что такое печатная плата и зачем она нужна
Что такое печатная плата и для чего она нужна
Наверняка, вы слышали о печатной плате, но понятия не имеете, что она из себя представляет, и какой бывает. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе, не прибегая к сложной терминологии.
Итак, в начале 20 века немецкий инженер Альберт Паркер Хансон разработал устройство, которое стало прообразом современных печатных плат. Днем рождения печатной платы считается 1902 год. Именно тогда изобретателем была подана заявка на оформление патента. На сегодняшний день печатные платы являются важнейшим элементом почти всех электронных устройств. Чтобы приобрести печатную плату, рекомендуем обратиться в компанию А-Контракт.
Как правило, печатные платы выполняют из диэлектрика – фторопласт или стеклотекстолит — на которой сформировывают электрические цепи. Печатная плата исполняет функции механического и электрического соединения электронных сборок, компонентов или прочих печатных плат. Электронные компоненты соединяют с помощью пайки, что дает возможность обеспечить необходимую механическую прочность и гальванический контакт. Также печатная плата может исполнять такие функции, как теплоотвод, экранирование, увеличение жесткости конструкции и т.п.
В зависимости от гибкости, количества слоев и технологии монтажа бывают разные виды печатных плат.
В зависимости от гибкости печатные платы бывают гибкие и жесткие. Наиболее распространены вторые. В зависимости от слоев, печатные платы бывают односторонние (электрические цепи находятся только с одной стороны), двусторонние (электрические цепи находятся с двух сторон), а также многослойные (состоят из 3-32 токопроводящих слоев).
Односторонние печатные платы используют для сравнительно простых устройств. Что касается двусторонних, что по сравнению с односторонними они дают возможность значительно увеличить плотность монтажа навесных компонентов. Многослойные используются, когда разводка двусторонней печатной платы является очень сложной или бессмысленной.
В зависимости от технологии монтажа бывают платы для поверхностного монтажа, платы для монтажа в отверстия и платы для осуществления смешанного монтажа.
Что такое печатная плата и зачем она нужна
Сейчас у каждого дома найдется множество различной электроники и бытовой техники, различных девайсов и мелких устройств, которые работают от электричества. Практически все такие современные устройства нуждаются в схеме управления, которая собирается на печатной плате. Термин печатная плата для многих людей знаком, но что это такое на самом деле, мало кто себе представляет. В этой статье мы попробуем разобраться в этом вопросе.
Печатная плата представляет из себя лист диэлектрического материала, на поверхности которого нанесен токопроводящий слой металла в виде дорожек в соответствии со схемой электрической принципиальной, предназначенный для соединения между собой электрических компонентов методом пайки. В качестве диэлектрического материала для изготовления печатных плат чаще всего применяют стеклотекстолит и гетинакс, а в качестве токопроводящего металла используется медь. Радиодетали надежно фиксируются на печатной плате, что придает прочности даже всей конструкции изделия.
Для изготовления всех промышленных изделий всегда создается печатная плата для размещения радиокомпонентов. Радиолюбители для своих собственных несложных разработок могут использовать и навесной монтаж деталей, но для более сложных изделий им также приходится изготавливать печатные платы в домашних условиях. Если раньше изготовление печатных плат было доступно только крупным производителям различных устройство, то сейчас любой желающий может заказать себе через интернет изготовление печатной платы по собственной присланной схеме.
Доступность изготовления печатных плат позволила обычным разработчикам производить собственные устройства, но при этом и собирать их им приходится самостоятельно. Заниматься пайкой SMD компонентов, которые сейчас используют достаточно часто, не так уж и просто, но на этот случай также придумали соответствующий сервис. Сейчас также просто можно заказать SMD монтаж печатных плат, подробнее можно ознакомится по ссылке solderpoint.ru/montazh-pechatnyx-plat-smd. Там практически вся работа будет выполняться автоматически. На контактные площадки нанесется дозатором паяльная паста, затем разместятся smd компоненты, после чего плату разместят в печи для запекания.
На печатной плате может производиться SMD и DIP монтаж. При монтаже SMD компонентов монтаж производится на медные контактные площадки, которые являются продолжением токоведущих дорожек. При DIP монтаже элементы размещаются своими ножками в сквозные отверстия, вокруг которых с одной стороны платы или даже с обеих имеется медная контактная площадка, соединенная с токовой дорожкой. Иногда такие отверстия делают с внутренней металлизацией.
Самые распространенные печатные платы имеют одностороннее и двухстороннее размещение медных токовых дорожек и компонентов. Для сложных микропроцессорных устройств изготавливаются многослойные печатные платы, количество слоев в которых может насчитывать несколько десятков. В основном все печатные платы изготавливаются из жесткого материала стеклотекстолита, иногда платы также делают из теплопроводного материала, например, анодированного алюминия. Также платы могут изготавливать из различных гибких материалов.
Что такое электронная печатная плата?
Главная страница » Что такое электронная печатная плата?
Электронная печатная плата (русская аббревиатура — ПП, английская — PCB) представляет собой листовую панель, где размещаются взаимосвязанные микроэлектронные компоненты. Печатные платы используются в составе разной электронной техники, начиная от простых квартирных звонков, бытовых радиоприёмников, студийных радиостанций и завершая сложными радиолокационными, компьютерными системами.
Исторический путь печатной платы
Электронные печатные платы отметили начало пути становления и развития системами электрических соединений, разработанных в середине XIX века. Металлические полосы (стержни) изначально применялись для подключения громоздких электрических компонентов, смонтированных на древесном основании. Постепенно металлические полосы вытеснили проводники с винтовыми клеммными колодками. Деревянную основу тоже модернизировали, отдав предпочтение металлу.
Примерно таким выглядел прототип современного производства ПП. Подобные решения конструирования применялись в середине XIX века
Практика применения компактных, малых по размерам электронных деталей, требовала уникального решения по базовой основе. И вот, в 1925 году некто Чарльз Дюкасс (США) нашёл такое решение.
Американский инженер предложил уникальный способ организации электрических связей на изолированной пластине. Он использовал электропроводящие чернила и трафарет для переноса принципиальной схемы на пластину.
Чуть позже — в 1943 году, англичанин Пол Эйслер также запатентовал изобретение травления токопроводящих контуров на медной фольге. Инженер использовал пластину-изолятор, ламинированную фольгированным материалом.
Однако активное применение технологии Эйслера отметилось лишь в период 1950-60 годов, когда изобрели и освоили производство микроэлектронных компонентов — транзисторов. Технологию изготовления сквозных отверстий на многослойных печатных платах запатентовала фирма Hazeltyne (США) в 1961 году.
Так, благодаря увеличению плотности электронных деталей и тесному расположению связывающих линий, открылась новая эра дизайна печатных плат.
Электронная печатная плата – изготовление
Технологически изготовление печатных плат электроники предполагает создание связей токопроводящим «плёночным» материалом. Такой материал наносится («печатается») на пластине-изоляторе, получившей наименование — подложка.
Отдельно взятые электронные детали распределяются по всей площади подложки-изолятора. Затем установленные компоненты связываются пайкой с цепями схемы. Так называемые контактные «пальцы» (штырьки) электронной платы располагаются по крайним областям подложки и выступают системными разъёмами.
Современный прообраз изделий XIX века. Кардинальные технологические изменения очевидны. Однако это не самый совершенный вариант из ассортимента текущего производства
Через контактные «пальцы» организуется связь с периферийными печатными платами или подключение внешних цепей управления. Электронная печатная плата рассчитана под разводку схемы, поддерживающей одну функцию или одновременно несколько функций.
Изготавливаются три вида электронных печатных плат:
Односторонние печатные электронные платы отличаются размещением деталей исключительно на одной стороне. Если комплектные детали схемы не вмещаются на односторонней плате, применяется двухсторонний вариант.
Материал изготовления подложки
Подложка, традиционно используемая в составе печатных электронных плат, обычно делается на основе стекловолокна в сочетании с эпоксидной смолой. Подложка покрывается медной фольгой по одной или двум сторонам.
Печатные платы электроники, изготовленные на основе бумаги с фенольной смолой, также покрытые плёночной медью, считаются экономически выгодными для производства. Поэтому чаще других вариаций используются под оснащение бытовой электронной техники.
Материалы печатной платы электроники: 1 — диэлектрический материал; 2 — верхнее покрытие; 3 — материал сквозных отверстий; 4 — маска припоя; 5 — материал кольцевого контура
Разводка связей выполняется методом покрытия, либо методом травления медной поверхности подложки. Медные дорожки покрывают оловянно-свинцовым составом с целью защиты от коррозии. Контактные штыри на печатных платах покрывают слоем олова, затем никеля и под завершение золотят.
Выполнение операций на обвязку
Электрические соединения по двум сторонам подложки достигаются сквозным сверлением отверстий согласно схемной разводке. Затем высверленные отверстия изнутри покрывают токопроводящим материалом.
Многослойная электронная печатная плата характерна наличием подложки, состоящей из нескольких слоёв печатных схем. Каждый слой отделён от соседнего слоя вставкой-изолятором.
Электронные компоненты связываются через отверстия платы, просверленные до границы целевого слоя. Детали печатной электронной платы электрически объединяются одним из двух способов:
Согласно технологии сквозных отверстий, каждая электронная деталь наделяется микро-проводниками. Эти микро-проводники проходят сквозь отверстия в подложке, подводятся к схемным точкам противоположной стороны и спаиваются.
Сверление отверстий на рабочей площади ПП: 1 — отверстия без контактной связи между сторонами (слоями); 2 — отверстия с покрытием для контактной связи; 3 — медная обечайка связывающих отверстий
Технология поверхностного монтажа предполагает использование прямой (J-образная) или угловой (L-образная) ветвей. За счёт таких ветвей каждая электронная деталь напрямую обвязывается с печатной схемой.
Применением комплексной пасты (клей+флюс+припой) электронные детали временно удерживаются в точке контакта. Удержание продолжается до момента, когда печатная электронная плата заводится в печь. Там припой плавится и соединяет схемные детали.
Несмотря на сложности с размещением компонентов, технология поверхностного монтажа обладает другим важным преимуществом.
Эта методика исключает длительный процесс сверления и внедрение связывающих прокладок, как это практикуется для устаревшего метода сквозных отверстий. Однако обе технологии продолжают активно использоваться.
Дизайн электронных печатных плат
Каждая отдельно взятая печатная плата электроники (партия плат) предназначена под уникальный функционал. Разработчики электронных печатных плат обращаются к системам проектирования и специализированному «ПО» для компоновки схемы на печатной плате.
Структура фоторезистивного покрытия: 1 — пластиковая плёнка; 2 — сторона наложения; 3 — чувствительная сторона фоторезистивной панели
Разрыв между токопроводящими дорожками обычно измеряется значениями не более 1 мм. Рассчитываются точки расположения отверстий для компонентных проводников или контактных точек.
Вся эта информация переводится под формат ПО компьютера, управляющего сверлильным станком. Аналогичным образом программируется автоматический паяльник для изготовления электронных печатных плат.
Как только схема цепей выложена, негатив изображения схемы (маска) переносится на прозрачный лист пластика. Области негативного изображения, не входящие в образ схемы, отмечены черным цветом, а непосредственно схема остаётся прозрачной.
Промышленное изготовление печатных плат электроники
Технологии изготовления печатных плат электроники предусматривают условия производства с чистой средой. Атмосфера и объекты производственных помещений контролируются автоматикой на присутствие загрязнений.
Многие компании-производители электронных печатных плат практикуют уникальные производства. А в стандартном виде изготовление двухсторонней печатной электронной платы традиционно предусматривает следующие шаги:
Изготовление основания
Сверление и лужение отверстий
Производство рисунка схемы печатной электронной платы
Образец схемы печатной платы создаётся посредством аддитивного либо субтрактивного принципа. В случае аддитивного варианта, подложка покрывается медью по желаемой схеме. При этом необработанной остаётся часть вне схемы.
Технология получения отпечатка схемного рисунка: 1 — фоторезистивная панель; 2 — маска электронной печатной платы; 3 — чувствительная сторона платы
Субтрактивным процессом, прежде всего, покрывается общая поверхность подложки. Затем отдельные участки, не входящие в рисунок схемы, вытравливаются либо вырезаются.
Как проходит аддитивный процесс?
Фольгированная поверхность подложки предварительно обезжиривается. Панели проходят вакуумную камеру. За счёт вакуума слой положительного фоторезистивного материала плотно обжимается по всей фольгированной площади.
Положительным материалом для фоторезиста выступает полимер, обладающий способностью растворимости под излучением ультрафиолета. Условия вакуума исключают возможный остаток воздуха между фольгой и фоторезистом.
Шаблон схемы укладывается поверх фоторезиста, после чего панели подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолета. Поскольку маска оставляет прозрачными области схемы, фоторезист в этих точках попадает под УФ излучение и растворяется.
Затем маска снимается, а панели опыляются щелочным раствором. Этот, своего рода проявитель, помогает растворить облучённый фоторезист по границам областей рисунка схемы. Так, медная фольга остаётся открытой на поверхности подложки.
Далее панели гальванируются медью. Медная фольга выступает катодом в процессе гальванизации. Открытые участки гальванируются до толщины 0,02-0,05 мм. Области, остающиеся под фоторезистом, не гальванируются.
Медные разводы покрывают дополнительно оловянно-свинцовым составом или иным защитным покрытием. Этими действиями предотвращается окисление меди и создаётся резист на следующую стадию производства.
Ненужный фоторезист удаляется с подложки с помощью кислотного растворителя. Медная фольга между рисунком схемы и покрытием обнажается. Так как медь схемы печатной платы защищена оловянно-свинцовым составом, здесь проводник не подвержен воздействию кислоты.
Техника промышленного изготовления электронных плат
Где применяются печатные платы?
Печатная плата – это основа всей современной электроники. Эта деталь есть в каждом устройстве.
Смартфоны, клавиатуры и мыши, ноутбуки и компьютеры – внутри каждого из этих устройств есть одна или несколько печатных плат.
Устройство
Печатная плата состоит из основы, которая не проводит электричество, и электропроводящих схем. К этим схемам прикрепляются различные электронные компоненты. Метод крепления зависит от устройства. Наиболее распространенный метод соединения – пайка. Существуют также другие варианты соединения. Например, на поверхность материнской платы компьютеров крепятся порты, в которые вставляются, так называемые, платы расширений. К ним относится оперативная память. Она также является печатной платой.
Существует множество видов печатных плат, и все они создаются для разных целей. Отличия касаются материала, из которого сделана плата, и её толщины. Вы можете узнать дополнительную информацию на сайте компании А-Контракт.
Изготовление
Компания А-Контракт пользуется в работе стандартами ГОСТ Р 55490 и спецификациями IPC-A-600. Это позволяет контролировать качество продукции на каждом этапе производства. После изготовления сотрудники проверяют плату на наличие всех отверстий и правильность электропроводящих схем.
Собственное производство позволяет инженерам проводить весь спектр тестов. На производстве компании А-Контракт установлено современное оборудование, которое позволяет делать разные виды плат. Ознакомиться с техническими возможностями можно на сайте a-contract.ru.
Сроки и стоимость
Цена и срок изготовления рассчитывается индивидуально в зависимости от того, какую партию вы хотите заказать. Сотрудники компании А-Контракт выполняют заказы любой степени срочности. Чтобы отправить заявку, заполните форму на сайте, или скачайте бланк и отправьте его менеджеру по электронной почте.
Печатные платы
Никогда не думал, что могут понадобиться печатные платы, но однажды пришлось с этим столкнуться на объекте в Санкт-Петербурге. К сожалению, проект изобиловал нестандартными электронными панелями на терминалах. Благо, обеспечение легло не наши плечи, но кое-что усвоил. Даже немного удивило, что где-то требуется индивидуальный заказ на проработку электроники, а не покупка готового оборудования, но ладно.
На объекте оказалась индивидуально проработанная система защиты. Простите, не могу сказать где, и сбросить фотографии, но часто требования бывают такими. То бишь, чтобы не было распространенных методов обхода защиты. Намек дам, этим славятся банки.
В первую очередь выполняется проектировка печатных плат, создается разводка, потом оформляется заказ на выпуск. Так как требования к качеству пластин из диэлектрика оказались довольно высокими, заказали здесь: https://a-contract.ru
Сначала небольшой экскурс. Печатные платы изготавливаются из диэлектрических материалов, например, текстолита. Их вы можете увидеть в материнской плате, на задней стороне процессора, на видеокартах. Практически в любом устройстве, будь то телевизор, мышка, клавиатура, наушники или смартфон, есть плата.
Соответственно, чем выше требования к оборудованию, тем серьезнее требования к производству плат. Потому, есть классы точности:
Класс точности с соответствующими параметрами
Ширина печатного проводника t ( мм)
Расстояние между краями составляющих проводящего рисунка (мм)
Минимальный диаметр отверстия для текстолита с толщиной 1,5 мм. (мм)
Итак, чем выше требования к печатной плате, темы выше будет класс. Ведь с увеличением функционала должно увеличиваться количество проводящих элементов на оной, значит, придется уменьшать зазоры, увеличивать плотность размещения, что сделать довольно тяжело. Соответственно, приходится серьезно подходить к техпроцессу производства.
Как видите, понять, что такое печатные платы довольно легко. Мы сталкиваемся с ними постоянно. Видим, держим в руках, но редко задумываемся о том, насколько сложно их делать.
Сферы применения
Я удивлялся, почему бы не купить готовое оборудование. Но приходится смириться. В банках требования к безопасности на порядок выше. Введенный с панели пароль должен сразу же фиксироваться на сервер безопасности банка. Любое действие либо его отсутствие должны быть зафиксированы. Потому, весь техпроцесс проектируется с нуля самим банком. Впрочем, ничего удивительного.
Под терминалы, настенные кодовые панели и прочие элементы разрабатывается индивидуальный проект, заказываются электронные элементы. После их проработки следует обращение к разработчикам печатных плат, которые прорабатывают проект и размещают все элементы на проработанном диэлектрике.
Готово. Выглядит просто, на самом деле проработка подобного проекта и полная его реализация может занять много времени. Впрочем, изготовление печатных плат при налаженном техпроцессе происходит быстро. Большая часть времени — создание проекта, спецификаций и модификации на основе результатов работы опытного образца.
Точнее сказать довольно трудно. В данной сфере специалистом не являюсь. Но тема довольно интересная и стоило бы посвятить ей чуть больше внимания. Спасибо, надеюсь, вам было интересно ознакомиться. На сайте выше вы сможете найти гораздо больше информации по данному вопросу.