Obwody elektroniczne składają się z elementów takich jak rezystory, kondensatory, tranzystory i układy scalone połączone ze sobą, aby produkty były tak proste jak dzwonek do drzwi lub tak złożone jak komputer.
Najwcześniejsze obwody montowano ręcznie, żmudną metodą, która w jednej formie polegała na ręcznym cięciu, przycinaniu i lutowaniu wielu luźnych, pojedynczych przewodów. Produkcja w ten sposób była powolna i podatna na błędy. Ponadto rozmieszczenie przewodów różniło się w zależności od technika, co powodowało trudności w sprawdzaniu pracy lub poprawianiu błędów.
Wynalezienie płytki drukowanej, zwanej również płytką PC lub PCB, doprowadziło do szybszego, łatwiejszego montaż elektroniczny i umożliwił tworzenie obwodów z setkami elementów – niemożliwe z prace ręczne.
Typowa płytka drukowana jest zbudowana z płyty epoksydowo-szklanej i zastępuje przewody „śladami” wydrukowanymi fotograficznie, a następnie wytrawionymi chemicznie na warstwach miedzi. Rezultatem jest wzór linii przewodzących bezpiecznie połączonych z płytą i łączących części elektroniczne tak samo jak przewody.
Rodzaje PCB
Wiele typów PCB zostało opracowanych do różnych celów. Niedroga zabawka może używać jednostronny płytka drukowana, ponieważ kilka elementów i niewielka liczba śladów zmieściłoby się po jednej stronie. Większy obwód może wymagać dwustronna PCB, który wymaga śladów po obu stronach, aby wykonać wszystkie niezbędne połączenia.
Jeszcze bardziej złożone obwody wymagają dodatkowych warstw. ZA czterowarstwowy PCB ma dwie warstwy wewnętrzne, zwykle dla połączeń uziemienia i zasilania z komponentami, pozostawiając dwie zewnętrzne warstwy dla okablowania między komponentami. W tym przypadku warstwy wewnętrzne są szerokimi płaszczyznami miedzi, co zapewnia wysokiej jakości dystrybucję mocy i doskonałe ekranowanie przed szumami – wyraźne zalety PCB w porównaniu z płytami okablowanymi ręcznie.
Komputery stacjonarne i laptopy mają wiele układów scalonych z tysiącami połączeń między nimi. Potrzebują wielowarstwowy płytka drukowana, która może mieć ponad 40 warstw i śladów cienkich jak ludzki włos. Ten typ PCB pozwala na zajęcie dużego, złożonego obwodu na małej powierzchni.
Chociaż większość płytek drukowanych jest wykonana z włókna szklanego epoksydowego, zamiast tego można zastosować inne materiały, takie jak papier fenolowy lub teflon, aby spełnić wymagania produktu. Typowe płytki PCB są sztywne, ale można je również wykonać z cienkich arkuszy odpornego na temperaturę tworzywa sztucznego, które można złożyć, aby zmieścić się w małych lub nietypowych przestrzeniach.
Projektowanie i produkcja PCB
Inżynierowie projektują teraz płytki PCB z komputerami, które pomagają tworzyć i sprawdzać rozmieszczenie komponentów oraz prowadzenie ścieżek między nimi. Gotowy projekt można następnie przesłać cyfrowo do firmy specjalizującej się w produkcji płyt.
Ponieważ mogą być produkowane masowo z dużą prędkością, płytki z obwodami drukowanymi kosztują znacznie mniej niż równoważna płytka okablowana ręcznie. W przeciwieństwie do płyt okablowanych ręcznie, maszyny mogą szybko instalować komponenty na płytce drukowanej i lutować je wszystkie naraz.
Dodatkowe zalety PCB
Technologia płytek drukowanych, z połączeniami o dużej gęstości i cienkimi ścieżkami, pozwala na stosowanie coraz mniejszych urządzeń elektronicznych do coraz bardziej kompaktowych produktów. W skrajnym przypadku elementy pasywne, takie jak rezystory, są niewiele większe niż ziarenka piasku; układy scalone mogą mieć setki połączeń upakowanych w przestrzeni wielkości paznokcia.
Ponieważ masowo produkowane płytki PCB o tym samym projekcie są identyczne, można je łatwo przetestować w celu zdiagnozowania i naprawy problemów. Płytki PCB mają wyraźnie określone ślady i komponenty, które są oznaczone na powierzchni płytki, co jest istotną pomocą dla techników serwisowych.
Zapewniając stabilną podstawę dla komponentów i eliminując zmienność powodowaną przez ręczne okablowanie, płytki drukowane znacznie zwiększyły niezawodność produktów elektronicznych.
Części nie poruszają się, gdy płyta się trzęsie, co jest ważne w przypadku płytek drukowanych w pojazdach takich jak samochody czy statki kosmiczne. Komponenty mogą być umiejscowione w sposób ograniczający przechwytywanie zakłóceń elektronicznych między nimi lub ze źródeł zewnętrznych. Spójne rozmieszczenie komponentów i śladów oznacza stałą wydajność, co ma kluczowe znaczenie dla wszystkich naszych złożonych nowoczesnych urządzeń, od smartfonów po laptopy.