Типы печатных плат: какие существуют типы печатных плат и их применение

Вы когда-нибудь задумывались, что делает ваш смартфон умнее, а ноутбуки молниеносно быстрыми? Это разные типы печатных плат, которые работают вместе, чтобы дать вам конечный продукт. В современном мире технологий печатные платы — невоспетые герои! 

Печатные платы бывают разных цветов, форм и размеров, но типы печатных плат также различаются по слоям, конструкции и назначению. Независимо от того, являетесь ли вы энтузиастом технологий, начинающим инженером или просто тем, кому интересно узнать о внутренней работе вашего гаджета, держитесь за ремни, поскольку мы собираемся раскрыть тайны печатной платы. Это руководство раскроет различные типы печатных плат, их применение и принципы их работы. Итак, начнем.

1. Однослойная печатная плата

Однослойная печатная плата — это самый базовый тип конструкции печатной платы. Как следует из названия, однослойная плата сделана только с одним слоем, который включает в себя 2 стороны: одна сторона является проводником, а другая — для размещения деталей.

Однослойная печатная плата изготавливается из различных типов материалов, таких как смоляная медь, стекловолокно и другие.

Однослойная конструкция печатной платы имеет огромные преимущества, такие как:

• 1. Простая установка, которая экономит затраты на сборку печатной платы.
• 2. Простой дизайн, создание которого отнимет у компании меньше времени.
• 3. Эффективность и простота тестирования.
• 4. Низкий уровень шума, который может помешать работе платы.
• 5. Простая и быстрая пайка образцов, а также быстрая и дешевая массовая пайка.

Однослойная печатная плата очень подходит для различных типов тестирования печатных плат, поскольку ее легко проектировать, собирать и обеспечивать работу компонентов так, как им положено. Однослойная плата часто используется при прототипировании и тестировании типов печатных плат, хотя такие платы обычно также производятся массово, если конструкция достаточно проста, чтобы соответствовать потребностям приложения.

За исключением целей создания прототипов и тестирования, одну плату можно использовать в таких приложениях, как:

• 1. Камеры наблюдения и персональные камеры
• 2. Светодиодное освещение
• 3. Потребительские товары, такие как кофемашины, радиоприборы, принтеры и т. д.
• 4. Промышленное оборудование, такое как торговые автоматы, мультимедийные системы и многое другое…

Если вам нужно быстрое решение для недорогого, быстрого и простого изготовления печатных плат, то однослойная печатная плата может стать правильным решением для ваших нужд.

2. Двухслойная печатная плата

Двухслойные печатные платы (иногда называемые двухсторонними или двухслойными печатными платами) считаются популярными типами печатных плат, когда речь идет о массовом производстве конструкций печатных плат. Двухслойная печатная плата состоит из двух сторон, верхней и нижней, которые представляют собой сэндвич из меди, изоляционных материалов и других различных типов материалов печатных плат.

Двухслойные печатные платы очень популярны среди энтузиастов оборудования из-за их низкой стоимости, простоты проектирования и скорости производства. Двойной слой состоит из соединителей, называемых «сквозными отверстиями», небольших отверстий, которые соединяют и перекрывают цепи с одного слоя на другой. Односторонние печатные платы могут быть собраны только с одной стороны и не требуют сквозных отверстий или сложных схем разводки. Сквозные отверстия позволяют инженерам эффективно соединять одну сторону платы с другой, в конечном итоге соединяя несколько компонентов как одну цепь в определенной конструкции.

Двойные слои часто используются в таких областях, как:

• 1. Промышленные приложения и контроллеры.
• 2. Оборудование и расходные материалы для контроля электропитания.
• 3. Преобразователи питания AC-DC или DC-DC.
• 4. Реле и мосты для размыкания и замыкания цепей.
• 5. Системы бесперебойного питания (ИБП)
• 6. Другие типы применений печатных плат…

Если вы опытный инженер/дизайнер оборудования, двухслойная печатная плата должна выполнять работу в большинстве случаев. Двухслойная печатная плата часто считается лучшим выбором при разработке совершенно нового проекта печатной платы.

3. Многослойная печатная плата

Многослойная печатная плата относится к любой другой печатной плате, которая превышает пороговое значение 2 слоев. Некоторые сложные конструкции требуют много заглушенные переходные отверстия и передачи информации, что приведет к многослойной конструкции печатной платы. Многослойная печатная плата может иметь от 4 до 16 слоев на одной печатной плате.

В отличие от других конструкций, таких как двухсторонние или однослойные печатные платы, которые содержат только два проводящих слоя, встроенных между медными платами, многослойная печатная плата (печатная плата с более чем 2 слоями) имеет не менее трех слоев проводящего материала, размещенных в центре материала печатной платы.

Следует учитывать, что чем больше количество слоев и плотность в различных типах печатных плат, тем сложнее будет конструкция и тем больше ресурсов и времени потребуется на проектирование, производство и тестирование печатной платы.

Теперь, когда вы хорошо знаете, что такое многослойная печатная плата. Давайте перейдем к ее преимуществам. Вот некоторые из преимуществ многослойных печатных плат. 

● Высокая плотность компонентов позволяет создавать компактные, но многофункциональные устройства. 
● Минимизирует электромагнитные помехи (ЭМП).
● Идеально подходит для высокоскоростных и высокочастотных приложений. 
● Обеспечивает стабильное заземление для компонентов.
● Несмотря на многослойность, он помогает создавать изящные и легкие устройства. 

Для изготовления многослойной печатной платы мы используем ламинирование чередующихся слоев материала подложки и препрега с медной фольгой. Затем мы вытравливаем ненужную медь, чтобы создать желаемые дорожки схемы. Количество слоев между многослойными печатными платами может варьироваться в широких пределах от 4 до 20 и более слоев, в зависимости от сложности устройств. 

Давайте рассмотрим некоторые ключевые области, где широко используются многослойные печатные платы. 

● Их можно найти на смартфонах, планшетах, ноутбуках и смарт-телевизорах.
● Они являются основой компьютерных серверов и центров обработки данных.
● В сетевом оборудовании, маршрутизаторах и устройствах связи.
● В медицинском оборудовании, таком как аппараты МРТ и компьютерные томографы, используются многослойные печатные платы.
● Они также играют важную роль в системах автоматизации и управления, используемых на заводах и в промышленном оборудовании. 

4. Жесткие печатные платы

Жесткие печатные платы (ЖПП) — это фундаментальный тип электронных плат, известный своей негибкостью и долговечностью. Их можно найти в большинстве предметов повседневного использования из-за их прочной структуры. 

Как следует из их названия, их жесткость, их нельзя согнуть или деформировать. Если говорить об их изготовлении, то используются различные слои, такие как слой подложки, слой шелкографии, слой меди и слои паяльной маски. Чтобы связать эти слои вместе, мы используем тепло и клей. 

Жесткие печатные платы отличаются своей универсальностью, что делает их односторонними, двухсторонними или даже многослойными. В отличие от других плат, которые могут быть односторонними или двухсторонними, вы можете изменять жесткие платы по своему вкусу, оставаясь в рамках своего бюджета. 

Давайте рассмотрим, какие преимущества это дает:

● Они идеально подходят для сложных электронных устройств, в которых может быть размещено множество компонентов.
● Что касается стоимости, жесткие печатные платы более экономичны, чем гибкие или жестко-гибкие.
● Они имеют множество областей применения: от электроники до промышленных систем управления.
● Благодаря жесткой конструкции они прослужат дольше без износа. 

Жесткие печатные платы — это фантастический выбор, если вы ищете доступное решение, которое можно производить в больших количествах. Наиболее распространенные материалы, используемые при его производстве, включают FR-4 (Fire Retardant-4) и другие подложки, такие как керамика, металлический сердечник и композитные материалы, чтобы придать устройству его уникальные свойства. 

Давайте теперь перейдем к его промышленному и повседневному применению:

● Чаще всего они используются в блоках управления двигателем (ЭБУ) и датчиках транспортных средств.
● Критически важен для радиолокационных систем и военного оборудования связи. 
● Встречается в медицинском диагностическом оборудовании и диагностических приборах.
● Применяется в системах распределения электроэнергии и оборудовании для возобновляемых источников энергии. 

5. Гибкие печатные платы

Гибкая печатная плата изготавливается из естественно гибкой подложки, такой как полиамид Kapton. Эти платы известны своей гибкостью и универсальностью, что делает их сгибаемыми или деформируемыми. Их гибкость делает их подходящими для приложений, где традиционные жесткие печатные платы не будут практичными. 

Ключевые материалы, используемые при их формировании, включают полиамид и ПЭТ (полиэтилентерефталат) для гибкости. Кроме того, как и жесткие печатные платы, гибкие печатные платы используют медную фольгу для токопроводящих дорожек. 

Вот некоторые из его преимуществ:

● Их гибкость позволяет размещать их в небольших помещениях.
● Меньшее количество соединителей и межсоединений снижает риск сбоя соединения. 
● Идеально подходит для применений, где вес имеет решающее значение, например, для портативных устройств. 
● Гибкие печатные платы менее подвержены механическим нагрузкам и вибрациям.
● Они могут адаптировать определенные формы и контуры, позволяя создавать инновационные продукты. 

Теперь давайте посмотрим, где можно найти гибкие печатные платы:

● Используется в цифровых фотоаппаратах из-за их компактной конструкции.
● Используется в подушках безопасности и автомобильных системах управления.
● Его можно найти в носимых устройствах для мониторинга состояния здоровья и хирургических инструментах.
● Используется в датчиках в автоматике и робототехнике.
● Неотъемлемая часть разработки гибких и сворачиваемых дисплеев для экранов следующего поколения. 

6. Жесткие гибкие печатные платы

Жестко-гибкая печатная плата — это специализированный класс печатных плат, которые сочетают в себе особенности как гибких, так и жестких печатных плат в одном блоке. Они имеют жесткие секции, которые не гнутся, и гибкие блоки, которые допускают складывание и изгибание. Эта уникальная конструкция делает их исключительно универсальными для различных применений.

Если углубиться в их структуру, то вы обнаружите, что они изготовлены с использованием комбинации материалов. Например, жесткая часть часто использует традиционные материалы, такие как FR4. Напротив, гибкие секции состоят из полиамида, который выдерживает изгиб и складывание. 

Самое лучшее в этих печатных платах то, что они могут заменить несколько традиционных печатных плат и разъемов, экономя место в компактных устройствах. Более того, эти платы могут вмещать компоненты высокой плотности, что делает их подходящими для сложных электронных систем. 

Как и жесткие и гибкие печатные платы, они также имеют схожие преимущества с некоторыми дополнениями. Давайте рассмотрим это более широко.

● Уменьшение количества разъемов и сложности сборки часто приводит к экономии средств в долгосрочной перспективе. 
● Инженеры получают больше свободы проектирования, поскольку они создают 3D-проекты, уменьшают вес и оптимизируют компоновку. 
● Их гибкая форма экономит место. 
● Они используются в промышленных системах управления благодаря своей устойчивости и эффективности использования пространства. 

Если говорить о его применении в промышленности, вы можете найти его во всем, от небольших гаджетов до более крупного медицинского оборудования и всего, что между ними. Вот некоторые из его распространенных применений. 

● Гибко-жесткие печатные платы необходимы в медицинских приборах, таких как кардиостимуляторы и диагностическое оборудование. 
● Используется в аэрокосмических системах, где решающее значение имеют снижение веса, надежность и гибкость. 

● Их также можно найти в подушках безопасности и информационно-развлекательных системах. 

7. Плата межсоединений высокой плотности (HDI)

Высокоплотные межсоединения, короче говоря, HDI означает тип печатной платы, которая поставляется с более высокой плотностью проводов. Плата HDI имеет ограниченное количество пространства, что приводит к тесным пространствам и линиям.

По сравнению с обычными конструкциями печатных плат, конструкции HDI являются оптимальным вариантом, когда речь идет о многослойных конструкциях с дорогостоящей отделкой. Конструкции HDI могут предложить множество преимуществ по сравнению с обычными конструкциями, например, более легкую печатную плату меньших размеров и лучшие электрические характеристики.

Вдохновение для дизайна платы HDI пришло из полупроводниковой промышленности. Полупроводники используют очень маленькую площадь поверхности, при этом умудряясь упаковывать множество транзисторов и микроэлектрических компонентов.

Платы HDI особенно подходят и оптимизированы для высокоскоростной передачи электрических сигналов. Эти платы поддерживают множество функций, включая переход ВЧ (высокочастотный) и управление блокадой. Причина, по которой платы HDI разработаны с лучшей плотностью, заключается в их миниатюрной конструкции, которая поставляется с крошечными электронными деталями, расположенными с высокой плотностью по всей плате, поэтому мы называем этот тип платы высокоплотной межсоединительной печатной платой.

Области применения HDI-плат включают:

• 1. Персональные компьютеры (ноутбуки, ПК)
• 2. Мобильные телефоны
• 3. Медицинское оборудование
• 4. Автомобильная промышленность
• 5. Игровые приставки
• 6. Носимые устройства, умные часы и многое другое…

Технология, используемая при производстве плат HDI, позволяет усилить исходный дизайн печатной платы, но в меньших, более легких и плотных пространствах. Процесс размещения компонентов на плате HDI требует передовых технологий PCBA и SMT из-за высоких требований к точности и ограниченного пространства на поверхности. Ремонт таких плат вручную может быть сложной задачей для инженеров из-за плотности платы HDI.

Плата HDI — отличный вариант для проектов, требующих быстрой передачи электроэнергии и размещения компонентов в небольшом пространстве.

8. Высокочастотная печатная плата

Высокочастотные печатные платы определяются как типы печатных плат, которые работают на частотах выше 1 ГГц. Существует множество материалов, которые могут использоваться для производства таких плат, таких как PTFE (политетрафторэтилен). Этот материал часто называют тефлоном, короче говоря. Большинство типов и конструкций высокочастотных печатных плат могут достигать частоты свыше 5 ГГц. Существуют и другие типы материалов, такие как FR4 (армированная стеклом эпоксидная смола) и PPO (полифениленоксид). Эти типы материалов могут достигать частоты до 10 ГГц при правильном использовании.

Целью высокочастотных типов печатных плат, или сокращенно HFP, является удовлетворение потребностей в передовых конструкциях печатных плат. Эти типы конструкций требуют быстрой передачи сигнала в диапазоне высоких частот. Такая способность позволяет HFP передавать сигналы с высокой частотой и большой скоростью.

Некоторые из типов высокочастотных печатных плат используются в таких критически важных приложениях, как:

• 1. Системы связи, сетевые станции, высокочастотные радиопередатчики и т. д.
• 2. Военная промышленность и ее применение, включая оружие, ракеты и устройства слежения.
• 3. Радиолокационные системы и их применение в космонавтике и авиации
• 4. Медицинские и оздоровительные приложения для диагностики и мониторинга.

Высокочастотные типы печатных плат имеют решающее значение для использования в промышленных и критических системах из-за их способности передавать высокочастотные быстрые сигналы по нескольким цепям. Для потребительского использования другие варианты могут быть лучшим выбором, например двухслойная или многослойная печатная плата.

9. Светодиодные платы

При слове LED вы наверняка думаете о каких-то светильниках. Тогда вы правы! Светодиодные печатные платы спроектированы так, чтобы обеспечить необходимые электрические соединения, управление температурой и механическую поддержку светодиодов. 

Обычно они изготавливаются из материалов, оптимизированных для рассеивания тепла и пропускания света. Например, алюминий используется из-за его превосходной теплопроводности, медь для проведения тепла и FR4 для хорошей электроизоляции. 

Эти платы имеют специально разработанные площадки для пайки или монтажа светодиодов, обеспечивающие электрические соединения. Эта схема печатной платы учитывает рассеивание и отражение света, чтобы максимизировать световой выход светодиода. 

При всех этих замечательных характеристиках он имеет множество преимуществ. Например:

● Они отлично рассеивают тепло, поддерживая производительность и долговечность светодиодов.
● Оптимизированный световой поток обеспечивает максимальное распределение светодиодов.
● Эти платы обеспечивают надежные электрические соединения, снижая риск выхода из строя светодиодов.
● Они также компактны, что позволяет легко устанавливать их в ограниченном пространстве.

Давайте теперь рассмотрим некоторые из его применений:

● Они являются основой светодиодных систем освещения для домов, офисов и уличного освещения.
● Используется в фарах, задних фонарях и внутреннем освещении транспортных средств.
● Встречается в телевизорах, мониторах и небольших дисплеях таких устройств, как смартфоны.
● Он расположен в светодиодных печатных платах, питающих световые вывески и рекламные щиты. 

Резюме

В этой статье мы рассмотрели различные типы печатных плат и их применение. Независимо от того, есть ли у вас требования к однослойному или многослойному проектированию, PCBasic здесь, чтобы помочь.

Понимая потребности приложения, мы можем превратить вашу идею в реальность. Имея более чем 15-летний опыт, мы способны справиться с любым типом печатной платы, включая сложные конструкции HFP и HDI.