Piirilevyn perusteet

Mikä on PCB?

Piirilevy on kuparilaminoitu ja johtamaton piirilevy, jossa kaikki sähkö- ja elektroniikkakomponentit on kytketty yhteen samaan piirilevyyn fyysisellä tuella kaikille komponenteille, joissa on kartongin pohja. Kun piirilevyä ei kehitetä, kaikki komponentit kytketään tuolloin johtoon, joka lisää piirin monimutkaisuutta ja vähentää luotettavuutta, tällä tavalla emme voi tehdä kovin suurta piiriä kuten emolevy. Piirilevyssä kaikki komponentit on kytketty ilman johtoja, kaikki komponentit on kytketty sisäisesti, joten se vähentää piirin yleisen suunnittelun monimutkaisuutta. Piirilevyä käytetään sähkön ja liitettävyyden tarjoamiseen komponenttien välillä, jolla se toimii suunnitellusti. Piirilevyt voidaan räätälöidä käyttäjän vaatimusten mukaan. Se löytyy monista elektroniikkalaitteista, kuten; TV, mobiili, digitaalikamera, tietokoneiden osat, kuten; Grafiikkakortit, emolevyt jne. Sitä käytetään myös monilla aloilla, kuten; lääkinnälliset laitteet, teollisuuskoneet, autoteollisuus, valaistus jne.

Piirilevytyypit:

Piirille on saatavana useita tyyppisiä piirilevyjä. Tämän tyyppisistä piirilevyistä meidän on valittava sopiva piirilevytyyppi sovelluksemme mukaan.

1. Yksikerroksinen piirilevy
2. Kaksikerroksinen piirilevy
3. Monikerroksinen piirilevy
4. Joustava piirilevy
5. Alumiinipohjainen piirilevy
6. Joustava jäykkä piirilevy

1) Yksikerroksinen piirilevy:

Yksikerroksinen piirilevy tunnetaan myös nimellä yksipuolinen piirilevy. Tämän tyyppinen piirilevy on yksinkertainen ja eniten käytetty piirilevy, koska nämä piirilevyt on helppo suunnitella ja valmistaa. Tämän piirilevyn toinen puoli on päällystetty kerroksella mitä tahansa johtavaa materiaalia. Yleensä kuparia käytetään johtavana materiaalina piirilevyjä varten, koska kuparilla on erittäin hyvät johtavuusominaisuudet. Juotemaskikerrosta käytetään suojaamaan PCB: tä hapettumiselta, jota seuraa silkkiseinä kaikkien PCB: n komponenttien merkitsemiseksi. Tämän tyyppisessä piirilevyssä vain yhtä piirilevyn puolta käytetään erityyppisten sähkö- tai elektroniikkakomponenttien, kuten vastuksen, kondensaattorin, induktorin jne., Kytkemiseen. Nämä komponentit on juotettu. Näitä piirilevyjä käytetään edullisissa ja irtotavaran valmistussovelluksissa, kuten laskimissa, radiossa, tulostimissa ja SSD-asemissa.

2) Kaksikerroksinen piirilevy:

Kaksikerroksinen piirilevy tunnetaan myös nimellä kaksipuolinen piirilevy. Kuten nimestä voi päätellä, tämän tyyppisessä piirilevyssä ohut kerros johtavaa materiaalia, kuten kuparia, levitetään levyn ylä- ja alapuolelle. Piirilevyssä koostuu eri levykerroksesta via, jolla on kaksi tyynyä vastaavassa asennossa eri kerroksilla. Nämä on kytketty sähköisesti reiällä levyn läpi, joka on esitetty kuvassa 2b. Joustavampi, suhteellisen alhaiset kustannukset ja tämäntyyppisten piirilevyjen tärkein etu on sen pienempi koko, joka tekee piiristä pienikokoisen. Tämän tyyppistä piirilevyä käytetään enimmäkseen teollisuuden ohjaimissa, muuntimissa, UPS-järjestelmissä, LVI-sovelluksissa, puhelimissa, vahvistimissa ja virranvalvontajärjestelmissä.

3) Monikerroksinen piirilevy:

Monikerroksisessa piirilevyssä on enemmän kuin kaksi kerrosta. Se tarkoittaa, että tämän tyyppisessä PCB: ssä on vähintään kolme johtavaa kuparikerrosta. Levyn kiinnittämiseksi liima on eristekerroksen välissä, mikä varmistaa, että ylimääräinen lämpö ei vahingoita piirin mitään komponenttia. Tämän tyyppinen piirilevysuunnittelu on hyvin monimutkaista ja sitä käytetään hyvin monimutkaisissa ja suurissa sähkötehtävissä hyvin pienessä tilassa ja pienikokoisessa piirissä. Tämän tyyppistä piirilevyä käytetään suurissa sovelluksissa, kuten GPS-tekniikassa, satelliittijärjestelmässä, lääketieteellisissä laitteissa, tiedostopalvelimessa ja tietojen tallennuksessa.

4) Joustava piirilevy:

Joustava piirilevy tunnetaan myös nimellä Flex-piiri. Tämän tyyppisessä piirilevyssä käytettiin joustavaa muovimateriaalia, kuten polymidi, PEEK (polyeetterieetteriketoni) tai läpinäkyvä johtava polyesterikalvo. Piirilevy on yleensä sijoitettu taitettuina tai kierrettyinä. Tämä on hyvin monimutkainen piirilevy, ja se sisältää myös erilaisia ​​kerroksia, kuten yksipuolinen taipuisa piiri, kaksipuolinen joustava piiri ja monipuolinen joustava piiri. Joustavaa piiriä käytetään orgaanisissa valodiodeissa, LCD-valmisteissa, joustavissa aurinkokennoissa, autoteollisuudessa, matkapuhelimissa, kameroissa ja monimutkaisissa elektroniikkalaitteissa, kuten kannettavissa tietokoneissa.

5) jäykkä piirilevy:

Jäykät piirilevyt on valmistettu kiinteästä materiaalista, joka ei salli PCB: n kiertymistä. Kuten joustavalla piirilevyllä, jäykällä piirilevyllä on myös erilainen kerroksen kokoonpano, kuten yksikerroksinen, kaksikerroksinen ja monikerroksinen jäykkä piirilevy. Tämän piirilevyn muoto ei muutu asennuksen jälkeen. Tätä piirilevyä ei voida taivuttaa pohjan muodon mukaan, minkä vuoksi tämä piirilevy tunnetaan nimellä RIGID PCB. Tämän tyyppisen piirilevyn käyttöikä on erittäin korkea, joten sitä käytetään monissa tietokoneen osissa, kuten RAM, GPU ja CPU. Yksinkertainen muotoilu ja eniten käytetty ja eniten valmistettava piirilevy on yksipuolinen jäykkä piirilevy. Monikerroksinen jäykkä PCB voi olla kompaktimpi sisältäen 9-10 kerrosta.

6) Joustava jäykkä piirilevy:

Joustavan piirin ja jäykän piirin yhdistelmä on tärkein levy. Joustavat jäykät levyt koostuvat useista kerroksista joustavaa piirilevyä, jotka on kiinnitetty useisiin jäykkiin piirilevykerroksiin. Joustava jäykkä levy on kuvan mukainen. Sitä käytetään matkapuhelimissa, digitaalikameroissa ja autoissa jne.

Piirilevyjen tyypit asennusjärjestelmän mukaan

1. Läpireikä PCB
2. Pinta-asennettava piirilevy

1) Läpireikä PCB:

Tämän tyyppisessä piirilevyssä meidän on tehtävä reikä piirilevyn poralla. Näihin reikiin komponenttien johdot asennetaan ja juotetaan piirilevyn vastakkaisella puolella oleviin tyynyihin. Tämä tekniikka on hyödyllisin, koska se antaa enemmän mekaanista tukea sähkökomponenteille ja erittäin luotettavaa tekniikkaa komponenttien kiinnittämiseen, mutta piirilevyn poraus tekee siitä kalliimpaa. Yksikerroksisessa piirilevyssä tämä kiinnitystekniikka on helppo toteuttaa, mutta kaksikerroksisen ja monikerroksisen piirilevyn valmistusreikä on vaikeampi.

2) Pinta-asennettava piirilevy:

Tämän tyyppisessä piirilevyssä komponentit ovat kooltaan pieniä, koska näillä komponenteilla on hyvin pieni lyijy tai johtoja ei tarvita asennettavaksi levylle. Tässä tekniikassa SMD-komponentit asennetaan suoraan levyn pinnalle eivätkä tarvitse reikää aluksella.

Piirilevyn eri osat:

Tyyny: Tyyny ei ole muuta kuin pala kuparia, jolle komponenttien lyijy on asennettu ja juotetaan. Tyyny tarjoaa mekaanisen tuen komponenteille.

Jälki: Piirilevyssä komponentteja ei ole kytketty johtojen avulla. Kaikki komponentit on kytketty johtavaan materiaaliin, kuten kupariin. Tämä piirilevyn kupariosa, jota käytetään kaikkien komponenttien liittämiseen, joka tunnetaan nimellä jäljitys. Trace näyttää kuvan alapuolelta.

Tasot: Sovelluksen, piirin kustannusten ja käytettävissä olevan tilan mukaan käyttäjä voi valita piirilevyn kerroksen. Yksinkertaisin rakenteeltaan, helppo suunnitella ja hyödyllisin rutiininomaisessa elämässä on yksikerroksinen piirilevy. Mutta erittäin suurelle ja monimutkaiselle piirille kaksikerroksinen PCB tai monikerroksinen PCB on edullisin verrattuna yksikerroksiseen PCB: hen. Nyt päivässä monikerroksisessa piirilevyssä voidaan liittää 10–12 kerrosta, ja kriittisin asia on kommunikoida eri kerrosten komponenttien välillä.

Silkkikerros: Silkkikerrosta käytetään linjan, tekstin tai minkä tahansa taiteen tulostamiseen piirilevyn pinnalle. Yleensä käytetään silkkipainoon epoksimustetta. Silkkikerrosta voidaan käyttää piirilevyn ylä- ja / tai alakerrassa käyttäjän vaatimusten mukaan, joka tunnetaan silkkipainona TOP ja silkkipohja BOTTOM.

Ylä- ja alakerros: Piirilevyn yläkerroksessa kaikki komponentit on asennettu tähän piirilevykerrokseen. Yleensä tämä kerros on vihreää. PCB: n pohjakerroksessa kaikki komponentit juotetaan reiän läpi ja komponenttien lyijy tunnetaan PCB: n pohjakerroksena. Joskus ylä- ja / tai alakerroksessa PCB on päällystetty vihreällä värikerroksella, joka tunnetaan nimellä juotosmaski.

Juotosmaski: Kuparikerroksen päällä on yksi ylimääräinen kerros, jota kutsutaan juotemaskiksi. Tällä kerroksella on yleensä vihreä väri, mutta se voi olla mitä tahansa väriä. Tätä eristekerrosta käytetään estämään tyynyjen vahingossa tapahtuva kosketus PCB: n muun johtavan materiaalin kanssa.

PCB-materiaalit:

Pääelementti on dielektrinen substraatti, joka on jäykkä tai taipuisa. Tätä dielektristä substraattia käytetään johtavan materiaalin kanssa, kuten kupari. Dielektrisenä materiaalina käytetään lasisia epoksilaminaatteja tai komposiittimateriaaleja.

1) FR4:

FR on TULIPALO. Kaikentyyppisille piirilevyjen valmistukselle yleisimpiä lasilaminaattimateriaaleja ovat FR4. Kudottuihin lasiepoksiyhdisteisiin perustuva FR4 on komposiittimateriaali, joka on hyödyllisin, koska se tarjoaa erittäin hyvän mekaanisen lujuuden.

FR4	Lasisiirtymälämpötila
Vakio	130	Yleisin ja laajalti käytetty Halvin
Korkeammalla lasittumislämpötilalla	170-180	Yhteensopiva lyijyttömän reflow-tekniikan kanssa
Halogeeni vapaa	-	Yhteensopiva lyijyttömän reflow-tekniikan kanssa

2) FR-1 ja FR-2:

Tämä materiaali on valmistettu paperi- ja fenoliyhdisteistä ja tätä materiaalia käytetään vain yksikerroksiseen PCB: hen. Sekä FR1: llä että FR2: lla on samanlaiset ominaisuudet, ainoa ero on lasittumislämpötila. FR1: llä on korkeampi lasittumislämpötila kuin FR2: lla. Nämä materiaalit on jaoteltu myös standardeiksi, halogeenittomiksi ja ei-hydrofobisiksi.

3) CEM-1:

Tämä materiaali on valmistettu paperista ja kahdesta kerroksesta kudottua lasia epoksi- ja fenoliyhdisteitä, ja tätä materiaalia käytetään vain yksipuoliseen PCB: hen. CEM-1: tä voidaan käyttää FR4: n sijasta, mutta CEM1: n hinta on korkeampi kuin FR4.

4) CEM-3:

tämä materiaali on valkoista lasista epoksiyhdistettä, jota käytetään enimmäkseen kaksikerroksisessa PCB: ssä. CEM-3: lla on alhaisempi mekaaninen lujuus verrattuna FR4: ään, mutta se on halvempaa kuin FR4. Joten tämä on hyvä vaihtoehto FR4: lle.

5) Polyimidi:

Tätä materiaalia käytetään joustavassa piirilevyssä. Tämä materiaali on valmistettu keptonista, rogereista, dupontista. Tällä materiaalilla on hyvät sähköiset ominaisuudet, kimmoisuus, laaja lämpötila-alue ja korkea kemiallinen kestävyys. Tämän materiaalin käyttölämpötila on -200 ͦC - 300 ͦC.

6) Prepreg:

Prepreg tarkoittaa esikyllästettyä. Se on hartsilla kyllästetty lasikuitu. Nämä hartsit on esikuivattu, joten kuumennettaessa ne virtaavat, tarttuvat ja upotetaan kokonaan. Prepregillä on liimakerros, joka antaa samanlaisen lujuuden kuin FR4. Tästä materiaalista on monia versioita hartsipitoisuuden, SR-standardihartsin, MR-keskihartsin ja HR-korkean hartsin mukaan. Tämä valitaan vaaditun paksuuden, kerroksen rakenteen ja impedanssin mukaan. Tätä materiaalia on saatavana myös korkeassa lasittumislämpötilassa ja halogeenittomana.

Piirilevyjen suunnitteluohjelmisto:

Alla on joitain suosituimpia piirilevyjen suunnitteluohjelmistoja. Voit tietää lisää näistä piirilevyjen suunnitteluohjelmistoista täältä.

Kotka:

EAGLE on suosituin ja helpoin tapa suunnitella piirilevyjä. EAGLE tarkoittaa helposti sovellettavaa graafisen asettelun muokkausohjelmaa, jonka on aiemmin kehittänyt CadSoft Computer. Piirikaavion suunnittelua varten EAGLE: llä on kaavamainen editori. EAGLE-tiedostotunniste on.SCH, ja eri osat ja komponentit määritellään.LBR-laajennuksessa. Board-tiedostotunniste on.BRD.

Multisim:

Multisim on myös erittäin tehokas ja helppo oppimisohjelmisto. Alun perin sen on kehittänyt Electronics Workbench ja nyt se on jako National Instruments (NI). Se sisältää mikrokontrollerisimulaation (MultiMCU) ja integroidut tuonnin vientiominaisuudet piirilevyn asetteluohjelmistoon. Tätä ohjelmistoa käytetään laajalti akateemisessa ja myös teollisessa piirikoulutuksessa.

EasyEDA:

EasyEDA on ohjelmisto, jota käytetään piirien suunnitteluun ja simulointiin. Tämä ohjelmisto on integroitu työkalu kaavamaiseen sieppaukseen, SPICE-piirisimulaatioon, joka perustuu Ngspice- ja PCB-asetteluihin. Tämän ohjelmiston tärkein etu on, että se on web-pohjainen ohjelmisto, jota käytetään selainikkunassa. Joten tämä ohjelmisto on riippumaton käyttöjärjestelmästä.

Altium-suunnittelija:

Tämän ohjelmiston on kehittänyt australialainen ohjelmistoyritys Altium Limited. Tämän ohjelmiston pääominaisuus on kaavamainen sieppaus, 3D-piirilevysuunnittelu, FPGA-kehitys ja julkaisun / tiedon hallinta. Tämä on ensimmäinen ohjelmisto, joka tarjoaa piirilevyn 3D-visualisoinnin ja puhdistuman suoraan PCB-editorista.

KiCad: Tämän ohjelmiston on kehittänyt jean-pierre charras. Tällä ohjelmistolla on työkaluja, joilla voidaan luoda BoM (Bill of Material), kuvitus ja 3D-näkymä piirilevystä sekä kaikista piirissä käytetyistä komponenteista. Tämän ohjelmiston kirjastossa on monia komponentteja, ja on ominaisuus, jonka käyttäjä voi lisätä mukautetut komponentit. Tämä ohjelmisto tukee monia ihmisten kieliä.

CircuitMaker: Tämän ohjelmiston on kehittänyt myös Altium. Tämän ohjelmiston kaavioeditori sisältää peruskomponenttien sijoittelun, ja tätä ohjelmistoa käytetään kehittyneiden monikanavaisten ja hierarkkisten kaavioiden suunnitteluun. Kaikki kaaviot ladataan palvelimelle, ja nämä tiedostot ovat kaikkien nähtävissä, jos tarvitset CircuitMaker-tiliä.