Что означает аббревиатура PCB? Печатные платы в электронике

В современных электронных продуктах практически все устройства, такие как смартфоны, компьютеры, телевизоры и микроволновые печи, используют печатные платы. Так что же означает аббревиатура PCB? Почему она так важна для нормальной работы электронных устройств?

В этой статье будет дано подробное введение в значение PCB, объяснено, что такое PCB, перечислены распространенные типы печатных плат и объяснен принцип работы печатных плат. Независимо от того, являетесь ли вы инженером-электронщиком или начинающим пользователем, понимание того, что такое печатная плата и из каких материалов она сделана, является первым шагом к освоению основ электронных технологий.

Значение PCB: что означает PCB в электронике?

Итак, что означает печатная плата в электронике? Печатная плата — это аббревиатура от Printed Circuit Board. Это плоская плата, обычно изготавливаемая из изоляционных материалов, таких как стекловолокно или композитная эпоксидная смола. На поверхности печатной платы путем травления формируется ряд токопроводящих дорожек. Эти дорожки похожи на провода, соединяющие электронные компоненты.

Эти компоненты включают резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы и интегральные схемы. Они монтируются на печатной плате и соединяются друг с другом посредством этих проводящих дорожек, тем самым достигая функции всей схемы. Без печатной платы эти компоненты не могут быть упорядоченно расположены и соединены между собой, и не могут работать стабильно.

Иногда вы можете встретить другой термин: PWB, что означает Printed Wiring Board (печатная плата). В ранние времена PWB и PCB могли использоваться взаимозаменяемо. Но в настоящее время термин «PCB» широко используется в тектонической промышленности, особенно когда плата не только имеет проводку, но также включает сквозные отверстия, контактные площадки и полную проводящую структуру.

В целом, когда кто-то спрашивает: «Что означает PCB?», стандартный ответ: печатная плата. Это неотъемлемая часть почти всех электронных устройств и базовая платформа для реализации электронных продуктов их функций.

Типы печатных плат

Очень важно понимать различные типы печатных плат, поскольку каждая печатная плата имеет свои собственные отличительные особенности и подходит для различных устройств и сценариев применения. Выбор типа печатной платы обычно зависит от нескольких аспектов: сложности схемы, ограничений по размеру продукта, требований к рассеиванию тепла и того, нужно ли ее сгибать или складывать.

Ниже приведены несколько распространенных типов печатных плат:

1. Односторонняя печатная плата

Односторонняя печатная плата имеет только один проводящий медный слой, и все электронные компоненты установлены на одной стороне. Этот тип платы имеет простую структуру и низкую стоимость производства. Подходит для продуктов с небольшим количеством компонентов и простой конструкцией схемы, таких как недорогие электронные игрушки, пульты дистанционного управления и простые зарядные устройства.

2. Двусторонняя печатная плата

Двусторонняя печатная плата имеет два проводящих слоя, которые соответственно расположены на верхней и нижней сторонах платы. Компоненты могут быть установлены на обеих сторонах, а схемы также могут быть соединены между собой через переходные отверстия. Такая структура поддерживает более сложные схемы и часто используется в таких областях, как бытовая техника, автомобильная электроника и промышленные платы управления.

3. Многослойная печатная плата

Многослойная печатная плата содержит три или более слоев проводящей меди. Наиболее распространенными конфигурациями являются 4-слойные, 6-слойные или 8-слойные печатные платы, но некоторые могут иметь до 32 слоев или более. Эти платы обеспечивают больше места для маршрутизации и идеально подходят для высокопроизводительных электронных систем высокой плотности, таких как серверы, коммуникационное оборудование и медицинская электроника. Многослойные печатные платы также обеспечивают лучшую целостность сигнала и производительность электромагнитной совместимости (ЭМС).

4. Жесткие, гибкие и гибко-жесткие печатные платы

• Жесткая печатная плата: Этот тип платы прочный и не может быть согнут. Он используется в большинстве обычных электронных устройств, таких как материнские платы компьютеров и платы управления телевизорами.

• Гибкая печатная плата: Также известная как гибкая печатная плата, эта плата может быть согнута или сложена. Она идеально подходит для компактных или мобильных приложений, где пространство ограничено или требуется движение, например, носимые устройства и подвижные модули камер.

• Жестко-гибкая печатная плата: Этот тип платы сочетает в себе как жесткие, так и гибкие области. Гибкие части используются для складывания или перемещения секций, в то время как жесткие части используются для монтажа и поддержки компонентов. Гибко-жесткие печатные платы широко используются в аэрокосмических, военных и медицинских устройствах, где требуется высокая надежность и структурная сложность.

Из чего сделаны печатные платы? Основные материалы

У многих новичков в печатных платах часто возникает вопрос: «Из чего сделаны печатные платы?» Фактически, каждая печатная плата (ПП) состоит из нескольких различных слоев материалов. Каждый слой имеет свою определенную функцию, и вместе они определяют производительность, стабильность и технологичность печатной платы.

Давайте подробнее рассмотрим основные материалы, из которых состоит печатная плата, слой за слоем:

1. Субстрат

Подложка — это нижний слой печатной платы, который служит механической опорой платы. Наиболее распространенной подложкой является FR4, материал, состоящий из стекловолокна и эпоксидной смолы. Он обеспечивает хорошую изоляцию и механическую прочность, сохраняя плату твердой и плоской.

Для гибких печатных плат FR4 не используется. Вместо этого применяются полиимид или другие гибкие полимеры. Эти материалы могут гнуться и их нелегко сломать, что делает их подходящими для применений, требующих складывания или прокатки.

2. Медная фольга

Слой медной фольги — это проводящий слой в печатной плате, используемый для создания электрических соединений в схеме. Обычно медная фольга ламинируется на поверхность подложки с помощью нагрева и клея. Дорожки схемы (также называемые «проводами» или «медными линиями») формируются путем травления этого медного слоя.

Количество слоев печатной платы определяется количеством слоев медной фольги. Односторонняя плата имеет только один слой меди, двухсторонняя плата имеет медь с обеих сторон, а многослойная плата включает несколько внутренних и внешних медных слоев для размещения более сложных конструкций маршрутизации и управления питанием.

3. Паяльная маска

Команда Паяльная маска — это защитное покрытие, наносимое на медные дорожки. Обычно оно зеленого цвета (хотя используются и другие цвета, такие как красный, синий и черный). Основные функции паяльной маски:

•  Предотвращает окисление меди;

•  Предотвращать образование припойных мостиков в процессе пайки;

•  Убедитесь, что паяльная паста или припой прилипают только к определенным контактным площадкам.

Зеленый — наиболее распространенный цвет, но в зависимости от продукта или требований заказчика можно выбрать и другие цвета.

4. Шелкография

Шелкография — это верхний слой печатной платы, используемый для печати текста и символов. Обычное содержание шелкографии включает:

•  Метки компонентов (например, R1, C5, U3);

•  Логотипы компании или номера моделей продукции;

•  Индикаторы контрольных точек, маркировка полярности и другие инструкции по сборке.

Хотя слой шелкографии не выполняет никаких электрических функций, он чрезвычайно важен для сборки, отладки и обслуживания.

Итак, из чего сделаны печатные платы? Ответ: изолирующая подложка, проводящие медные слои, паяльная маска и шелкография. Эти четыре слоя работают вместе, чтобы создать стабильную и надежную печатную плату, обеспечивая безопасную и эффективную электрическую поддержку для электронных продуктов.

О PCBasic

Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый  - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.

Как работает печатная плата?

Теперь давайте подробнее рассмотрим, как работает печатная плата. Основа ее работы — медные дорожки — это протравленные пути на поверхности или внутренних слоях печатной платы, которые функционируют как электрические провода. Они переносят ток и соединяют между собой различные электронные компоненты.

Когда питание подается на печатную плату, электрические сигналы начинают течь по этим проводящим путям. Ток проходит через такие компоненты, как резисторы, конденсаторы, диоды и интегральные схемы. Каждый компонент выполняет определенную задачу — например, обработку сигналов, регулирование напряжения или хранение данных. При правильном подключении всех компонентов печатная плата может выполнять свои предназначенные электрические функции.

Возьмем, к примеру, смартфон. Внутри печатная плата соединяет процессор, память, дисплей, камеру, датчики и другие модули. Когда вы касаетесь экрана или открываете приложение, сигналы передаются по всей плате в режиме реального времени, что позволяет всем модулям работать вместе без сбоев.

Каждый слой печатной платы тщательно спроектирован с использованием программного обеспечения CAD (Computer-Aided Design). Во время компоновки инженеры оптимизируют маршрутизацию сигналов, распределение питания и заземление для снижения помех и обеспечения стабильной работы. В многослойных печатных платах специальные слои часто назначаются для питания и заземления, чтобы изолировать высокоскоростные сигналы и улучшить электромагнитную совместимость.

Понимая, как работают печатные платы, мы получаем представление о том, как электронные устройства — от простых схем до сложных вычислительных систем — надежно функционируют. Печатная плата выступает в качестве центральной платформы, которая обеспечивает быструю, точную и организованную электрическую связь между компонентами.

Как изготавливаются печатные платы?

Теперь, когда мы понимаем, что такое печатная плата и как она работает, давайте рассмотрим следующий вопрос: как изготавливаются печатные платы?

Изготовление печатной платы (ПП) включает в себя ряд точных и хорошо контролируемых этапов. Каждый этап гарантирует, что конечная печатная плата соответствует электрическим, механическим и качественным требованиям для надежного использования в электронных устройствах.

Вот пошаговое описание процесса изготовления печатной платы:

1. Проектирование печатной платы

Первым шагом является проектирование схемы печатной платы с использованием специализированного программного обеспечения, такого как Altium Designer, Eagle или KiCAD. Инженеры создают схему, размещают все компоненты и определяют, как они соединены с помощью медных дорожек. Они также назначают количество слоев печатной платы и определяют, где будут проходить переходные отверстия (вертикальные соединения).

2. Перенос схемы цепи

После завершения проектирования рисунок схемы переносится на медную плату. Это делается с использованием УФ-облучения и фоторезистивной пленки. Фотошаблон используется для экспонирования только тех областей, где должна оставаться медь. Остальное защищается от света, чтобы обеспечить выборочное травление на следующем этапе.

3. Офорт

На этом этапе открытая медь удаляется с помощью процесса химического травления. На поверхности печатной платы остаются только нужные медные следы. Эти следы действуют как проводящие пути для электричества.

4. Сверление и нанесение покрытия

Затем сверлятся отверстия с помощью сверлильных станков с ЧПУ. Эти отверстия используются для монтажа сквозных компонентов и создания переходных отверстий, соединяющих несколько слоев печатной платы. После сверления внутренние стенки отверстий покрываются гальваническим слоем меди для установления электрической связи между слоями.

5. Нанесение паяльной маски и шелкографии

На медные дорожки наносится паяльная маска, защищающая их от окисления и предотвращающая образование припойных мостиков во время сборки. Это слой, который придает печатной плате ее типичный зеленый (или красный, синий, черный) цвет. После этого наносится слой шелкографии, на котором отображаются метки компонентов, номера деталей, логотипы и другие полезные идентификаторы.

6. Электрические испытания

Перед окончательной доставкой печатная плата проходит электрическое тестирование. Оно включает в себя тестирование непрерывности (для обеспечения правильности соединений) и тестирование изоляции (для обеспечения отсутствия непреднамеренных коротких замыканий). Автоматизированные машины выполняют эти тесты, чтобы гарантировать, что каждая печатная плата функционирует так, как задумано.

Итак, как изготавливаются печатные платы? С помощью строго контролируемого и систематического процесса — начиная с проектирования, переноса рисунка, травления, сверления и маскирования, до окончательного тестирования. Каждый шаг играет важную роль в производстве высококачественных, надежных печатных плат, которые соответствуют строгим стандартам производительности в производстве электроники.

PCB и PCBA: в чем разница?

В производстве электроники очень важно понимать разницу между PCB и PCBA. Хотя эти два термина тесно связаны, они относятся к разным этапам в процессе производства печатной платы.

• Печатная плата (PCB): это голая плата. На ней нет установленных электронных компонентов. Она включает только медные дорожки, переходные отверстия, контактные площадки и слоистую структуру, которая формирует электрические соединения и механическую базу.

• PCBA (монтаж печатной платы): печатная плата, полностью собранная со всеми необходимыми электронными компонентами. Сюда входят интегральные схемы (ИС), резисторы, конденсаторы, диоды и другие активные или пассивные части. Сборка выполняется посредством пайки, либо с использованием технологии поверхностного монтажа (SMT), либо технологии сквозного монтажа (THT), либо с использованием обеих технологий.

Проще говоря, печатная плата — это своего рода скелет или фундамент электронного продукта, в то время как печатная плата — это полная, функциональная печатная плата, готовая к использованию в устройстве.

Понимание разницы между PCB и PCBA важно при заказе плат, разработке прототипов или переходе к массовому производству. Непонимание терминов может привести к задержкам, неверным расценкам или несовместимым деталям.

Сравнительная таблица: PCB и PCBA

Вывод

Печатная плата является основой современных электронных устройств, обеспечивая соединение и поддержку различных компонентов. В этой статье объясняется значение печатной платы, различные типы печатных плат, их материалы, как они работают, как они изготавливаются и ключевое различие между печатной платой и печатной платой. Понимание этих основ поможет вам лучше понять, как проектируются и производятся электронные продукты.