Printed circuit board ( engelsk printed circuit board, PCB eller printed wiring board, PWB ) er en dielektrisk plade , på overfladen og/eller i hvis volumen elektrisk ledende kredsløb i et elektronisk kredsløb er dannet . Printpladen er designet til elektrisk og mekanisk tilslutning af forskellige elektroniske komponenter. Elektroniske komponenter på et printkort er forbundet med deres ledninger til elementer i det ledende mønster, normalt ved lodning .
I modsætning til overflademontering på et printkort er det elektrisk ledende mønster lavet af folie , helt placeret på en solid isolerende base. Printpladen indeholder monteringshuller og puder til montering af stift eller plane komponenter. Derudover har printplader vias til elektrisk tilslutning af foliesektioner placeret på forskellige lag af pladen. Udefra er pladen normalt belagt med en beskyttende belægning ("loddemaske") og markeringer (en hjælpefigur og tekst ifølge designdokumentationen).
Afhængigt af antallet af lag med et elektrisk ledende mønster er printplader opdelt i:
Efterhånden som kompleksiteten af de designede enheder og monteringstætheden stiger, stiger antallet af lag på pladerne [1] .
Ifølge grundmaterialets egenskaber :
Printplader kan have deres egne karakteristika på grund af deres formål og krav til specielle driftsforhold (for eksempel udvidet temperaturområde ), eller applikationsfunktioner (for eksempel kort til enheder, der arbejder ved høje frekvenser ).
Grundlaget for det trykte kredsløb er et dielektrisk , de mest almindeligt anvendte materialer er glasfiber , getinaks .
Grundlaget for trykte kredsløb kan også være en metalbase belagt med et dielektrikum (for eksempel anodiseret aluminium ), kobberfoliespor påføres over dielektrikumet. Sådanne printkort bruges i kraftelektronik til effektiv varmefjernelse fra elektroniske komponenter. For yderligere at forbedre den termiske ydeevne kan metalpladen fastgøres til en køleplade .
Som materiale til printplader, der opererer i mikrobølgeområdet og ved temperaturer op til 260 ° C, anvendes fluoroplast forstærket med glasstof (for eksempel FAF-4D) [2] og keramik . Disse tavler har følgende begrænsninger:
Fleksible plader er lavet af polyimidmaterialer såsom Kapton .
Boarddesign foregår i specialiserede computerstøttede designprogrammer . De mest kendte er PADS Professional , Xpedition , Altium Designer , P-CAD , OrCAD , TopoR , Specctra , Proteus , gEDA , KiCad osv. [4] Selve designprocessen på russisk kaldes ofte slangordet wiring , hvilket betyder processen af lægning af ledere.
I Rusland er der standarder for designdokumentation af trykte kredsløb inden for rammerne af Unified System for Design Documentation :
Andre standarder for printkort:
Overvej en typisk proces til at designe et printkort efter et færdigt kredsløbsdiagram: [5]
PCB-producenter støder ofte på ikke-indlysende designfejl af nybegyndere. De mest typiske fejl [7] :
Fremstillingen af PP er mulig ved en additiv eller subtraktiv metode. I additivmetoden dannes et ledende mønster på et ikke-folieret materiale ved kemisk kobberplettering gennem en beskyttende maske, der tidligere er påført materialet. I den subtraktive metode dannes et ledende mønster på et foliemateriale ved at fjerne unødvendige sektioner af folien. I moderne industri anvendes kun den subtraktive metode.
Hele PCB-fremstillingsprocessen kan opdeles i fire faser:
Ofte forstås produktion af trykte kredsløb kun som forarbejdning af et emne (foliemateriale). En typisk forarbejdning af et foliemateriale består af flere trin: boring af vias, opnåelse af et ledermønster ved at fjerne overskydende kobberfolie, plettering af huller, påføring af beskyttende belægninger og fortinning og mærkning. [8] For flerlags printkort tilføjes presning af det endelige print fra flere emner.
Folieret materiale - et fladt ark dielektrisk med kobberfolie limet til det. Som regel bruges glasfiber som et dielektrikum . I gammelt eller meget billigt udstyr bruges tekstolit på stof- eller papirbasis, nogle gange omtalt som getinax . Mikrobølgeapparater bruger fluorholdige polymerer ( fluorplast ). Tykkelsen af dielektrikumet bestemmes af den nødvendige mekaniske og elektriske styrke, den mest almindelige tykkelse af både enkeltlags- og flerlagsplader er omkring 1,5 mm; tyndere dielektriske lag bruges til flerlagstavler.
Et kontinuerligt ark kobberfolie limes på dielektrikumet på den ene eller begge sider. Tykkelsen af folien bestemmes af de strømme, som pladen er designet til. Den mest udbredte folie er 18 og 35 mikron tyk, 70, 105 og 140 mikron er meget mindre almindelige. Disse værdier er baseret på standard kobbertykkelser i importerede materialer, hvor tykkelsen af kobberfolielaget er beregnet i ounces (oz) pr. kvadratfod . 18 mikron svarer til ½ oz og 35 mikron til 1 oz.
Aluminium kredsløbskortEn separat gruppe af materialer er trykte printplader af aluminiummetal . Aluminiumsplader bruges ofte, når det er nødvendigt at lede varme gennem pladens overflade, såsom i LED-armaturer . De kan opdeles i to grupper.
Den første gruppe - løsninger i form af en aluminiumsplade med en højkvalitets oxideret overflade, hvorpå kobberfolie er limet . Sådanne brædder kan ikke bores, så de laves normalt kun ensidigt. Behandling af sådanne foliematerialer udføres i henhold til traditionelle teknologier til kemisk tegning. Nogle gange anvendes i stedet for aluminium, kobber eller stål, lamineret med en tynd isolator og folie. Kobber har en høj varmeledningsevne, rustfrit stålplade giver korrosionsbestandighed. [9]
Den anden gruppe involverer skabelsen af et ledende mønster direkte i basisaluminium. Til dette formål oxideres aluminiumspladen ikke kun over overfladen, men også til hele dybden af basen i henhold til mønsteret af ledende områder specificeret af fotomasken. [10] [11]
Ved fremstilling af plader bruges kemiske, elektrolytiske eller mekaniske metoder til at reproducere det nødvendige ledende mønster såvel som deres kombinationer.
Kemisk metodeDen kemiske metode til fremstilling af printplader af færdigt foliemateriale består af to hovedtrin: påføring af et beskyttende lag på folien og ætsning af ubeskyttede områder med kemiske metoder.
I industrien påføres et beskyttende lag ved fotolitografi ved hjælp af en ultraviolet - følsom fotoresist , en fotomaske og en ultraviolet lyskilde. Fotoresisten dækker fuldstændigt foliens kobber, hvorefter mønsteret af spor fra fotomasken overføres til fotoresisten ved belysning. Den eksponerede fotoresist vaskes væk, hvorved kobberfolien blotlægges til ætsning, mens den ueksponerede fotoresist fastgøres til folien og beskytter den mod ætsning.
Fotoresist kan være flydende eller film. Flydende fotoresist påføres under industrielle forhold, da den er følsom over for manglende overholdelse af påføringsteknologien. Film fotoresist er populær til håndlavede plader, men er dyrere. En fotomaske er et UV-gennemsigtigt materiale med et spormønster trykt på. Efter eksponering fremkaldes og fikseres fotoresisten som i en konventionel fotokemisk proces.
Under amatørforhold kan et beskyttende lag i form af lak eller maling påføres ved silkescreening eller i hånden. For at danne en ætsemaske på en folie bruger radioamatører overførsel af toner fra et billede udskrevet på en laserprinter (" laserstrygeteknologi ").
Folieætsning er den kemiske proces, hvor kobber omdannes til opløselige forbindelser. Ubeskyttet folie ætses oftest i en opløsning af ferrichlorid eller i en opløsning af andre kemikalier, såsom kobbersulfat , ammoniumpersulfat , ammoniak kobberchlorid, ammoniak kobbersulfat, baseret på chloritter , baseret på chromsyreanhydrid [12] . Ved anvendelse af ferrichlorid forløber pladeætsningsprocessen som følger: FeCl 3 + Cu → FeCl 2 + CuCl. Typisk opløsningskoncentration 400 g/l, temperatur op til 35 °C. Ved anvendelse af ammoniumpersulfat forløber pladeætsningsprocessen som følger: (NH 4 ) 2 S 2 O 8 + Cu → (NH 4 ) 2 SO 4 + CuSO 4 [12] .
Efter ætsning fjernes det beskyttende mønster fra folien.
Mekanisk metodeDen mekaniske fremstillingsmetode involverer brug af fræse- og graveringsmaskiner eller andre værktøjer til mekanisk fjernelse af folielaget fra specificerede områder.
LasergraveringIndtil for nylig var lasergravering af printplader ikke udbredt på grund af kobbers gode reflekterende egenskaber ved bølgelængden af de mest almindelige højeffekt CO-gaslasere. I forbindelse med fremskridtene inden for laserteknik er der nu begyndt at dukke op industrielle prototypefaciliteter baseret på lasere. [13]
HulpletteringVia- og monteringshuller kan bores, udstanses mekanisk (i bløde materialer såsom getinaks) eller laserbrændes (meget tynde vias). Hulplettering udføres normalt kemisk eller, mere sjældent, mekanisk.
Mekanisk plettering af huller udføres med specielle nitter, loddede trådstykker eller ved at fylde hullet med ledende lim (hærdningspasta). Den mekaniske metode er dyr i produktionen og bruges derfor ekstremt sjældent, normalt i meget pålidelige stykløsninger, specielt højstrømsudstyr eller amatørradioforhold med stykdesign.
Ved kemisk metallisering bores først huller i et folieemne, derefter metalliseres de ved kobberaflejring, og først derefter ætses folien for at opnå et printmønster. Kemisk plettering af huller er en kompleks proces i flere trin, følsom over for kvaliteten af reagenser og overholdelse af teknologien. Derfor bruges den praktisk talt ikke i amatørradioforhold. Forenklet består den af følgende trin:
Flerlagsplader (med mere end 2 lag ledere) samles af en stabel tynde to- eller etlags printplader lavet på traditionel vis (bortset fra pakkens yderste lag - de efterlades med folien intakt kl. denne fase). De er samlet som en "sandwich" med specielle pakninger ( prepregs ). Dernæst udføres presning i en ovn, boring og plettering af vias. Til sidst ætses de ydre lags folie. [1] Da tykkelsen af kobber i de ydre lag øges med mængden af galvanisk aflejret kobber under via-plettering, pålægger dette yderligere begrænsninger på bredden af sporene og mellemrummene mellem dem.
Via huller i sådanne flerlagsplader kan der også laves før presning. Hvis hullerne laves før presning, så er det muligt at få brædder med såkaldte "døve" og "blinde" huller (når der kun er hul i det ene lag af "sandwichen"), hvilket gør det muligt at komprimere layoutet til komplekse brædder. Produktionsomkostningerne i disse tilfælde stiger betydeligt, hvilket kræver et rimeligt kompromis i designet af sådanne brædder.
BelægningMulige dækninger er:
Efter montering af printplader er det muligt at påføre yderligere beskyttende belægninger, der beskytter både selve kortet og lodning og komponenter.
BearbejdningMange individuelle tavler er ofte placeret på ét blankt ark. De gennemgår hele processen med at behandle et folieemne som et bræt, og først i slutningen er de forberedt til adskillelse. Hvis brædderne er rektangulære, så fræses ikke-gennemgående riller, hvilket letter den efterfølgende brud af brædderne (scribing, fra den engelske scribe to scratch). Hvis brædderne er af kompleks form, udføres gennem fræsning, hvilket efterlader smalle broer, så brædderne ikke smuldrer. For brædder uden plettering, i stedet for fræsning, bores nogle gange en række huller med en lille stigning. Boring af monteringshuller (ikke-belagte) sker også på dette stadium.
Se også: GOST 23665-79 Trykte kredsløb. Konturbearbejdning. Krav til standard teknologiske processer.
Ifølge en typisk teknisk proces sker adskillelsen af pladerne fra emnet efter installationen af komponenterne.
Lodning er den vigtigste metode til montering af komponenter på printplader. Lodning kan udføres enten manuelt med en loddekolbe eller ved hjælp af specialudviklede gruppeloddeteknologier.
Installation af komponenterInstallation af komponenter kan udføres både manuelt og på specielle automatiske installatører. Automatisk installation reducerer risikoen for fejl og fremskynder processen i høj grad (de bedste automatiske installationer installerer flere komponenter pr. sekund).
BølgelodningDen vigtigste metode til automatiseret gruppelodning til blykomponenter. Ved hjælp af mekaniske aktivatorer skabes en lang bølge af smeltet loddemetal. Brættet føres hen over bølgen, så bølgen næsten ikke rører brættets bundflade. I dette tilfælde bliver ledningerne fra forudinstallerede udgangskomponenter fugtet af bølgen og loddet til kortet. Fluxen påføres brættet med et svampestempel.
Lodning i ovneDen vigtigste metode til gruppelodning af plane komponenter. En speciel loddepasta (loddepulver i en pastaagtig flux ) påføres kontaktpuderne på det trykte kredsløb gennem en stencil . Derefter installeres de plane komponenter. Pladen med de installerede komponenter føres derefter ind i en speciel ovn, hvor loddepasta-fluxen aktiveres, og loddepulveret smelter for at lodde komponenten.
Hvis en sådan installation af komponenter udføres på begge sider, udsættes brættet for denne procedure to gange - separat for hver side af installationen. Tunge plane komponenter er monteret på klæbende dråber, der forhindrer dem i at falde af det vendte bord under den anden lodning. Letvægtskomponenter fastholdes på brættet af loddets overfladespænding.
Efter lodning behandles pladen med opløsningsmidler for at fjerne fluxrester og andre forurenende stoffer, eller ved brug af no-clean loddepasta er pladen straks klar til nogle driftsforhold.
AfslutterEfter lodning er printpladen med komponenter belagt med beskyttende forbindelser: vandafvisende midler, lak (for eksempel UR-231 ), midler til beskyttelse af åbne kontakter. I nogle tilfælde kan pladen til drift af pladen under forhold med stærke vibrationer være fuldstændig indlejret i en gummilignende blanding.
Til industriel masseproduktion af printplader er der udviklet automatiserede kvalitetskontrolmetoder.
Ved kontrol af korrektheden af feltforbindelserne kontrolleres de elektriske forbindelser for fravær af brud eller kortslutninger mellem dem.
Ved kontrol af kvaliteten af installationen af elektroniske komponenter anvendes optiske kontrolmetoder . Optisk kvalitetskontrol af redigering udføres ved hjælp af specialiserede standere med højopløselige videokameraer. Stande er indbygget i produktionslinjen på følgende trin:
Hybride IC - substrater er noget, der ligner et keramisk printkort, men de bruger normalt andre fremstillingsprocesser:
Keramiske kabinetter af elektroniske mikrokredsløb og nogle andre komponenter er også lavet ved hjælp af hybride mikrokredsløbsteknologier.
Membrantastaturer fremstilles ofte på film ved silketryk og sintring med smeltbare metalliserede pastaer.