.
3. Vícevrstvá deska plošných spojů
Vícevrstvá deska plošných spojů (PCB) označuje jakoukoli jinou desku plošných spojů, která má více než 2 vrstvy. Některé složité návrhy vyžadují mnoho zapojené průchodky a přenosy informací, což vede k návrhu vícevrstvé desky plošných spojů. Vícevrstvá deska plošných spojů může mít 4 až 16 vrstev na jedné desce plošných spojů.
Na rozdíl od jiných provedení, jako jsou oboustranné nebo jednovrstvé desky plošných spojů, které obsahují pouze dvě vodivé vrstvy zabudované mezi měděnými deskami, má vícevrstvá deska plošných spojů (deska plošných spojů s více než 2 vrstvami) nejméně tři vrstvy vodivého materiálu vložené do středu materiálu plošného spoje.
Jedna věc, kterou je třeba zvážit, je, že čím vyšší je počet vrstev a hustota v různých typech desek plošných spojů, tím složitější bude návrh a často bude vyžadovat více zdrojů a času při návrhu, výrobě a testování desek plošných spojů.
Nyní, když dobře víte, co je vícevrstvá deska plošných spojů, pojďme se podívat na její výhody. Zde jsou některé z výhod vícevrstvých desek plošných spojů.
● Vysoká hustota součástek umožňuje kompaktní zařízení s bohatou nabídkou funkcí.
● Minimalizuje elektromagnetické rušení (EMI).
● Ideální pro vysokorychlostní a vysokofrekvenční aplikace.
● Poskytuje stabilní zemnící reference pro komponenty.
● Přestože je vícevrstvý, pomáhá vytvářet elegantní a lehká zařízení.
Pro výrobu vícevrstvých desek plošných spojů (PCB) používáme laminování střídavých vrstev substrátového materiálu a prepregu s měděnými fóliemi. Poté leptáním odstraňujeme nežádoucí měď, abychom vytvořili požadované vodivé stopy. Počet vrstev mezi vícevrstvými deskami plošných spojů se může značně lišit, od 4 do 20 vrstev nebo i více, v závislosti na složitosti součástek.
Pojďme se podívat na některé klíčové oblasti, kde se běžně používají vícevrstvé desky plošných spojů.
● Najdete je na chytrých telefonech, tabletech, noteboocích a chytrých televizích.
● Jsou páteří počítačových serverů a datových center.
● V síťových zařízeních, routerech a komunikačních zařízeních.
● Lékařské přístroje, jako jsou magnetické rezonance a CT skenery, využívají vícevrstvé desky plošných spojů.
● Hrají také důležitou roli v automatizačních a řídicích systémech používaných v továrnách a průmyslových strojích.
4. Pevné PCB
Pevné desky plošných spojů (PCB) jsou základním typem elektronických desek plošných spojů, které jsou známé svou nepružností a odolností. Díky své robustní struktuře je najdete ve většině předmětů denní potřeby.
Jak jejich název napovídá, jejich tuhost znamená, že je nelze ohnout ani deformovat. Pokud jde o jejich výrobu, používají se různé vrstvy, jako je substrátová vrstva, vrstva sítotisku, vrstva mědi a vrstvy pájecí masky. Ke spojení těchto vrstev používáme teplo a lepidlo.
To, co odlišuje pevné desky plošných spojů, je jejich všestrannost, díky které jsou jednostranné, oboustranné nebo dokonce vícevrstvé. Na rozdíl od jiných desek, které mohou být jednostranné nebo oboustranné, si můžete pevné desky upravit podle svých představ a zároveň se držet svého rozpočtu.
Pojďme se ponořit do toho, jaké výhody to přináší:
● Jsou ideální pro složitá elektronická zařízení, která mohou pojmout mnoho komponent.
● Co se týče ceny, pevné desky plošných spojů jsou ekonomičtější než flexibilní nebo tuho-flexibilní.
● Mají mnoho aplikací od elektroniky až po průmyslové řídicí systémy.
● Díky jejich pevné konstrukci můžete očekávat, že budou fungovat déle bez opotřebení.
Pevné desky plošných spojů (PCB) jsou fantastickou volbou, pokud hledáte cenově dostupné řešení, které lze vyrábět ve velkém množství. Mezi nejběžnější materiály používané při jejich výrobě patří FR-4 (Fire Retardant-4) a další substráty, jako je keramika, kovové jádro a kompozitní materiály, které dodávají zařízení jeho jedinečné vlastnosti.
Pojďme se nyní podívat na jeho průmyslové a každodenní aplikace:
● Nejčastěji se používají v řídicích jednotkách motoru (ECU) a senzorech vozidel.
● Kritické pro radarové systémy a vojenská komunikační zařízení.
● Nachází se v lékařských zobrazovacích zařízeních a diagnostických přístrojích.
● Zaměstnán v systémech distribuce energie a zařízeních pro obnovitelné zdroje energie.
5. Flexibilní desky plošných spojů
Flexibilní deska plošných spojů je vyrobena z přirozeně pružného substrátu, jako je polyamid Kapton. Tyto desky jsou známé svou flexibilitou a všestranností, což umožňuje jejich ohýbání nebo deformaci. Díky své flexibilitě jsou vhodné pro aplikace, kde tradiční pevné desky plošných spojů nejsou praktické.
Mezi klíčové materiály použité při jejich výrobě patří polyamid a PET (polyethylentereftalát) pro flexibilitu. Kromě toho, stejně jako pevné desky plošných spojů, i flexibilní desky plošných spojů používají měděné fólie pro vodivé stopy.
Zde jsou některé z jeho výhod:
● Díky své flexibilitě se vejdou i do menších prostor.
● Méně konektorů a propojovacích vodičů snižuje riziko selhání připojení.
● Je ideální pro aplikace, kde je kritická hmotnost, například pro přenosná zařízení.
● Flexibilní desky plošných spojů jsou méně náchylné k mechanickému namáhání a vibracím.
● Mohou se přizpůsobit specifickým tvarům a konturám, což umožňuje inovativní návrhy produktů.
Nyní se podívejme, kde můžeme najít flexibilní desky plošných spojů:
● Používá se v digitálních fotoaparátech pro jejich kompaktní design.
● Používá se v airbagech a řídicích systémech automobilů.
● Nachází se v nositelných monitorech zdraví a chirurgických nástrojích.
● Používá se v senzorech v automatizaci a robotice.
● Nedílnou součástí vývoje flexibilních a rolovatelných displejů pro obrazovky nové generace.
6. Desky plošných spojů Rigid-Flex
Tuho-flexibilní deska plošných spojů je specializovaná třída desek plošných spojů, která kombinuje vlastnosti flexibilních i pevných desek plošných spojů do jednoho celku. Vyznačuje se pevnými částmi, které se neohýbají, a flexibilními jednotkami, které umožňují skládání a ohýbání. Díky této jedinečné konstrukci jsou mimořádně všestranné pro různé aplikace.
Pokud se ponoříte hlouběji do jejich struktur, zjistíte, že jsou vyrobeny z kombinace materiálů. Například tuhý model často používá tradiční materiály jako FR4. Naproti tomu flexibilní části se skládají z polyamidu, který odolá ohýbání a skládání.
Nejlepší na těchto deskách plošných spojů je, že mohou nahradit několik tradičních desek plošných spojů a konektorů, čímž šetří místo v kompaktních zařízeních. Navíc tyto desky dokáží pojmout součástky s vysokou hustotou, takže jsou vhodné pro složité elektronické systémy.
Stejně jako pevné a flexibilní desky plošných spojů mají i tyto podobné výhody s několika dodatky. Pojďme si to blíže představit.
● Snížení počtu konektorů a složitosti montáže často vede z dlouhodobého hlediska k úsporám nákladů.
● Inženýři mají větší svobodu při tvorbě 3D návrhů, snižují hmotnost a optimalizují rozvržení.
● Jejich flexibilní tvar šetří místo.
● Používají se v průmyslových řídicích systémech pro svou odolnost a prostorovou efektivitu.
Pokud mluvíme o jeho uplatnění v průmyslových odvětvích, najdete ho ve všem od malých zařízení až po větší lékařské přístroje a všechno mezi tím. Zde jsou některé z jeho běžných aplikací.
● Pevné a flexibilní desky plošných spojů (PCB) jsou nezbytné v lékařských zařízeních, jako jsou kardiostimulátory a diagnostická zařízení.
● Používá se v leteckých a kosmických systémech, kde je klíčové snížení hmotnosti, spolehlivost a flexibilita.
● Mohou se nalézt také v airbagech a informačních a zábavních systémech.
7. Deska plošných spojů s vysokou hustotou propojení (HDI)
Propojení s vysokou hustotou, zkráceně HDI, označuje typ desky plošných spojů s vyšší hustotou vodičů. Deska HDI má omezený prostor, což má za následek stísněné prostory a úzké vedení.
Ve srovnání s běžnými konstrukcemi desek plošných spojů (PCB) jsou HDI konstrukce tou správnou volbou, pokud jde o vícevrstvé konstrukce s drahými povrchovými úpravami. HDI konstrukce mohou nabídnout oproti konvenčním konstrukcím řadu výhod, jako je lehčí PCB s menšími rozměry a lepší elektrický výkon.
Inspirace pro návrh desek HDI pochází z polovodičového průmyslu. Polovodiče využívají velmi malou povrchovou plochu a přitom se na ně dokáží umístit velké množství tranzistorů a mikroelektrických součástek.
Desky HDI jsou obzvláště vhodné a optimalizované pro vysokorychlostní přenos elektrických signálů. Tyto desky podporují řadu funkcí, včetně HF (vysokofrekvenčního) přechodu a řízení blokád. Důvodem, proč jsou desky HDI navrženy s lepší hustotou, je jejich miniaturní design s malými elektronickými součástkami umístěnými ve vysoké hustotě po celé desce, a proto tento typ desek nazýváme vysokohustotní propojovací deska plošných spojů.
Mezi aplikace desek HDI patří:
-
1. Osobní počítače (notebooky, PC)
-
2. Mobilní telefony
-
3. Zdravotnické vybavení
-
4. Automobilový průmysl
-
5. Herní konzole
-
6. Nositelná elektronika, chytré hodinky a další…
Technologie použitá při výrobě desek HDI umožňuje zesílení původního designu desek plošných spojů, ale v menších, lehčích a hustších prostorech. Proces umisťování součástek na desku HDI vyžaduje pokročilou technologii PCBA a SMT kvůli vysokým požadavkům na přesnost a omezenému prostoru na povrchu. Ruční oprava takových desek může být pro inženýry obtížným úkolem kvůli hustotě desky HDI.
Deska HDI je skvělou volbou pro návrhy, které vyžadují rychlý přenos elektrických proudů a zároveň umístění součástek do malého prostoru.
8. Vysokofrekvenční deska plošných spojů
Vysokofrekvenční desky plošných spojů (PCB) jsou definovány jako typy desek plošných spojů, které pracují na frekvencích nad 1 GHz. Pro výrobu takových desek lze použít řadu materiálů, například PTFE (polytetrafluorethylen). Tento materiál se často zkráceně nazývá teflon. Většina typů a provedení vysokofrekvenčních desek plošných spojů může dosáhnout frekvence nad 5 GHz. Existují i další typy materiálů, jako například FR4 (epoxid vyztužený skelnými vlákny) a PPO (polyfenylenoxid). Tyto typy materiálů mohou při správném použití dosáhnout až 10 GHz.
Účelem vysokofrekvenčních typů desek plošných spojů, zkráceně HFP, je splnit požadavky na pokročilé návrhy desek plošných spojů. Tyto typy návrhů vyžadují rychlý přenos signálu ve vysokofrekvenčním rozsahu. Tato schopnost umožňuje HFP přenášet signály vysokou rychlostí a velkou rychlostí.
Některé typy vysokofrekvenčních desek plošných spojů se používají v kritických aplikacích, jako například:
-
1. Komunikační systémy, síťové stanice, vysokofrekvenční rádiové vysílače atd. …
-
2. Vojenský průmysl a jeho aplikace včetně zbraní, raket a sledovacích zařízení.
-
3. Radarové systémy a jejich aplikace v leteckém průmyslu a letectví
-
4. Lékařské a zdravotnické aplikace pro diagnostické a monitorovací účely.
Vysokofrekvenční typy desek plošných spojů jsou klíčové pro použití v průmyslových a kritických systémech díky své schopnosti přenášet rychlé vysokofrekvenční signály napříč více obvody. Pro spotřebitelské použití mohou být lepší volbou jiné možnosti, jako například dvouvrstvé nebo vícevrstvé desky plošných spojů.
9. LED PCB
Když se řekne LED, určitě si představíte nějaká světla. Pak máte pravdu! LED desky plošných spojů (PCB) jsou navrženy tak, aby poskytovaly potřebné elektrické připojení, tepelný management a mechanickou oporu pro LED diody.
Obvykle se vyrábějí z materiálů optimalizovaných pro odvod tepla a propustnost světla. Například se používá hliník pro jeho vynikající tepelnou vodivost, měď pro vedení tepla a FR4 pro dobrou elektrickou izolaci.
Tyto desky mají speciálně navržené kontaktní plošky pro pájení nebo montáž LED diod, které zajišťují elektrické spojení. Toto uspořádání desky plošných spojů zohledňuje rozptyl a odraz světla pro maximalizaci světelného výkonu LED diody.
Díky všem těmto pozoruhodným vlastnostem nabízí řadu výhod. Například:
● Jsou vynikající v odvádění tepla pro zachování výkonu a dlouhé životnosti LED diod.
● Optimalizovaný světelný výstup maximalizuje rozložení LED diod.
● Tyto desky nabízejí spolehlivé elektrické připojení, čímž snižují riziko selhání LED diod.
● Jsou také kompaktní, takže je lze flexibilně přizpůsobit i stísněným prostorům.
Pojďme se nyní podívat na některé z jeho aplikací:
● Jsou základem LED osvětlovacích systémů pro domácnosti, kanceláře a pouliční osvětlení.
● Používá se v světlometech vozidel, zadních světlech a osvětlení interiéru.
● Nachází se v televizorech, monitorech a malých obrazovkách v zařízeních, jako jsou chytré telefony.
● Je umístěn v LED deskách plošných spojů napájených světelnými reklamami a billboardy.
Shrnutí
V tomto článku jsme se zabývali různými typy desek plošných spojů a jejich aplikacemi. Ať už máte požadavky na jednovrstvý nebo vícevrstvý návrh, PCBasic je tu, aby vám pomohl.
Díky pochopení potřeb aplikace dokážeme proměnit váš nápad ve skutečnost. S více než 15 lety zkušeností jsme schopni zvládnout jakýkoli typ desek plošných spojů, včetně složitých návrhů HFP a HDI.
