Пцб это: PCB – что это такое, чем открыть формат файла, какими программами, где используются печатные платы, как переводится сокращение

Содержание

PCB – что это такое, чем открыть формат файла, какими программами, где используются печатные платы, как переводится сокращение

«PCB» встречается в литературе, посвященной электронной и компьютерной тематике. Является узкоспециализированным термином и имеет двойное значение в зависимости от сферы ее применения.

Расшифровка термина

PCB расшифровывается, как «printed circuit board», что означает «печатная плата». Это обычная плата, которая есть в любом электронном устройстве. На ней разведены по схеме дорожки, но не установлены детали.

Есть вариант написания PCBA. Это тоже плата, но уже в сборе, на что указывает буква «A» — Assembly, то есть «сборочная». На изделии установлены все детали, и оно готово к установке в электронное устройство.

Также существуют файлы формата PCB. Они связаны с платами, полное их название «Printed Circuit Board Design File». Это специализированные файлы, относятся к текстовому формату. При их помощи происходит создание и сохранение схемы, которая потом отпечатывается на плате.

Формат используется радиолюбителями, инженерами в области электроники. Многие новые программы, создающие радиоэлектронные схемы, перестали использовать файлы с таким расширением. Но существует несколько известных приложений, которые поддерживают данный формат.

Используемые программы

Чаще всего PCB-файлы ассоциируются с приложением ExpressPCB, однако и другие утилиты нередко используют для просмотра этого формата.

ExpressPCB

Программа легка в изучении, имеет понятный интерфейс. ExpressPCB была разработана в США небольшой компанией Engineering Express. Является бесплатно распространяемым ПО. Рабочий стол ExpressPCB выглядит стандартно и не перегружен кнопками.

С ее помощью возможно создать вручную двухслойную — сверху и снизу подложки, печатную плату. На плату можно установить, как DIP-компоненты, так и штырьковые.

После нажатия на пункт Сomponent, выпадет вкладка, в которой есть библиотека простых компонентов — Component Manager.

Возможна проверка правильности соединения деталей, путем задания подсветки несоединенных контактов. Детали в библиотеке пронумерованы, поэтому их проще искать и покупать. Существует пункт «Snap to grid», который помогает правильно разместить компоненты на схеме.

После окончания составления схемы, можно узнать стоимость получившегося блока и отправить заказ на изготовление.

К положительным сторонам приложения можно отнести:

отсутствие платной подписки;
простоту использования;
возможность создания собственной библиотеки радиодеталей;
точность работы программы.

ExpressPCB рекомендуется использовать начинающим радиолюбителям для приобретения опыта.

Eagle Autodesk

Еще одна программа для построения схем, работает со стандартом PCB. Eagle Autodesk имеет больше возможностей, однако, является условно-бесплатной. Расшифровывается «Eagle» следующим образом: «Easily Applicable Graphical Layout Editor», что переводится, как «Легко применимый редактор графических макетов».

В программе существуют 3 подхода к черчению схем:

Schematic Module — в работе используются стандартные блоки.
Layout Editor — чертеж составляется при помощи пользовательских элементов. Можно изменять стандартные, составлять собственные элементы.
Autorouter — возможность автоматизации процесса, данной опции нет в ExpressPCB. Оптимальное местоположение деталей определяется программой.

Программа имеет еще большую базу элементов с их описанием. Можно использовать внешний трассировщик для проверки расположения элементов на плате. Также возможен перевод файлов в другой формат.

Приложение функционирует в трех форматах: professional, standard и light. Первые 2 платные, последний — бесплатный. Для бесплатной версии существуют ограничения:

размер платы ограничен и составляет 10×8 см;
можно составить чертеж только с 2-мя слоями;
разрешено использовать 1 лист для создания схемы.

К достоинствам программы можно отнести следующие характеристики:

совместимость со старыми компьютерами;
возможность пошагового контроля и отмены изменений;
вывод схемы на плоттер или принтер;
даже бесплатная версия удовлетворяет потребности большинства радиолюбителей;
можно сгенерировать трехмерный вид плат.

Приложение поддерживает только английский язык, но можно скачать неофициальные русификаторы.

McCAD

Это полностью платное приложение, имеющее мощный комплекс для начертания и проверки схем.

McCAD состоит из нескольких модулей:

McCAD Schematics. Программа для создания схем. Это графический редактор для просмотра и рисования аналоговых и цифровых чертежей. Хранит в памяти около 60 тыс. элементов и может создавать новые с сохранением их в библиотеке. Неограниченное количество листов в схеме, развитая иерархия.
McCAD 3-SPICE. Выполняет проверку схемы, поведение отдельных элементов. Поддерживает современные типы элементов. Есть возможность провести проверку при наложении шумов, изменении чувствительности и других процессов.
McCAD PCB-ST. Модуль, отвечающий за размещение элементов на плате и правильности разводки. Поддерживает метрическую систему. Минимальное разрешение — 0.001 дюйм. Можно произвести масштабирование объекта. Работает с платами размерами до 32×32 дюйма и поддерживает до 32 слоев.
McCAD Autorouters. Модуль автотрассировки. Состоит из двух частей: TRACKER и TRAILBLAZER. Первый обрабатывает только два слоя и не способен работать интерактивно. Второй работает максимум с 16 слоями с поддержкой интерактивного режима.
Gerber Translator. Блок отвечающий за подготовку платы перед отправкой на производство.

К достоинствам приложения можно отнести мощный функционал, позволяющий изготавливать платы любой сложности.

PCB Creator

PCB Creator также имеет модульную конструкцию. Имеет дружественный интерфейс при мощном функционале.

Содержит в своей библиотеке более 100 тыс. элементов. Может импортировать схемы, диаграммы, библиотеки из других аналогичных приложений. Также можно произвести экспорт модели.

Положительные стороны:

Опция контроля Verification ERC/DRC, позволяющая находить и исправлять ошибки «онлайн».
Мощный автотрассировщик, который, кроме своих возможностей, может задействовать функции сторонних приложений.
Предварительный просмотр схем, диаграмм в режиме 3D.

Многие новые программы для начертания электронных схем отказываются от использования PCB-файлов. Однако наиболее знаменитые и эффективные сохраняют возможность поддержки данного формата.

в чем разница? (Лучшее руководство в 2022 году).

Хотя печатная плата (PCB) и сборка печатной платы (PCBA) часто используются взаимозаменяемо, это не одно и то же.

Так чем же печатная плата и печатная плата отличаются друг от друга?

Вы можете определить печатную плату как плату, на которой могут быть установлены электронные компоненты для завершения запланированной схемы.

Напротив, PCBA относится к плате, в которой все компоненты и части были припаяны и установлены на печатной плате и готовы выполнять свои запрограммированные электронные функции.

Сегодня печатные платы — это небольшие, многоуровневые, сложные и вряд ли их самые ранние предки.

Благодаря передовым инструментам проектирования и методам производства продукт также производится с гораздо более высокими и эффективными темпами, чем раньше.

Даже десять лет назад были замечены только самые дорогие прототипы для HDI и FPGA, но теперь эти разработки легко доступны во всем мире.

Строительные блоки печатных плат (PCB)

Печатные платы состоят из проводящей конструкции, дорожки и подложки, которые обычно изготавливаются из стеклопластиковой эпоксидной смолы.

Например, простые печатные платы могут быть разделены на четыре, шесть или восемь слоев с наиболее распространенными четырех- и шестислойными печатными платами.

Конструкция печатной платы — это печатная часть или печатная схема, или их комбинация.

Электропроводящий рисунок печатается или наносится на изолирующее эпоксидное стекло в соответствии с заданным рисунком.

Печатные платы предназначены для электронных продуктов, таких как телевизоры, мобильные телефоны и комплектующие для ПК.

Также они используются в производстве осветительного и медицинского оборудования, промышленного оборудования.

Печатная плата является важным элементом структуры системы, поскольку она помогает электронике и функционирует как электрическое звено для компонентов.

Отличительными особенностями печатной платы являются:

Легкий и тонкий; подходит для соединения нескольких электронных компонентов в компактном пространстве.
Позволяет обслуживать, отлаживать и проверять оборудование благодаря его графической точности и повторяемости.
Производство может быть автоматизировано для минимизации затрат на электронное оборудование.

Типы печатных плат

Есть несколько типов печатных плат; В частности, есть четыре основных формы печатных плат, а именно:

Односторонние печатные платы

Однослойная или односторонняя печатная плата — это один слой, образованный из основного материала или подложки в один слой.

Одна сторона основного материала покрыта тонким слоем металла. Медь является наиболее часто используемым покрытием, так как она хорошо проводит электрический ток.

Двусторонние печатные платы

Двух- или двусторонние печатные платы снабжены основным материалом, включая медь, с обеих сторон платы с тонкой пленкой проводящего металла. Отверстия, просверленные в плате, позволяют схемам на одной стороне платы присоединяться к схемам на другой стороне.

Цепи и компоненты двухслойной печатной платы обычно соединяются одним или двумя способами; либо с проходным, либо с использованием поверхностного монтажа.

Многослойные печатные платы

Серия из трех или более двухслойных печатных плат состоит из многослойных печатных плат.

Эти плиты затем ламинируются вместе с усовершенствованными препрегами и сердечниками между изоляционными компонентами, чтобы предотвратить расплавление любого компонента излишним теплом.

Многослойные печатные платы доступны в различных размерах, от 4 до 10 или 12 слоев.

В коммерческом масштабе наибольшее количество слоев, созданных в многослойном когда-либо построенном, составляет 50.

Жесткие печатные платы

Жесткие печатные платы — это печатные платы, напечатанные на твердой подложке, которая предотвращает скручивание платы.

Материнская плата компьютера, вероятно, является наиболее распространенным примером жесткой печатной платы.

Материнская плата представляет собой многослойную печатную плату для распределения питания от источника питания, обеспечивая при этом связь между всеми компонентами компьютера, такими как CPU, GPU и RAM.

Гибкие печатные платы

По сравнению с жесткими печатными платами, в которых используются неподвижные материалы, например стекловолокно, гибкие печатные платы сделаны из материалов, которые могут двигаться и гнуться, как пластик.

Гибкие печатные платы доступны в одно-, двух- или многослойных форматах, например, жесткие печатные платы. Их производство, как правило, дороже, потому что их приходится печатать на гибком материале.

Жесткие гибкие печатные платы

Жесткие и гибкие печатные платы представляют собой комбинацию жестких и гибких печатных плат.

Они состоят из нескольких слоев гибких схем, прикрепленных к более чем одной жесткой плате.

Эти печатные платы построены с высокой точностью. Следовательно, он используется в различных медицинских и военных приложениях.

Эти легкие печатные платы обеспечивают 60% экономии веса и места.

Высокочастотные печатные платы

Высокочастотные печатные платы используются в диапазоне частот от 500 МГц до 2 ГГц. Эти печатные платы используются в различных частотно-критических приложениях, таких как системы связи, микроволновые печатные платы, микрополосковые печатные платы и т. Д.

Печатные платы с алюминиевым покрытием

Эти печатные платы используются в приложениях с высокой мощностью, поскольку алюминиевая конструкция помогает отводить тепло.

Печатные платы с алюминиевой подложкой, как известно, обладают высоким уровнем жесткости и низким уровнем теплового расширения, что делает их идеальными для приложений с высокими механическими допусками. Печатные платы используются для светодиодов и источников питания.

Печатные платы необходимы для каждого аспекта нашей повседневной жизни. Наши устройства и ресурсы сосредоточены на печатных платах, которые поддерживают нашу жизнь. Читайте дальше, чтобы узнать об этом невероятном дизайне технологий.

Печатные платы

Как проектируются печатные платы?

Первый шаг включает печать макета схемы с помощью программного обеспечения (такого как Altium), а затем печать на плоттерном принтере.

Внутренний слой представлен чернилами двух цветов; черный для медных проводов и белый для непроводящих участков печатной платы.

Во внешнем слое этот процесс обратный.

Второй шаг включает печать меди на внутреннем слое, затем удаление нежелательной меди, а затем проверку выравнивания слоев и оптический контроль с помощью датчиков слоев.

Третий шаг после осмотра включает ламинирование слоев печатной платы, а после этой панели — сверление.

После процесса сверления панели начинается процесс нанесения покрытия на печатную плату с использованием химикатов для сплавления всех различных слоев печатной платы.

Затем происходит визуализация и нанесение покрытия на внешний слой, что включает в себя процесс травления для лучшего результата.

После этого наносится паяльная маска, а затем она покрывается серебром или золотом. Наконец, происходит процесс проверки навыков, который печатает важную информацию на печатной плате.

Почему придает печатной плате достаточно прочности, чтобы удерживать собранные компоненты?

Материал подложки, используемый для обработки и печати печатных плат, обычно представляет собой эпоксидную смолу, усиленную стекловолокном.

Высококачественные платы производятся для соединения стекловолокна и армированной эпоксидной смолы с медной фольгой; соединены с одной стороной или обеими подложками.

Доски, сформированные из армированной бумагой фенольной смолы с слитой с ней медной фольгой; кажутся менее дорогостоящими.

Печатные платы платы выполнены из меди. Содержимое должно быть натерто или нанесено желаемым рисунком на поверхность субстрата.

Они покрыты свинцово-оловянным покрытием, которое обеспечивает необходимую защиту от окисления в медных цепях.

Контактные пальцы на внешних краях подложки покрыты сочетанием олова, свинца, никеля и золота для оптимальной проводимости.

Важным моментом при выборе печатной платы / печатной платы является то, что печатная плата — это просто плата с напечатанной на ней схемой. PCBA — это полный пакет; в нем есть все компоненты, необходимые и доступные для желаемой цели.

Почему сборка печатной платы важна при разработке продукта?

Как уже объяснялось, печатная плата с прикрепленными компонентами называется собранной печатной платой, а процедура изготовления называется Сборка печатной платы или PCBA для краткости.

Эти крошечные зеленые чипы покрыты линиями и медными компонентами, которые вы найдете в центре выпотрошенных электронных компонентов.

Их рамы сделаны из стекловолокна, меди и других металлических компонентов, покрыты эпоксидной смолой и изолированы паяльной маской.

На одной плате медные линии, называемые дорожками, электрически связывают разъемы и компоненты.

Эти функции запускают сигналы, позволяющие печатной плате работать определенным образом.

Эти функции варьируются от базовых до сложных, но размер печатной платы может быть меньше размера эскиза.

ПОСТУПИВ

Типы сборки печатной платы

За последние несколько десятилетий в индустрии печатных плат произошла революция в области детализации на микроуровне. В индустрии печатных плат используются следующие два основных типа сборки.

Технология поверхностного монтажа (SMT)

Чувствительные компоненты устанавливаются на поверхность платы автоматически, некоторые из них минимальные, например, резисторы или диоды.

Блок поверхностного монтажа называется SMD-сборкой.

Он применяется для небольших компонентов и интегральных схем (ИС).

Некоторые производители могут монтировать корпус размером мин. 01005, даже меньше размера карандаша.

Четыре основных этапа заключаются в следующем:

Организация печатной платы: Процесс сборки начинается с нанесения паяльной пасты на плату, особенно в тех областях, где она необходима.

Вставка компонентов: Следующий этап включает размещение компонентов там, где это необходимо, на плате, и этот процесс завершается с помощью устройства для захвата и размещения.

Пайка оплавлением: После того, как компоненты вставлены, начинается нагрев с помощью сборщика.

В этом процессе нагрев платы достигается внутри печи оплавления посредством сборщика, и этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут сформированы паяные соединения; что происходит за счет обеспечения температуры, необходимой для паяльной пасты.

Осмотр: Последний шаг включает в себя проверку, которая проводится с использованием ассемблера во время процесса SMT.

Технология сквозного отверстия (THT)

Технология сквозных отверстий подходит для компонентов, которые соединяются выводами или проводами путем соединения их через отверстия.

Компоненты собраны на одной стороне платы и припаяны на другой стороне.

Эта технология используется в сборках печатных плат, которые содержат большие компоненты, такие как конденсаторы и сборочные корзины.

Основные этапы этого процесса следующие:

Бурение: Первым шагом в этом процессе является сверление отверстий на доске.

Сделанные отверстия должны быть подходящего размера, чтобы компоненты можно было легко разместить.

Размещение лида: Этот шаг включает размещение свинца, которое выполняется с помощью ассемблера.

Пайка: Этот шаг подтверждает, что используемые компоненты должны храниться в нужном месте, где это необходимо.

Осмотр: Последний шаг включает в себя осмотр, который тщательно проверяет всю сборку, чтобы убедиться, будет ли печатная плата работать должным образом или нет.

Компоненты PCBA

Пустая печатная плата повторно заполняется или упаковывается электронными компонентами для создания работающей печатной платы (PCA) или PCBA в процессе сборки.

Электронные компоненты размещаются в отверстиях, окруженных токопроводящими площадками с помощью технологии отверстий.

Контакты размещаются на печатной плате с помощью SMT, чтобы гарантировать, что контакты совпадают с токопроводящими площадками.

Крепление электронных компонентов по обеим сторонам платы должно быть приклеено клеем с одной стороны платы перед пайкой. Стандартная рабочая процедура тестирования сборки печатной платы следующая.

Плата проверяется визуально при выключенном питании или с помощью автоматического оптического средства контроля.
Отключение питания используется для выполнения анализа аналоговой сигнатуры. Это исследование известно как «проверка отключения питания».
Цепные испытания проводятся с питанием.

Наконец, проводится функциональный тест, чтобы определить, выполняет ли печатная плата свою работу.

Функциональный тест

PCB VS PCBA: анализ надежности

Производственный процесс

Печатные платы проще в производстве, поскольку они не требуют сборки.

Принимая во внимание, что печатная плата сложна из-за различных модулей, которые должны быть подключены, и последующей пайки в печи ее звеньев.

Цена

Стоимость изготовления печатной платы для той же платы намного меньше, чем изготовление системы печатной платы.

Существуют также значительные затраты, связанные с дополнительными элементами PCBA, которые увеличивают общие показатели заключенной PCBA.

Функциональность системы

Печатная плата — это пустая плата. В нем нет компонентов для передачи электричества, в то время как PCBA, наоборот, оснащена всеми необходимыми компонентами и готова к использованию.

упаковка

Печатные платы упаковываются в вакуумную упаковку, а платы PCBA — в отсечную или антистатическую упаковку.

Печатные платы

Ключевой вывод: печатные платы нефункциональны без печатной платы

Функциональность печатной платы достижима только после ее сборки. Следовательно, оба термина «печатная плата» и «печатная плата» тесно связаны.

Некоторые из основных выводов этой статьи заключаются в следующем.

Концептуальная разница: PCB означает печатную плату без покрытия, в то время как PCBA означает платы PCB, оснащенные компонентами, использующими вставную сборку или процесс сборки SMT.

PCBA следует понимать как готовые платы, но PCBA не может быть подсчитана до тех пор, пока печатная плата не будет оснащена компонентами, необходимыми для работы.

Компоненты обычно представляют собой электронные микросхемы, провода и другие электронные компоненты.

Однако это еще не все, поскольку печатные платы поставляются в различных корпусах и спецификациях.

Обычные печатные платы изготавливаются из стекловолоконной эпоксидной смолы и делятся на 4-слойные, 6-слойные и 8-слойные платы; в зависимости от количества сигнальных слоев.

Печатные платы, безусловно, являются фундаментальными строительными блоками всех электрических систем.

Наше общество зависит от успешного внедрения печатных плат для эффективного ведения наших дел.

Все электрические системы людей станут непригодными для использования, если эта базовая технология выйдет из строя.

Есть многообещающие потенциальные возможности для печатных плат и печатных плат в целом.

Мы постоянно движемся к лучшему дизайну и возможности встраивать сверхсложные функции в небольшие печатные платы.

Что такое печатная плата? | Altium

Что означает «печатная плата»? Печатная плата (PCB) — это электронная сборка, в которой используются медные проводники для создания электрических соединений между компонентами. Печатные платы обеспечивают механическую опору для электронных компонентов, так что устройство может быть установлено в корпусе. Проект печатной платы должен включать в себя определенный набор шагов, которые соответствуют производственному процессу, упаковке интегральной схемы и структуре чистой печатной платы.

Проводящие элементы на печатных платах включают медные дорожки, контактные площадки и проводящие плоскости. Механическая структура состоит из изоляционного материала, ламинированного между слоями проводников. Вся конструкция покрыта непроводящей маской для пайки, а поверх маски для пайки нанесен шелкографический материал, чтобы обеспечить легенду для электронных компонентов. После того, как эти этапы изготовления завершены, голая плата отправляется в сборку печатной платы, где компоненты припаяны к плате, и PCBA может быть протестирована.

Дизайн печатных плат превратился в отдельную вертикаль в электронной промышленности. Печатные платы играют важную роль, поскольку они обеспечивают электрические соединения между компонентами, жесткую опору для крепления компонентов и компактный корпус, который можно интегрировать в конечный продукт. Даже самая простая печатная плата должна быть тщательно спроектирована с использованием специализированных пакетов программного обеспечения, а лучшее программное обеспечение может помочь разработать дизайн от концепции до производства. В этой статье мы более подробно рассмотрим, что такое печатная плата, описание их конструкции и некоторые важные моменты, которые необходимо понимать при проектировании печатных плат.

ALTIUM DESIGNER

Самый мощный, современный и простой в использовании инструмент для проектирования печатных плат для профессионального использования.

Все печатные платы состоят из чередующихся слоев проводящей меди со слоями электроизоляционного материала. В процессе производства внутренние медные слои протравливаются, оставляя следы меди, предназначенные для соединения компонентов на печатной плате. Несколько вытравленных слоев ламинируются последовательно, пока не будет завершена стопка печатной платы. Это общий процесс, используемый при изготовлении печатных плат, при котором голая плата формируется перед прохождением через процесс сборки печатной платы.

Прежде чем мы сможем объяснить конструкцию печатной платы, лучше понять, откуда взялись печатные платы. В прошлом электроника проектировалась и собиралась из небольших интегральных схем и дискретных компонентов, которые соединялись вместе с помощью проводов. Сегодня стандартные конструкции могут иметь компоненты с большим количеством выводов с множеством интегральных схем и очень маленькими пассивными компонентами, что делает невозможным ручное соединение компонентов вместе припаянными проводами. Вместо этого медные соединения наносятся непосредственно на изолирующие подложки для формирования электрических соединений, а процессы производства печатных плат развивались вместе со структурными требованиями к электронным блокам и межсоединениям. Многие из современных устройств представляют собой усовершенствованные конструкции HDI с тысячами подключений и несколькими электрическими интерфейсами, которые питают все, от смартфонов до мониторов сердечного ритма и ракет.

До появления печатных плат компоненты упаковывались путем прикрепления отдельных проводов к компонентам и путем крепления компонентов к жесткой подложке. Первоначально эта оригинальная подложка представляла собой материал, называемый бакелит, который использовался для замены верхнего слоя на листе фанеры. Токопроводящие дорожки были образованы путем припайки металлических компонентов к проводам, а более крупные схемы могли содержать множество электронных компонентов с большим количеством проводов. Количество проводов было настолько велико, что они могли запутаться или занимать большое пространство внутри конструкции. Отладка была сложной, а надежность страдала. Производство также было медленным, когда несколько компонентов и их проводные соединения спаивались вручную.

Типы печатных плат

В предыдущем разделе я сосредоточился на типичных печатных платах, которые собираются на жестких подложках, поскольку они наиболее распространены. Однако существуют и другие типы печатных плат, которые изготавливаются из различных материалов. Наиболее распространены следующие типы:

Односторонняя — Компоненты этой платы установлены только на одной поверхности. Задняя поверхность обычно полностью медная (шлифованная) и покрыта паяльной маской.
Двусторонний — Этот тип печатной платы имеет компоненты, установленные на обеих поверхностях. Каждая поверхность определяется как сигнальный слой в стеке печатной платы, поэтому поверхности будут содержать дорожки, передающие сигналы между компонентами.
Многослойные печатные платы — Эти платы имеют проводники на внутренних слоях, которые передают электрические сигналы между компонентами, или внутренние слои могут быть проводящими плоскими слоями. Многослойные печатные платы могут быть односторонними или двусторонними.
Жесткие печатные платы — Эти платы изготовлены и собраны на основе жесткого ламината, такого как стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой класса FR4. Также доступны другие типы жестких ламинированных материалов, которые обеспечивают различные свойства материала для использования в некоторых специализированных приложениях.
Жестко-гибкие печатные платы — Жестко-гибкие печатные платы используют гибкую полиимидную ленту, которая соединяет две или более жестких секций в сборке печатной платы. Гибко-жесткая плата может использоваться, когда в конструкции должен быть какой-либо подвижный элемент, например, складной или гнущийся корпус.
Гибкие печатные платы — Полностью гибкие печатные платы не содержат жестких материалов и полностью изготовлены из гибкой полиимидной ленты. На этих платах могут быть установлены и припаяны компоненты, как на жестких и гибко-жестких печатных платах.
Печатные платы с металлическим сердечником — в этих платах используется металлическая пластина в основном слое (обычно из алюминия), чтобы обеспечить гораздо большую жесткость и рассеивание тепла, чем в обычных жестких печатных платах. Процесс производства печатных плат с металлическим сердечником сильно отличается от стандартного процесса производства жестких печатных плат, и для обеспечения решаемости необходимо учитывать несколько конструктивных моментов. Эти платы распространены в мощном освещении и некоторых промышленных приложениях.
Керамические печатные платы — эти платы менее распространены и используются в приложениях, требующих очень высокой теплопроводности, чтобы плата могла рассеивать большое количество тепла от компонентов.

Процессы изготовления и сборки этих типов печатных плат различаются, но современное программное обеспечение ECAD может помочь разработчикам создать любую из этих плат, если в программном обеспечении применяются правильные правила проектирования печатных плат.

Старые печатные платы в основном включали сквозные компоненты.

На изображении выше у нас есть более старая печатная плата, в которой для обеспечения требуемой функциональности в основном используются сквозные компоненты. Современные печатные платы перешли на компоненты, в основном для поверхностного монтажа (SMD), поскольку они более полезны в двухслойных конструкциях с высокой плотностью. Компоненты SMD в настоящее время являются стандартным типом компонентов, используемым в большинстве приложений, требующих малого форм-фактора, низкой мощности и низкой стоимости. Однако в некоторых приложениях по-прежнему используются сквозные компоненты, поскольку они более надежны и их проще собирать, в том числе вручную. На изображении ниже показан пример современной печатной платы с компонентами SMD высокой плотности.

Современные конструкции печатных плат могут иметь любой тип паяльной маски и, как правило, включают множество компонентов SMD.

Структура и применение печатных плат

Многие важные рабочие характеристики печатной платы определяются в стеке или расположении слоев в печатной плате. Пакет слоев состоит из чередующихся слоев проводящего и изолирующего материала, а также из чередующихся слоев сердечника и препрега (два типа диэлектриков, используемых в пакете слоев). Диэлектрические и механические свойства сердечника и препрега будут определять надежность и целостность сигнала/мощности в конструкции, и их следует тщательно выбирать при проектировании приложений с высокой надежностью. Например, военные и медицинские приложения нуждаются в высоконадежных конструкциях, которые могут быть развернуты в суровых условиях, а для печатной платы для телекоммуникационной системы может потребоваться ламинат из ПТФЭ с низкими потерями в небольшом корпусе.

Пример стека печатных плат показан ниже. В этом примере стек реализует 4-уровневую структуру с двумя внутренними плоскими слоями (L02_GND для земли и L03_PWR для питания). Этот тип стека подходит для устройств IoT, облегченных встроенных систем и многих других конструкций, использующих высокоскоростные протоколы. Расположение внутренней плоскости помогает обеспечить целостность питания, а также обеспечивает некоторую защиту от внешних электромагнитных помех. Слои внутренней плоскости также обеспечивают согласованную опорную точку для сигналов с регулируемым импедансом. Этот тип стека типичен для многих конструкций и часто является отправной точкой для многих современных печатных плат.

Пример чертежа стека, созданного с помощью Draftsman в Altium Designer.

Определение топологии печатной платы

Прежде чем двигаться дальше, важно определить, что такое компоновка печатной платы, с этим термином вы будете часто сталкиваться. это
чертеж САПР, показывающий расположение всех элементов, которые появятся на собранных печатных платах. Это включает в себя все компоненты и медь, которые появятся на обеих сторонах печатной платы. В следующем разделе мы шаг за шагом рассмотрим создание макета печатной платы.

Это не следует путать с конструкцией печатной платы, которая похожа на компоновку печатной платы, но представляет собой простую версию, разработанную без добавления электрических компонентов.

Когда приходит время начинать новый дизайн, печатные платы проходят несколько этапов. Печатные платы производственного уровня разрабатываются с использованием программного обеспечения ECAD или приложения САПР, которое включает в себя множество утилит, предназначенных для проектирования и компоновки печатных плат. Программное обеспечение ECAD создано, чтобы помочь проектировщикам выполнить определенный процесс проектирования печатной платы, начиная с основных электрических чертежей и заканчивая подготовкой производственного файла. Разработка печатной платы следует основному процессу:

Предварительная разработка — На этом этапе выбираются основные компоненты и обычно создаются некоторые основные принципиальные схемы, чтобы можно было спроектировать функциональность платы.
Сбор схем — На этом этапе программное обеспечение ECAD используется для преобразования простых принципиальных схем в электронные чертежи, определяющие электрические соединения между компонентами. Схемные символы используются для обозначения компонентов в конструкции.
Выбор материала и проектирование сборки печатной платы — На этом этапе выбираются ламинированные материалы, а сборка проектируется с учетом потребности в плоских слоях, сигнальных слоях, выделенных каналах маршрутизации и определенных свойствах материалов.
Размещение компонентов — После задания формы платы и импорта компонентов в новую топологию печатной платы компоненты размещаются в топологии в соответствии с механическими требованиями проекта.
Маршрутизация — : После того, как размещение компонентов утверждено, пришло время проложить трассы между компонентами. Инструменты маршрутизации в программном обеспечении ECAD используются для установки геометрии трассы, которая может быть определена на этом этапе с целью обеспечения контроля импеданса (для высокоскоростных сигналов).
Обзор и проверка проекта — После завершения трассировки всегда полезно проверить и оценить проект, чтобы убедиться в отсутствии ошибок или нерешенных проблем. Это можно сделать с помощью ручной проверки или с помощью инструментов моделирования после компоновки.
Подготовка к производству — После того, как проектирование завершено, наступает время подготовки к производству путем создания стандартных производственных файлов. Эти файлы используются в автоматизированном производственном и сборочном оборудовании.

Если вы хотите легко пройти все эти этапы процесса проектирования печатных плат, вам необходимо использовать лучшее программное обеспечение для проектирования с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом и полным набором функций проектирования печатных плат.

Используйте Altium Designer для создания печатных плат

Лучшее в отрасли программное обеспечение ECAD должно быть простым в использовании и освоении, а также должно включать в себя полный набор функций проектирования. Altium Designer — единственное приложение, которое включает в себя все в одной программе, для завершения проектирования и подготовки его к производству не требуются внешние программы.

Altium Designer предоставляет все необходимое для воплощения ваших идей в жизнь. В Altium Designer вы можете создавать что угодно, от простых односторонних плат до сложной электроники высокой плотности.
Узнайте больше об интегрированных инструментах Altium Designer для проектирования печатных плат.

Пользовательский интерфейс

Altium Designer построен на интегрированном механизме правил проектирования, который обеспечивает совместную работу ваших проектных функций в одной программе.
Узнайте больше об интерфейсе проектирования печатных плат в Altium Designer.
Все пользователи Altium Designer могут делиться своими проектами через платформу Altium 365. Команды разработчиков используют Altium 365, чтобы оставаться продуктивными и обмениваться проектными данными в безопасной облачной среде.
Узнайте больше о совместном использовании данных проектирования печатной платы в Altium 365.

3D-просмотр готовой разводки печатной платы в Altium Designer

Единая среда Altium Designer включает в себя все необходимое для проектирования и производства высококачественных сборок печатных плат. Другие программы разделяют ваши важные инструменты дизайна на разные программы с разными рабочими процессами, что затрудняет сохранение производительности и увеличивает ваши расходы на лицензирование. Altium Designer постоянно оценивается как самый простой в освоении и самый простой в использовании, что делает его идеальным для начинающих дизайнеров и опытных профессионалов.

Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентную степень интеграции в электронной промышленности, которая до сих пор относилась к миру разработки программного обеспечения, позволяя разработчикам работать из дома и достигать беспрецедентного уровня эффективности.

Мы только поверхностно рассмотрели возможности Altium Designer на Altium 365. Начните бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.

Основы печатных плат — SparkFun Learn

Главная
Учебники
Основы печатных плат

≡ Страниц

Авторы:
SFUptownMaker

Избранное

Любимый

Обзор

Одним из ключевых понятий в электронике является печатная плата или печатная плата. Это настолько фундаментально, что люди часто забывают объяснить, что такое PCB . В этом учебном пособии будет рассмотрено, из чего состоит печатная плата, и некоторые общие термины, используемые в мире печатных плат.

На следующих нескольких страницах мы обсудим состав печатной платы, рассмотрим некоторую терминологию, рассмотрим методы сборки и кратко обсудим процесс проектирования, лежащий в основе создания новой печатной платы.

Переводы

Minh Tuấn был достаточно любезен, чтобы перевести это руководство на вьетнамский язык. Посмотреть перевод можно здесь.

Что такое печатная плата?

Плата с печатным монтажом является наиболее распространенным названием, но может также называться «платы с печатным монтажом» или «платы с печатным монтажом». До появления печатных плат схемы конструировались с помощью трудоемкого процесса двухточечной проводки. Это приводило к частым отказам в местах соединения проводов и коротким замыканиям, когда изоляция проводов начинала стареть и трескаться.

->
любезно предоставлено пользователем Википедии Wikinaut <-

Значительным достижением стала разработка накрутки проводов, когда провод небольшого сечения буквально наматывается вокруг столба в каждой точке соединения, создавая газонепроницаемое соединение, обладающее высокой прочностью. прочный и легко заменяемый.

По мере перехода электроники от электронных ламп и реле к кремнию и интегральным схемам размер и стоимость электронных компонентов начали уменьшаться. Электроника стала преобладать в потребительских товарах, и стремление уменьшить размер и стоимость производства электронных продуктов заставило производителей искать лучшие решения. Так родилась печатная плата.

PCB — это аббревиатура от печатной платы . Это доска с линиями и контактными площадками, которые соединяют различные точки вместе. На картинке выше есть дорожки, которые электрически соединяют различные разъемы и компоненты друг с другом. Печатная плата позволяет направлять сигналы и питание между физическими устройствами. Припой — это металл, который создает электрические соединения между поверхностью печатной платы и электронными компонентами. Будучи металлом, припой также служит сильным механическим клеем.

Состав

Печатная плата похожа на слоеный пирог или лазанью: чередующиеся слои различных материалов ламинируются вместе с помощью тепла и клея, так что в результате получается единый объект.

Давайте начнем с середины и пройдем дальше.

FR4

Основным материалом или подложкой обычно является стекловолокно. Исторически сложилось так, что наиболее распространенным обозначением этого стекловолокна является «FR4». Это твердое ядро придает печатной плате жесткость и толщину. Существуют также гибкие печатные платы, изготовленные из гибкого высокотемпературного пластика (каптон или его аналог).

Вы найдете множество печатных плат различной толщины; наиболее распространенная толщина продуктов SparkFun составляет 1,6 мм (0,063 дюйма). В некоторых наших продуктах — платах LilyPad и платах Arudino Pro Micro — используется плата толщиной 0,8 мм.

Более дешевые печатные платы и перфорированные платы (показаны выше) будут другие материалы, такие как эпоксидные смолы или фенольные смолы, которые менее долговечны, чем FR4, но намного дешевле.Вы будете знать, что работаете с этим типом печатной платы, когда будете припаивать ее — они имеют очень характерный неприятный запах. Эти типы подложек также обычно встречается в дешевой бытовой электронике.Фенолы имеют низкую температуру термического разложения, из-за чего они расслаиваются, дымят и обугливаются, когда паяльник слишком долго держат на плате.

Медь

Следующий слой представляет собой тонкую медную фольгу, которая приклеивается к плате с помощью нагрева и клея. На обычных двухсторонних печатных платах медь наносится на обе стороны подложки. В недорогих электронных гаджетах печатная плата может иметь медь только с одной стороны. Когда мы говорим о двусторонней плате или двухслойной плате , мы имеем в виду количество медных слоев (2) в нашей лазанье. Это может быть как 1 слой, так и 16 и более слоев.

Печатная плата с открытой медью, без паяльной маски и шелкографии.

Толщина меди может варьироваться и указывается по весу в унциях на квадратный фут. Подавляющее большинство печатных плат содержат 1 унцию меди на квадратный фут, но некоторые печатные платы, рассчитанные на очень большую мощность, могут использовать 2 или 3 унции меди. Каждая унция на квадрат соответствует примерно 35 микрометрам или 1,4 тысячным дюйма толщины меди.

Паяльная маска

Слой поверх медной фольги называется слоем паяльной маски. Этот слой придает печатной плате зеленый (или, в SparkFun, красный) цвет. Он накладывается на медный слой, чтобы изолировать медные дорожки от случайного контакта с другим металлом, припоем или проводящими битами. Этот слой помогает пользователю выполнять пайку в правильных местах и предотвращать перемычки.

В приведенном ниже примере зеленая паяльная маска наносится на большую часть печатной платы, закрывая небольшие дорожки, но оставляя открытыми серебряные кольца и контактные площадки SMD, чтобы их можно было припаять.

Паяльная маска чаще всего зеленого цвета, но возможен практически любой цвет. Мы используем красный цвет почти для всех плат SparkFun, белый — для платы IOIO и фиолетовый — для плат LilyPad.

Шелкография

Белый слой шелкографии наносится поверх слоя паяльной маски. Шелкография добавляет к печатной плате буквы, цифры и символы, которые упрощают сборку и индикаторы, чтобы люди лучше понимали плату. Мы часто используем трафаретные этикетки, чтобы указать, какова функция каждого контакта или светодиода.

Шелкография чаще всего белого цвета, но можно использовать чернила любого цвета. Черные, серые, красные и даже желтые цвета шелкографии широко доступны; однако редко можно увидеть более одного цвета на одной доске.

Терминология

Теперь, когда вы получили представление о структуре печатной платы, давайте определим некоторые термины, которые вы можете услышать при работе с печатными платами:

Кольцевое кольцо — кольцо из меди вокруг металлизированного сквозного отверстия в печатной плате.

Примеры кольцевых колец.

DRC — проверка правил проектирования. Программная проверка вашего дизайна, чтобы убедиться, что он не содержит ошибок, таких как дорожки, которые неправильно соприкасаются, слишком тонкие дорожки или слишком маленькие отверстия.
Попадание сверла — места на конструкции, где должны быть просверлены отверстия, или там, где они фактически были просверлены на плате. Неточные удары сверла, вызванные тупыми битами, являются распространенной производственной проблемой.

Не очень точные, но функциональные удары сверл.

Палец — открытые металлические накладки по краю платы, используемые для соединения двух печатных плат. Типичными примерами являются компьютерные расширения или платы памяти, а также старые видеоигры на основе картриджей.
Мышиные укусы — альтернатива v-score для отделения досок от панелей. Ряд ударов сверла сгруппированы близко друг к другу, создавая слабое место, где доска может быть легко сломана постфактум. Хороший пример см. на платах SparkFun Protosnap.

Укусы мыши на LilyPad ProtoSnap позволяют легко разобрать печатную плату.

Площадка — часть открытого металла на поверхности платы, к которой припаивается компонент.

Контактные площадки PTH (металлизированные сквозные отверстия) слева, контактные площадки SMD (устройства поверхностного монтажа) справа.

Панель — большая печатная плата, состоящая из множества меньших плат, которые перед использованием разбираются на части. Автоматизированное оборудование для обработки печатных плат часто имеет проблемы с меньшими платами, и, объединив несколько плат вместе, можно значительно ускорить процесс.
Трафарет для пасты — тонкий металлический (иногда пластиковый) трафарет, который располагается над платой и позволяет наносить паяльную пасту на определенные участки во время сборки.

Абэ быстро демонстрирует, как выровнять трафарет и нанести паяльную пасту.

Pick-and-place — машина или процесс, с помощью которого компоненты размещаются на печатной плате.

Боб показывает нам машину SparkFun MyData Pick and Place. Это довольно круто.

Плоскость — непрерывный блок меди на печатной плате, определяемый границами, а не путем. Также обычно называется «залить».

Различные части печатной платы, которые не имеют следов, но вместо этого имеют грунтовую заливку.

Сквозное металлизированное отверстие — отверстие в плате, имеющее кольцевое кольцо и металлизированное насквозь. Может быть точкой соединения компонента сквозного отверстия, переходным отверстием для прохождения сигнала или монтажным отверстием.

Резистор PTH, вставленный в печатную плату FabFM, готовый к пайке. Ножки резистора проходят через отверстия. Отверстия с покрытием могут иметь дорожки, соединенные с ними на передней и задней сторонах печатной платы.

Pogo pin — подпружиненный контакт, используемый для временного соединения в целях тестирования или программирования.

Популярный пого-пин с заостренным концом. Мы используем тонны из них на наших тестовых стендах.

Оплавление — расплавление припоя для создания соединений между контактными площадками и выводами компонентов.
Шелкография — буквы, цифры, символы и изображения на печатной плате. Обычно доступен только один цвет, а разрешение обычно довольно низкое.

Шелкография, идентифицирующая этот светодиод как светодиод питания.

Слот — любое некруглое отверстие в плате. Слоты могут быть покрыты или не покрыты. Слоты иногда увеличивают стоимость платы, потому что требуют дополнительного времени для вырезания.

Сложные прорези в ProtoSnap — Pro Mini. Также показано много укусов мыши. Примечание: углы пазов нельзя сделать полностью прямыми, потому что они вырезаны с помощью круглой фрезы.

Паяльная паста — маленькие шарики припоя, взвешенные в гелеобразной среде, которые с помощью трафарета пасты наносятся на контактные площадки для поверхностного монтажа на печатной плате перед размещением компонентов. Во время оплавления припой в пасте плавится, создавая электрические и механические соединения между контактными площадками и компонентом.

Паяльная паста на печатной плате незадолго до размещения компонентов. Обязательно прочитайте о *трафарете пасты выше.*

Припойная ванна — кастрюля, используемая для быстрой ручной пайки плат с компонентами со сквозными отверстиями. Обычно содержит небольшое количество расплавленного припоя, в который быстро погружают плату, оставляя места пайки на всех открытых контактных площадках.
Soldermask — слой защитного материала, накладываемый на металл для предотвращения коротких замыканий, коррозии и других проблем. Часто зеленый, хотя возможны и другие цвета (красный SparkFun, синий Arduino или черный Apple). Иногда упоминается как «сопротивление».

Паяльная маска закрывает сигнальные дорожки, но оставляет контактные площадки для пайки.

Перемычка под пайку — небольшая капля припоя, соединяющая два соседних контакта на компоненте на печатной плате. В зависимости от конструкции для соединения двух контактных площадок или контактов вместе можно использовать перемычку для пайки. Это также может привести к нежелательным шортам.
Поверхностный монтаж — метод конструкции, который позволяет просто устанавливать компоненты на плату, не требуя, чтобы провода проходили через отверстия в плате. Это основной метод сборки, используемый сегодня, и он позволяет быстро и легко заполнять платы.
Термический — небольшая дорожка, используемая для соединения площадки с плоскостью. Если контактная площадка не термически разгружена, становится трудно нагреть контактную площадку до достаточно высокой температуры для создания хорошего паяного соединения. Площадка с ненадлежащим термическим разгрузом будет казаться «липкой», когда вы попытаетесь припаять ее, и потребуется ненормально много времени для оплавления.

Слева площадка для пайки с двумя небольшими дорожками (термиками), соединяющими контакт с заземляющей пластиной. Справа переходное отверстие без термиков, полностью соединяющее его с заземляющим слоем.

Воровство — штриховки, линии сетки или медные точки, оставленные в областях платы, где нет плоскости или следов. Снижает сложность травления, поскольку для удаления ненужной меди требуется меньше времени в ванне.
След — непрерывный путь меди на печатной плате.

-> Небольшая дорожка, соединяющая контактную площадку Reset с другим местом на плате.
Более крупная и толстая дорожка соединяется с выводом питания 5 В . <-

V-score — частичный разрез доски, позволяющий легко отрезать доску вдоль линии.
Via — отверстие в плате, используемое для передачи сигнала с одного уровня на другой. Тентованные переходные отверстия покрыты паяльной маской для защиты от пайки. Переходные отверстия, к которым должны быть присоединены разъемы и компоненты, часто не имеют тентов (открытых), чтобы их можно было легко припаять.

Передняя и задняя часть одной и той же печатной платы с шатровым переходным отверстием. Это сквозное отверстие переносит сигнал с передней стороны печатной платы через середину платы на заднюю сторону.

Припой волной припоя — метод пайки, используемый на платах с компонентами в сквозных отверстиях, при котором плата проходит над стоячей волной расплавленного припоя, который прилипает к открытым контактным площадкам и выводам компонентов.

Как вы разрабатываете собственную печатную плату? Все тонкости проектирования печатных плат слишком глубоки, чтобы вдаваться в них, но если вы действительно хотите начать, вот несколько советов:

Найдите пакет САПР: существует множество недорогих или бесплатных вариантов на рынке проектирования печатных плат. На что обратить внимание при выборе пакета:
- Поддержка сообщества: много ли людей используют пакет? Чем больше людей им пользуется, тем больше вероятность, что вы найдете готовые библиотеки с нужными вам частями.
- Простота использования: если вам больно пользоваться, вы не будете.
- Возможности: некоторые программы накладывают ограничения на ваш дизайн — количество слоев, количество компонентов, размер платы и т. д. Большинство из них позволяют вам платить за лицензию для расширения их возможностей.
- Портативность: некоторые бесплатные программы не позволяют вам экспортировать или преобразовывать ваши проекты, привязывая вас только к одному поставщику. Может быть, это справедливая цена за удобство и цену, а может и нет.
Посмотрите на макеты других людей, чтобы увидеть, что они сделали. Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом делает это проще, чем когда-либо.
Практика, практика, практика.
Сохраняйте низкие ожидания.