Печатная плата или печатная плата — это автономный модуль взаимосвязанных электронных компонентов, обнаруженных в  устройствах, начиная от обычных приборов и радиостанций до сложных радиолокационных и  компьютерных систем. Цепи образованы тонким слоем проводящего материала, нанесенным или «напечатанным» на поверхности  изолирующей плиты, известной как подложка. Отдельные электронные компоненты размещаются на поверхности подложки и  припаиваются к соединительным цепям. Контактные пальцы вдоль одного или нескольких краев подложки действуют как  разъемы к другим печатным платам или к внешним электрическим устройствам, таким как переключатели включения-выключения.  Печатная плата может иметь схемы, которые выполняют одну функцию, такую как усилитель сигнала или несколько функций.

Существует три основных типа печатных плат: односторонний, двусторонний и многослойный

Существует три основных типа печатных плат: односторонний, двусторонний и многослойный. Односторонние платы имеют  компоненты на одной стороне подложки. Когда количество компонентов становится слишком большим для односторонней платы,
может использоваться двухсторонняя плата. Электрические соединения между цепями с каждой стороны производятся путем  сверления отверстий через подложку в соответствующих местах и покрытия внутренней части отверстий проводящим материалом.  Третий тип, многослойная плата, имеет подложку, состоящую из слоев печатных схем, разделенных слоями изоляции.  Компоненты на поверхности соединяются через покрытые отверстия, просверленные до соответствующего слоя схемы.  Это значительно упрощает схему. Производство и поставка печатных плат осуществляется компанией «Ди-Электрик».  Кроме заказа покупки платы, вы можете трассировку или подготовку трафарета.

Два способа соединения компонентов на плате: технологией сквозных отверстий и поверхностного монтажа

Компоненты на печатной плате электрически соединены с цепями двумя различными способами: более старой технологией  сквозных отверстий и новой технологией поверхностного монтажа. Благодаря технологии сквозных отверстий каждый компонент
имеет тонкие провода или выводы, которые проталкиваются через небольшие отверстия в подложке и припаиваются к  соединительным прокладкам в цепях с противоположной стороны. Гравитация и трение между выводами и боковыми сторонами  отверстий удерживает компоненты на месте до их припаивания. При использовании технологии поверхностного монтажа на  каждом компоненте прямая J-образная или L-образная стойка напрямую контактирует с печатными схемами. Паяльная паста,  состоящая из клея, флюса и припоя, применяется в точке контакта для удержания компонентов на месте до тех пор, пока  припой не расплавится или не «оплавится» в духовке для окончательного соединения. Хотя технология поверхностного монтажа  требует большей осторожности при размещении компонентов, она исключает длительный процесс бурения и пространственные  соединительные прокладки, присущие технологии сквозных отверстий. Обе технологии используются сегодня.

Интегральная схема, которую иногда называют IC или микрочип, выполняет функции, аналогичные функциям печатной платы,  за исключением ИС содержит много больше схем и компонентов, которые являются электрохимически «выращивают» на месте на  поверхности очень маленький чип кремния. Гибридная схема, как следует из названия, выглядит как печатная плата, но  содержит некоторые компоненты, которые выращиваются на поверхности подложки, а не размещаются на поверхности и припаиваются.

История печатных плат

Печатные платы эволюционировали из систем электрических соединений, которые были разработаны в 1850-х годах.  Металлические полосы или стержни первоначально использовались для подключения больших электрических компонентов,  установленных на деревянных основаниях. Со временем металлические полосы были заменены проводами, подключенными к  винтовым клеммам, а деревянные основания были заменены металлическим корпусом. Но меньшие и более компактные конструкции  были необходимы из-за повышенных эксплуатационных потребностей продуктов, которые использовали печатные платы. В  1925 году Чарльз Дюка из Соединенных Штатов подал заявку на патент на способ создания электрического пути  непосредственно на изолированной поверхности путем печати через трафарет с помощью электропроводящих чернил.  Этот метод дал название «печатная проводка» или «печатная схема».

В 1943 году Поль Айслер из Соединенного Королевства запатентовал метод травления проводящего рисунка или контуров  на слое из медной фольги, связанного с усиленным стеклом непроводящим основанием. Широкое использование техники Эйслера  произошло не раньше 1950-х годов, когда транзистор был введен для коммерческого использования. До этого момента  размеры вакуумных труб и других компонентов были настолько велики, что были необходимы традиционные способы  С появлением транзисторов, однако, компоненты стали очень маленькими, и производители обратились к печатным платам,  чтобы уменьшить общий размер электронного пакета.

Технология сквозных отверстий и ее использование в многослойных печатных платах были запатентованы американской фирмой  Hazeltyne в 1961 году. В результате увеличения плотности компонентов и близко расположенных электрических путей  началась новая эра в дизайне печатных плат. Микросхемы интегральной микросхемы были введены в 1970-х годах, и эти  компоненты были быстро внедрены в разработку и изготовление печатных плат.

Дизайн

Нет такой вещи, как стандартная печатная плата. Каждая плата имеет уникальную функцию для конкретного продукта и должна  быть предназначена для выполнения этой функции в выделенном пространстве. Разработчики плат используют  автоматизированные системы проектирования со специальным программным обеспечением для компоновки схемы на плате. Пространства между проводящими проводниками обычно составляют 1,0 мм или меньше. Также размещаются отверстия для компонентных проводов или контактных точек, и эта информация преобразуется в инструкции для компьютерного  сверлильного станка с числовым программным управлением или для автоматического паяльника, используемого в процессе  изготовления.

Как только схема схемы выложена, на прозрачном пластиковом листе распечатывается отрицательное изображение или маска.  При отрицательном изображении области, которые не являются частью схемы, показаны черным цветом, а схема показана как  прозрачная.

Сырье

Подложка, наиболее часто используемая в печатных платах, представляет собой эпоксидную смолу, армированную  стекловолокном (стекловолокно), с медной фольгой, прикрепленной к одной или обеим сторонам. Подложки, изготовленные из  армированной бумагой фенольной смолы со связанной медью, менее дороги и часто используются в бытовых электрических  устройствах.

Печатные схемы выполнены из меди, которые либо покрываются, либо вытравливаются на поверхности подложки, чтобы оставить  желаемый рисунок. Медные цепи покрыты слоем оловянного свинца для предотвращения окисления. Контактные пальцы покрыты  оловянным свинцом, затем никелем и, наконец, золотом для отличной проводимости.

Приобретенные компоненты включают резисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды, интегральные микросхемы и другие.

Процесс производства

Обработка и сборка печатной платы выполняются в чрезвычайно чистой среде, где воздух и компоненты могут быть свободны от  загрязнения. У большинства электронных производителей есть свои собственные процессы, но, как правило, для изготовления  двухсторонней печатной платы могут использоваться следующие шаги.

1 Тканое стекловолокно разматывается из рулона и подается через технологическую станцию. На приведенных выше  иллюстрациях показан увеличенный раздел печатной платы. На приведенных выше иллюстрациях показан увеличенный раздел печатной платы. где он пропитан эпоксидной смолой либо путем погружения, либо распыления. Пропитанное стекловолокно затем проходит  через ролики, которые прокатывают материал до желаемой толщины готовой подложки, а также удаляют любую избыточную смолу.

2 Материал подложки проходит через печь. После духовки материал разрезается на большие панели.

3 Панели располагаются в слоях, чередуясь с слоями медной фольги с адгезивной подложкой. Подложку помещают в пресс,  где они подвергаются температурам около 170 ° C и давлениям 1500 фунтов на квадратный дюйм в течение часа или более.  Это полностью отверждает смолу и плотно связывает медную фольгу с поверхностью материала подложки.

Бурение и покрытие отверстий

4 Несколько панелей подложки, каждая из которых достаточно велика, чтобы сделать несколько печатных плат,  укладываются друг на друга друг на друга и закрепляют вместе, чтобы они не двигались. Сложенные панели помещаются в  машину с ЧПУ, и отверстия просверливаются в соответствии с рисунком, определенным при выкладке досок. Отверстия  отделяются, чтобы удалить лишний материал, прилипающий к краям отверстий.

5 Внутренние поверхности отверстий, предназначенные для обеспечения проводящего контура с одной стороны платы на другую,  покрыты медью. Не проводящие отверстия подключены, чтобы они не были покрыты. Печатная плата или просверливаются после  того, как отдельные доски вырезаются с большей панели.

Создание рисунка печатной схемы на подложке

Образец печатной схемы может быть создан посредством «аддитивного» процесса или «субтрактивного» процесса.  В процессе присадки медь покрывается или добавляется на поверхность подложки по желаемой схеме, оставляя остальную  поверхность необработанной. В процессе вычитания сначала покрывают всю поверхность подложки, а затем участки,  которые не являются частью желаемого рисунка, вытравливаются или вычитаются. Опишем аддитивный процесс.

6 Поверхность фольги подложки обезжиривается. Панели проходят через вакуумную камеру, где слой положительного  фоторезистского материала плотно прижимается ко всей поверхности фольги. Положительным материалом для фоторезиста  является полимер, который обладает способностью становиться более растворимым при воздействии ультрафиолетового света.  Вакуум обеспечивает отсутствие пузырьков воздуха между фольгой и фоторезистом. Маска шаблона печатной схемы укладывается  поверх фоторезиста, и панели подвергаются интенсивному ультрафиолетовому излучению. Поскольку маска прозрачна в областях рисунка печатной схемы, фоторезист в этих областях облучается и становится очень растворимым.

7 Маска удаляется, а поверхность панелей распыляется щелочным проявителем, который растворяет облученный фоторезист в  областях рисунка печатной схемы, оставляя медную фольгу открытой на поверхности подложки.

8 Панели затем гальванизируются медью. Фольга на поверхности подложки действует как катод в этом процессе, и медь  покрывается в открытых участках фольги толщиной около 0,025-0,050 мм. Области, все еще покрытые фоторезистом, не могут  действовать как катод и не покрыты. Олово-свинец или другое защитное покрытие покрывают сверху медной обшивки, чтобы  предотвратить окисление меди и как резист для следующей стадии производства.

9 Фоторезист удаляют из досок растворителем, чтобы обнажить медную фольгу подложки между рисунком печатной схемы с покрытием. Платы напыляются кислотным раствором, который съедает медную фольгу. Медное покрытие на печатной схеме защищено оловянно-свинцовым покрытием и не подвержено воздействию кислоты.

Прикрепление контактных пальцев

10 Контактные пальцы прикреплены к краю подложки для соединения с печатной схемой. Контактные пальцы маскируются от остальной части доски, а затем покрываются. Покрытие производится тремя металлами: первый оловянный свинец, следующий  никель, затем золото.

11 Оловянно-свинцовое покрытие на поверхности рисунка печатной схемы меди очень пористая и легко окисляется. Чтобы  защитить его, панели проходят через печь «reflow» или горячую масляную ванну, что приводит к тому, что оловянный свинец  плавится или переливается на блестящую поверхность.

12 Каждая панель герметизирована эпоксидной смолой, чтобы защитить цепи от повреждения при подключении компонентов.

13 Панели затем разрезают на отдельные доски, а края сглаживаются.

14 Отдельные платы проходят через несколько машин, которые размещают электронные компоненты в надлежащем месте в цепи.  Если для монтажа компонентов используется технология поверхностного монтажа, платы сначала проходят через автоматический  паяльник для пайки, который помещает пачку паяльной пасты в каждую контактную точку компонента. Очень маленькие  компоненты могут быть размещены «чип-шутером», который быстро размещает или снимает компоненты на доске. Более крупные  компоненты могут быть размещены роботизированно. Некоторые компоненты могут быть слишком большими или нечетными  по размеру для размещения роботов, и их необходимо вручную установить и припаять позже.

15 Затем компоненты контактируют с цепями. При использовании технологии поверхностного монтажа пайка выполняется путем  пропускания досок через другой процесс оплавления, что приводит к таянию паяльной пасты и делает соединение.

16 Остаток флюса от припоя очищается водой или растворителями в зависимости от типа используемого припоя.

17 Если печатные платы не будут использоваться немедленно, они индивидуально упаковываются в защитные пластиковые пакеты  для хранения или транспортировки.

Контроль качества

Во время производственного процесса проводятся визуальные и электрические проверки для обнаружения дефектов. Некоторые  из этих недостатков генерируются автоматическими машинами. Например, компоненты иногда теряются на плате или сдвигаются  до окончательной пайки. Другие недостатки вызваны применением слишком большого количества паяльной пасты, что может  привести к тому, что избыточный припой будет протекать, через два соседних пути печатных схем. Нагрев припоя слишком  быстро в процессе окончательного оплавления может вызвать эффект «надгробного камня», когда один конец компонента  поднимается с доски и не контактирует.

Завершенные платы также тестируются на функциональные характеристики, чтобы обеспечить их выход в пределах требуемых  пределов. Некоторые платы подвергаются экологическим испытаниям для определения их характеристик при экстремальных  температурах, влажности, вибрации и ударах.

Токсичные материалы и соображения безопасности

Припой, используемый для электрических соединений на печатной плате, содержит свинец, который считается токсичным  материалом. Пары из припоя считаются опасными для здоровья, а операции пайки должны выполняться в закрытой среде.  Перед тем, как поступить в атмосферу, дымовые газы должны быть подвергнуты надлежащей экстракции и очистке.

Многие электронные продукты, содержащие платы, устаревают в течение 12-18 месяцев. Потенциал для этих устаревших  продуктов, поступающих в утилизацию и заканчивающихся на полигонах, имеет большое значение для защиты окружающей среды.
Усилия по переработке электронных продуктов включают в себя обновление старых продуктов и перепродажу их клиентам,  которые не нуждаются, или доступ к новейшей, современной электронике. Другая электроника разобрана, а части компьютера  будут утилизированы для перепродажи и повторного использования в других продуктах.

Во многих странах Европы законодательство требует от производителей выкупать использованные продукты и обеспечивать  их безопасность для окружающей среды перед удалением. Для производителей электроники это означает, что они должны  удалять и возвращать токсичный припой из их плат. Это дорогостоящий процесс и стимулировал исследования по разработке  нетоксичных средств для электрических соединений. Один многообещающий подход предполагает использование водорастворимых,  электропроводящих формованных пластмасс для замены проводов и припоя.

Будущее

Миниатюризация электронных продуктов продолжает вести производство печатных плат на более мелкие и более плотно  упакованные платы с повышенными электронными возможностями. Прогресс, выходящий за рамки описанных здесь плат, включает в себя трехмерные формованные пластиковые платы и более широкое использование интегральных микросхем.  Эти и другие достижения будут держать производство печатных плат динамическим полем в течение многих лет.

 

 

Оставить комментарий