Печатная плата


Печатная плата ( PCB ; также печатная плата или PWB ) - это среда, используемая в электротехнике и электронной технике для контролируемого соединения электронных компонентов друг с другом. Он представляет собой ламинированную сэндвич-структуру из проводящих и изолирующих слоев: каждый из проводящих слоев разработан с художественным рисунком из дорожек, плоскостей и других элементов (аналогично проводам на плоской поверхности), вытравленным из одного или нескольких листов листа. медь , ламинированная на листовые слои непроводящей подложки и/или между ними. [1]Электрические компоненты могут быть прикреплены к токопроводящим площадкам на внешних слоях в форме, предназначенной для приема выводов компонента, как правило, посредством пайки , как для электрического соединения, так и для механического крепления их к нему. В другом производственном процессе добавляются сквозные отверстия : сквозные отверстия, которые обеспечивают взаимосвязи между слоями.

Печатные платы используются практически во всех электронных устройствах. Альтернативы печатным платам включают проволочную обмотку и конструкцию «точка-точка », когда-то популярные, но теперь редко используемые. Для печатных плат требуются дополнительные усилия по проектированию схемы, но производство и сборка могут быть автоматизированы. Доступно программное обеспечение для автоматизации электронного проектирования , которое позволяет выполнять большую часть работы по компоновке. Массовое производство схем с печатными платами дешевле и быстрее, чем с другими методами подключения, поскольку компоненты монтируются и подключаются за одну операцию. Одновременно может быть изготовлено большое количество печатных плат, а разводка выполняется только один раз. ПХД также можно производить вручную в небольших количествах с меньшими преимуществами. [2]

Печатные платы могут быть односторонними (один слой меди), двухсторонними (два слоя меди по обе стороны от одного слоя подложки) или многослойными (внешний и внутренний слои меди чередуются со слоями подложки). Многослойные печатные платы обеспечивают гораздо более высокую плотность компонентов, потому что в противном случае дорожки цепей на внутренних слоях заняли бы пространство между компонентами. Рост популярности многослойных печатных плат с более чем двумя и особенно с более чем четырьмя медными плоскостями происходил одновременно с внедрением технологии поверхностного монтажа . Однако многослойные печатные платы значительно усложняют ремонт, анализ и модификацию схем в полевых условиях и, как правило, непрактичны.

Мировой рынок чистых печатных плат превысил 60,2 миллиарда долларов в 2014 году [3] и, по оценкам, к 2024 году достигнет 79 миллиардов долларов [4] [5] .

До разработки печатных плат электрические и электронные схемы были соединены между точками на шасси. Обычно шасси представляло собой раму или поддон из листового металла, иногда с деревянным днищем. Компоненты крепились к шасси, как правило, с помощью изоляторов, когда точка соединения на шасси была металлической, а затем их выводы соединялись напрямую или с помощью перемычек пайкой , а иногда и с использованием обжимных соединителей, наконечников соединителей проводов на винтовых клеммах или другими способами . . Схемы были большими, громоздкими, тяжелыми и относительно хрупкими (даже если не учитывать хрупкие стеклянные оболочки электронных ламп, которые часто включались в схемы), а производство было трудоемким, поэтому продукция была дорогой.

Разработка методов, используемых в современных печатных платах, началась в начале 20 века. В 1903 году немецкий изобретатель Альберт Хансон описал плоские проводники из фольги, приклеенные к изоляционной плите в несколько слоев. Томас Эдисон экспериментировал с химическими методами нанесения проводников на льняную бумагу в 1904 г. Артур Берри в 1913 г. запатентовал метод печати и травления в Великобритании, а в США Макс Шуп получил патент [6] на напыление металла на пламенное напыление. доска через узорчатую маску. Шарль Дюка в 1925 году запатентовал метод нанесения гальванического покрытия. [7]


Плата DVD-плеера. Платы могут быть выполнены в других цветах.
Часть компьютерной платы Sinclair ZX Spectrum 1984 года, печатная плата, показывающая токопроводящие дорожки, переходные отверстия (пути сквозных отверстий к другой поверхности) и некоторые электронные компоненты, установленные с использованием сквозного монтажа.
Пример нарисованных вручную дорожек на печатной плате
Производственная линия бесконтактного взрывателя Mark 53, 1944 г.
Печатная плата как дизайн на компьютере (слева) и реализованная в виде сборки платы, заполненной компонентами (справа). Плата двусторонняя, с металлизацией сквозных отверстий, зеленым припоем и белой легендой. Использовались компоненты как для поверхностного монтажа, так и для сквозного монтажа.
Проходные (выведенные) резисторы
Устройства со сквозным отверстием, установленные на печатной плате домашнего компьютера Commodore 64 середины 1980-х годов.
Коробка сверл, используемых для сверления отверстий в печатных платах. Хотя сверла из карбида вольфрама очень твердые, со временем они изнашиваются или ломаются. Сверление составляет немалую часть стоимости сквозной печатной платы
Компоненты для поверхностного монтажа, включая резисторы, транзисторы и интегральную схему
Печатная плата в компьютерной мыши : сторона компонентов (слева) и сторона с печатью (справа)
Доска, разработанная в 1967 году; крутые кривые на дорожках свидетельствуют о том, что рисунок был выполнен от руки с использованием клейкой ленты.
Линия гальванического покрытия медью печатных плат в процессе нанесения рисунка на медь
Печатные платы в процессе нанесения медного покрытия (обратите внимание на синюю сухую пленку, устойчивую к
Два метода обработки, использованные для изготовления двухсторонней печатной платы со сквозными металлизированными отверстиями.
Прорезанный SDRAM-модуль, многослойная печатная плата ( смонтированная на BGA ). Обратите внимание на переходное отверстие , видимое в виде яркой полосы медного цвета, проходящей между верхним и нижним слоями платы.
Люверсы (полые)
Плата с тестовыми контактными площадками
Модуль дров
Конструкция из кордвуда использовалась в бесконтактных взрывателях .
Коммутационная плата может обеспечить взаимосвязь между двумя несовместимыми разъемами.
Эта коммутационная плата позволяет легко получить доступ к контактам SD-карты , в то же время позволяя осуществлять горячую замену карты.
Разделительная плата позволяет модулю (в данном случае модулю Bluetooth) иметь более крупные контакты.