Что такое печатная плата? Обзор типов, материалов, проектирования и производства

Практически в каждом электронном устройстве есть печатная плата.

Телефоны.
Промышленное оборудование.
Медицинские изделия.
Автомобили.

Если для надежной связи электронных устройств требуются компоненты, то, как правило, под ними находится печатная плата.

Но несмотря на то, что это явление довольно распространено, многие люди по-прежнему задают вопрос:

Что такое печатная плата?

Краткий ответ:

Печатная плата обеспечивает электрические соединения и механическую опору для электронных компонентов.

На самом деле ответ немного интереснее.

Что такое печатная плата?

A PCB (печатная плата) — это плата, на которой электронные компоненты соединяются с помощью проводящих медных дорожек.

Вместо того чтобы вручную соединять все компоненты проводами, на печатной плате сигналы проходят по точно спроектированным медным дорожкам.

Печатная плата обычно включает в себя:

• медные следы
• материал основы
• паяльная маска
• шелкографическая маркировка
• просверленные переходные отверстия

В совокупности эти слои образуют упорядоченную электрическую систему.

Как устроена печатная плата?

Электронные компоненты устанавливаются на печатную плату.

Затем медные дорожки передают:

• сигналы
• мощность
• заземляющие соединения

Печатная плата выполняет следующие функции:

“дорожно-транспортная система” электроники.

Без этих связей:

• чипы не могут взаимодействовать
• датчики не могут передавать данные
• электроэнергию невозможно распределить

Грамотное проектирование печатных плат обеспечивает надёжную и эффективную передачу сигналов.

Основные части печатной платы

Материал подложки

Подложка служит физической основой.

Наиболее распространённый материал:

• FR4

Для высокочастотных или тепловых применений:

• Материалы Роджерса
• керамические подложки

Похожие:

• FR4 против High-Tg FR4: в чем разница
• FR4 против Rogers PCB для высокочастотных конструкций
• Керамическая печатная плата и печатная плата из FR4

Медный слой

Медь образует электрические цепи.

Функции:

• маршрутизация сигналов
• подача питания
• заземление

Толщина меди влияет на:

• текущая мощность
• импеданс
• отвод тепла

Паяльная маска

Обычно зеленый (но не всегда).

Цель:

• предотвратить образование паяных мостиков
• защитить медь
• повысить надежность

Шелкография

Печатные этикетки помогают идентифицировать:

• компоненты
• полярность
• разъемы
• обозначения

Проходные отверстия

Переходные отверстия обеспечивают электрическую связь между слоями.

Распространенные типы:

• сквозные переходные отверстия
• слепые переходные отверстия
• скрытые переходные отверстия

Похожие: Проектирование сквозных отверстий печатной платы в высокоскоростных схемах

Типы печатных плат

Печатные платы бывают самых разных видов.

Односторонняя печатная плата

Один слой меди.

Применимо к:

• простая электроника
• недорогие товары

Двусторонняя печатная плата

Медь с обеих сторон.

Позволяет:

• большая гибкость маршрутизации

Широко применяется в бытовой электронике.

Многослойная печатная плата

Несколько слоев меди, сложенных друг на друга.

Типичные примеры:

• 4-слойный
• 6-слойный
• 8-слойный
• 10-слойные плиты

Используется в:

• компьютеры
• телекоммуникации
• промышленные системы

Похожие: Высокоскоростное проектирование печатных плат

Гибкая печатная плата

Изготовлено из гибких материалов.

Преимущества:

• легкий
• компактность

Распространено в:

• носимые устройства
• компактные устройства

Жесткая гибкая печатная плата

Комбайны:

• жесткие участки печатной платы
• гибкие соединительные кабели

Часто используется там, где важна надежность.

Керамическая печатная плата

Предназначено для:

• управление тепловым режимом
• силовая электроника
• Радиочастотные системы

Похожие: Применение керамических печатных плат в силовой электронике, светодиодах и радиочастотных системах

Распространенные материалы для печатных плат

FR4 PCB

Наиболее широко используемый.

Хороший баланс между:

• стоимость
• производительность
• технологичность

FR4 с высоким содержанием ТГ

Повышенная термостойкость.

Подходит для:

• более высокие температуры
• бессвинцовая сборка

Rogers Materials

Используется в:

• РФ
• применение микроволновых технологий

Предложения:

• меньшие диэлектрические потери

Керамические материалы

Отлично:

• теплопроводность
• стабильность размеров

Процесс изготовления печатных плат

Упрощенный процесс выглядит следующим образом:

1. Дизайн печатной платы

Инженеры создают:

• схема
• макет
• Файлы Gerber

2. Изготовление

Производство плат включает в себя:

• визуализация
• травление
• бурение
• гальваника
• ламинирование

3. Сборка печатной платы

Компоненты устанавливаются с помощью:

• Сборка SMT
• монтаж с открытыми отверстиями

Похожие: Объяснение процесса сборки печатных плат

4. Испытания и контроль

Распространенные методы:

• AOI
• Рентген
• ИКТ
• летающий зонд
• функциональное тестирование

Похожие:

• Методы тестирования печатных плат объяснены
• Контроль с помощью системы автоматического визуального контроля (AOI) при сборке печатных плат
• Функциональные испытания при сборке печатных плат

Основные аспекты проектирования печатных плат

При разработке современных печатных плат необходимо учитывать:

Целостность сигнала

Для высокочастотных сигналов требуется:

• контроль импеданса
• правильная маршрутизация

Похожие: Проектирование печатных плат с управляемым импедансом

Целостность питания

Стабильное электропитание имеет большое значение.

Похожие: Проектирование системы питания печатных плат

Терморегулирование

Надежность зависит от температуры.

Технологичность

Грамотное проектирование с учетом технологичности (DFM) позволяет снизить количество проблем при производстве.

Похожие: Высокоскоростное проектирование печатных плат для производства и рентабельности

Как выбрать подходящую печатную плату

Рассмотрите:

Приложение

Потребительская электроника, радиочастотная техника, автомобилестроение, промышленность?

Требования к электрооборудованию

Скорость, ток, частота?

Тепловые характеристики

Будет ли плата нагреваться?

Требования к надежности

Суровые условия?

Похожие: Испытания на надежность печатных плат

Бюджет

Качество должно соответствовать цене.

Распространенные проблемы с печатными платами

Типичные вопросы включают:

• помехи в сигнале
• некачественная пайка
• тепловой сбой
• несоответствие импеданса
• производственные дефекты

Многих проблем можно избежать благодаря тщательной экспертизе проекта.

Похожие: Контрольный список проверки дизайна печатной платы

Заключение

Печатные платы являются основой современной электроники.

Они служат электрической и механической основой, обеспечивающей надежную работу компонентов. От простых односторонних плат до сложных многослойных высокоскоростных конструкций — выбор подходящего типа печатной платы, материала и технологического процесса имеет решающее значение для обеспечения производительности и надежности.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ