Печатные платы. Основные понятия и терминология печатных плат
Что представляет из себя печатная плата?
Печатная плата или плата, представляет собой пластину или панель состоящее из одного или двух проводящих рисунков, расположенных на поверхности диэлектрического основания, или из системы проводящих рисунков, расположенных в объеме и на поверхности диэлектрического основания, соединенных между собой в соответствии с принципиальной электрической схемой, предназначенное для электрического соединения и механического крепления устанавливаемых на нем изделий электронной техники, квантовой электроники и электротехнических изделий – пассивных и активных электронных компонентов.
Самый простой печатной платой является плата, которая содержит медные проводники на одной из сторон печатной платы и связывает элементы проводящего рисунка только на одной из ее поверхностей. Такие платы известны как однослойные печатной платы или односторонние печатные платы (сокращенно – ОПП).
На сегодняшний день, самые популярные в производстве и наиболее распространенные печатные платы, которые содержат два слоя, то есть, содержащие проводящий рисунок с обеих сторон платы – двухсторонни (двухслойные) печатные платы (сокращённо ДПП). Для соединения проводников между слоями используются сквозные монтажные и переходные металлизированные отверстия. Тем не менее, в зависимости от физической сложности конструкции печатной платы, когда разводка проводников на двусторонней плате становится слишком сложной, на производстве заказывается многослойные печатные платы (сокращённо МПП), где проводящий рисунок формируется не только на двух внешних сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. В зависимости от сложности, многослойные печатные платы могут быть изготовлены из 4,6, ….24 или более слоев.
Для монтажа электронных компонентов на печатные платы, необходима технологическая операция – пайка, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных металлов путём введения между контактами деталей расплавленного металла – припоя, имеющего более низкую температуру плавления, чем материалы соединяемых деталей.
Спаиваемые контакты деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение. Этот процесс можно сделать вручную или с помощью специализированной техники. Перед пайкой, компоненты размещаются на печатной плате выводами компонентов в сквозные отверстия платы и припаиваются к контактным площадкам и/или металлизированной внутренней поверхности отверстия – т.н. технология монтажа в отверстия (THT Through Hole Technology – технология монтажа в отверстия или др. словами – штыревой монтаж или DIP-монтаж).
Так же, все большее распространение, в особенности, в массовом и крупносерийном производстве, получила более прогрессивная технология поверхностного монтажа – также называемая ТМП (технология монтажа на поверхность) или SMT (surface mount technology) или SMD-технология (от surface mount device – прибор, монтируемый на поверхность).
Основным ее отличием от «традиционной» технологии монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются и паяются на контактные площадки (англ. land), являющиеся частью проводящего рисунка на поверхности печатной платы. В технологии поверхностного монтажа, как правило, применяются два метода пайки: пайка оплавлением припойной пасты и пайка волной. Основное преимущество метода пайки волной – возможность одновременной пайки компонентов, монтируемых как на поверхность платы, так и в отверстия. При этом пайка волной является самым производительным методом пайки при монтаже в отверстия. Пайка оплавлением основана на применении специального технологического материала – паяльной пасты. Она содержит три основных составляющих: припой, флюс (активаторы) и органические наполнители. Паяльная паста наносится на контактные площадки либо с помощью дозатора, либо через трафарет, затем устанавливаются электронные компоненты выводами на паяльную пасту и далее, процесс оплавления припоя, содержащегося в паяльной пасте, выполняется в специальных печах путем нагрева печатной платы с компонентами.
Для избежания и/или предотвращения случайного короткого замыкания проводников из разных цепей в процессе пайки, производители печатных плат применяют защитную паяльную маску (англ. solder mask; она же «зеленка») – слой прочного полимерного материала, предназначенного для защиты проводников от попадания припоя и флюса при пайке, а также от перегрева. Паяльная маска закрывает проводники и оставляет открытыми контактные площадки и ножевые разъемы. Наиболее распространенные цвета паяльной маски, используемые в печатных платах – зеленый, затем красный и синий.
Следует иметь в виду, что паяльная маска не защищает плату от влаги в процессе эксплуатации платы и для влагозащиты используются специальные органические покрытия. В наиболее популярных программах систем автоматизированного проектирования печатных плат и электронных приборов (сокращённо САПР – CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro , Expedition PCB, Genesis), как правило, существуют правила, связанные с паяльной маской.
Эти правила определяют расстояние/отступ, которое необходимо соблюсти, между краем паяемой площадки и границей паяльной маски. Эта концепция иллюстрируется на рисунке 2 (а).
Рис 2. Расстояние от площадки до маски (а) и маркировка (b)
Шелкография или маркировка.
Маркировка (англ. Silkscreen, legend) является процессом, в котором производитель наносит информацию о электронных компонентах и которая способствует облегчить процесс сборки, проверки и ремонта. Как правило, маркировка наносится для обозначения контрольных точек, а также положения, ориентации и номинала электронных компонентов.
Также она может быть использована для любых целей конструктора печатных плат, например, указать название компании, инструкцию по настройке (это широко используется в старых материнских платах персональных компьютеров) и др. Маркировку можно наносить на обе стороны платы и ее, как правило, наносят методом сеткографии(шелкография) специальной краской (с термическим или УФ отверждением) белого, желтого или черного цвета.
На рисунке 2 (b) показаны обозначение и область расположения компонентов, выполненные маркировкой белого цвета.
Структура слоев в САПР
Как уже отмечалось в начале этой статьи, печатные платы могут быть сделаны из нескольких слоев. Когда печатная плата разработана с помощью САПР, часто можно увидеть в структуре печатной платы несколько слоев, которые не соответствуют необходимым слоям с разводкой из проводящего материала (меди). Например, слои с маркировкой и паяльной маской являются непроводящими слоями. Наличие проводящих и непроводящих слоев может привести к путанице, так как производители используют термин слой, когда они имеют в виду только токопроводящие слои. С этого момента, мы будем использовать термин «слои» без «САПР», только когда речь идет о проводящих слоях. Если мы используем термин «слои САПР» мы имеем в виду все виды слоев, то есть проводящие и непроводящие слои.
Структура слоев в САПР:
1 – Top silkscreen – верхний слой маркировки (непроводящий)
2 – Top soldermask – верхний слой паяльной маски (непроводящий)
3 – Top paste mask – верхний слой паяльной пасты (непроводящий)
4 – Top Layer 1 – первый/верхний слой (проводящий)
5 – Substrate – базовый диэлектрик (непроводящий)
6 – Int Layer 2 – второй/внутренний слой (проводящий)
.
..
n – Bottom Layer n – нижний слой(проводящие)
n-1 – Substrate – базовый диэлектрик (непроводящий)
n +1 – Bottom paste mask – Нижний слой паяльной пасты (непроводящий)
n +2 – Bottom soldermask Нижний слой паяльной маски (непроводящий)
n +3 – Bottom silkscreen Нижний слой маркировки (непроводящий)
На рисунке 3. показаны три различных структур слоев. Оранжевый цвет подчеркивает проводящие слои в каждой структуре. Высота структуры или толщина печатной платы может варьироваться в зависимости от назначения, однако наиболее часто используется толщина 1,5мм.
Типы корпусов электронных компонентов
Сегодня на рынке присутствует большое разнообразие типов корпусов электронных компонентов. Обычно, для одного пассивного или активного элемента существует несколько типов корпусов. Например, вы можете найти одну и ту же микросхему и в корпусе QFP (от англ.
Quad Flat Package — семейство корпусов микросхем, имеющих планарные выводы, расположенные по всем четырём сторонам) и в корпусе LCC (от англ. Leadless Chip Carrier – представляет собой низкопрофильный квадратный керамический корпус с расположенными на его нижней части контактами).
В основном существует 3 больших семейств электронных корпусов:
Thru-Hole – корпуса для монтажа в отверстия, которые имеют контакты, предназначенные для сквозной установки через монтажные отверстие в печатной плате. Такие компоненты паяются на противоположной стороне платы, где был вставлен компонент. Как правило, эти компоненты смонтированы только на одной стороне печатной платы.
SMD / SMT – корпуса для поверхностного монтажа, которые паяются на одну сторону платы, где помещен компонент. Преимущество этого вида компоновки корпуса является то, что он может быть установлен на обе стороны печатной платы и кроме того, эти компоненты меньше чем корпуса для монтажа в отверстия и позволяют проектировать платы меньших габаритов и с более плотной разводкой проводников на печатных платах.
BGA (Ball Grid Array- массив шариков) -тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем). BGA выводы представляют собой, шарики из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы. Микросхему располагают на печатной плате и нагревают с помощью паяльной станции или инфракрасного источника, так что шарики начинают плавиться. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плате. У BGA длина проводника очень мала, и определяется расстоянием между платой и микросхемой, таким образом, применение BGA позволяет увеличить диапазон рабочих частот и увеличить скорость обработки информации. Так же технология BGA имеет лучший тепловой контакт между микросхемой и платой, что в большинстве случаев избавляет от установки теплоотводов, поскольку тепло уходит от кристалла на плату более эффективно. Чаще всего BGA используется в компьютерных мобильных процессорах, чипсетах и современных графических процессорах.
Контактная площадка печатной платы (англ. land)
Контактная площадка печатной платы – часть проводящего рисунка печатной платы, используемая для электрического подсоединения устанавливаемых изделий электронной техники. Контактная площадка печатной платы представляет собой открытые от паяльной маски части медного проводника, куда и припаиваются выводы компонентов. Есть два типа площадок – контактные площадки монтажных отверстий для монтажа в отверстия и планарные площадки для поверхностного монтажа – SMD площадки. Иногда, SMD площадки с переходным отверстием очень похожи на площадки для монтажа в отверстия. На рисунке 4 представлены контактные площадки для 4х разных электронных компонентов. Восемь для IC1 и две для R1 SMD площадки, соответственно, а так же три площадки с отверстиями для Q1 и PW электронных компонентов.
Медные проводники
Медные проводники используется для подключения двух точек на печатной плате -например, для подключения между двумя SMD площадками (рисунок 5.
), или для подключения SMD площадки к площадке монтажного отверстия или для соединения двух переходных отверстия. Проводники могут иметь разную, рассчитанную ширину в зависимости от токов, протекающих через них. Так же, на высоких частотах, необходимо рассчитывать ширину проводников и зазоры между ними, так как сопротивление, емкость и индуктивность системы проводников зависит от их длинны, ширины и их взаимного расположения.
Сквозные металлизированные переходные отверстие печатной платы
Когда надо соединить компонент, который находится на верхнем слое печатной платы с компонентом, который находится на нижнем слое, применяются сквозные металлизированные переходные отверстия, которые соединяют элементы проводящего рисунка на разных слоях печатной платы. Эти отверстия, позволяют току проходить сквозь печатную плату. На рисунке 6 показаны два проводника, которые начинаются на площадках компонентов на верхнем слое и заканчивается на площадках другого компонента на нижнем слое.
Для каждого проводника установлено свое переходное отверстие, проводящее ток из верхнего слоя на нижний слой.
Рисунок 6. Соединение двух микросхем через проводники и переходные металлизированные отверстия на разных сторонах печатной платы
«Глухое» металлизированное отверстие печатной платы
В HDI (High Density Interconnect – высокая плотность соединений) печатных платах, необходимо использовать более чем два слоя, как это показано на рисунке 7. Как правило, в многослойных конструкциях печатной платы, на которых устанавливаются много интегральных микросхем, используются отдельные слои для питания и земли (Vcc или GND), и таким образом, наружные сигнальные слои освобождаются от шин питания, что облегчает разводку сигнальных проводников. Также бывают случаи, что сигнальные проводники должны переходить от внешнего слоя (сверху или снизу) по наименьшему пути, что бы обеспечить необходимое волновое сопротивление, требования по гальванической развязке и заканчивая требованиями на устойчивость к электростатическому разряду. Для таких видов соединений используются глухие металлизированные отверстие (Blind via — «глухие» или «слепые»). Имеются в виду отверстия, соединяющие наружный слой с одним или несколькими внутренними, что позволяет сделать подключение минимальным по высоте.
Чтобы узнать, какое отверстие присутствует на плате, вы можете поместить печатную плату над источником света и посмотреть – если вы видите свет, идущий от источника через отверстие, то это переходное отверстие, в противном случае глухое.
Глухие переходные отверстия полезно использовать в конструкции платы, когда вы ограничены в размерах и имеете слишком мало места для размещения компонентов и разводки сигнальных проводников. Вы можете разместить электронные компоненты с обеих сторон и максимально увеличить пространство под разводку и другие компоненты. Если переходы сделаны через сквозные отверстие, а не глухие, понадобиться дополнительное пространство для отверстий т.к. отверстие занимает место с обеих сторон. В то же время глухие отверстия могут находиться под корпусом микросхемы – например для разводки больших и сложных BGA компонентов.
На рисунке 8 показаны три отверстия, которые являются частью четырехслойной печатной платы. Если смотреть слева направо, то первое мы увидим сквозное отверстие через все слои. Второе отверстие начинается в верхнем слое и заканчивается на втором внутреннем слое – глухое переходное отверстия L1-L2. Наконец, третье отверстие, начинается в нижнем слое и заканчивается в третьем слое, поэтому мы говорим, что это глухое переходное отверстия L3-L4.
Основным недостатком этого типа отверстия, является более высокая цена изготовления печатной платы с глухими отверстиями, по сравнению с альтернативными сквозными отверстиями.
Скрытые переходные отверстия
Англ. Buried via — «скрытые», «погребенные», «встроенные». Эти переходные отверстия похожи на глухие, с той разницей, что они начинаются и заканчиваются на внутренних слоях.
Если мы посмотрим на рисунок 9 слева направо, мы увидим, что первое отверстие сквозное через все слои. Второе представляет собой глухое переходное отверстия L1-L2, а последнее является, скрытое переходное отверстие L2-L3, которое начинается на втором слое и заканчивается на третьем слое.
Рисунок 9. Сравнение переходного сквозного отверстие, глухого отверстия и скрытого отверстия.
Технология изготовления глухих и скрытых переходных отверстий
Технология изготовления таких отверстий может быть различной, в зависимости от той конструкции, которую заложил разработчик, и в зависимости от возможностей завода-изготовителя. Мы будем выделять два основных вида:
- Отверстие сверлится в двусторонней заготовке ДПП, металлизируется, травиться и затем эта заготовка, по сути готовая двухслойная печатная плата, прессуется через препрег в составе многослойной заготовки печатной платы. Если эта заготовка находиться сверху «пирога» МПП, то мы получаем глухие отверстия, если в середине, то – скрытые переходные отверстия.
- Отверстие сверлится в спрессованной заготовке МПП, глубина сверления контролируется, что бы точно попасть в площадки внутренних слоев, и затем происходит металлизация отверстия. Таким образом мы получаем только глухие отверстия.
В сложных конструкциях МПП могут применяться комбинации вышеперечисленных видов отверстий – рисунок 10.
Рисунок 10. Пример типовой комбинации видов переходных отверстий.
Заметим, что применение глухих отверстий иногда может привести к удешевлению проекта в целом, за счет экономии на общем количестве слоев, лучшей трассируемости, уменьшения размера печатной платы, а также возможности применить компоненты с более мелким шагом. Однако в каждом конкретном случае решение об их применении следует принимать индивидуально и обоснованно. Однако не следует злоупотреблять сложностью и многообразием видов глухих и скрытых отверстий. Опыт показывает, что при выборе между добавлением в проект еще одного вида несквозных отверстий и добавлением еще одной пары слоев правильнее будет добавить пару слоев.
В любом случае, конструкция МПП должна быть спроектирована с учетом того, как именно она будет реализована в производстве.
Финишные металлические защитные покрытия
Получение правильных и надежных паяных соединений в электронном оборудовании зависит от многих конструктивных и технологических факторов, включая должный уровень паяемости соединяемых элементов, таких как компоненты и печатные проводники. Для сохранения паяемости печатных плат до монтажа электронных компонентов, обеспечения плоскостности покрытия и для надежного монтажа паяных соединений необходимо защищать медную поверхность контактных площадок печатной платы от окисления, так называемым финишным металлическим защитным покрытием. При взгляде на разные печатные платы, можно заметить, что контактные площадки почти не когда не имеют цвет меди, зачастую и в основном это серебристые цвета, блестящий золотой или матовый серый. Эти цвета и определяют типы финишных металлических защитных покрытий.
Наиболее распространенным методом защиты паяемых поверхностей печатных плат является покрытие медных контактных площадок слоем серебристого сплава олово-свинеца (ПОС-63) – HASL. Большинство изготавливаемых печатных плат защищены методом HASL.
– Горячее лужение HASL – процесс горячего облуживания платы, методом погружения на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем и при быстрой выемке обдувкой струей горячего воздуха, убирающей излишки припоя и выравнивающей покрытие. Это покрытие доминирует в течение нескольких последних лет, несмотря на его серьезные технические ограничения. Платы, выпущенные таким способом, хотя и хорошо сохраняют паяемость в течение всего периода хранения, непригодны для некоторых применений. Высокоинтегрированные элементы, используемые в SMT технологиях монтажа, требуют идеальной планарности (плоскостности) контактных площадок печатных плат. Традиционные покрытия HASL не соответствуют требованиям планарности.
– иммерсионное золочение (Electroless Nickel / Immersion Gold – ENIG), представляющее собой тонкую золотую пленку, наносимую поверх подслоя никеля. Функция золота — обеспечивать хорошую паяемость и защищать никель от окисления, а сам никель служит барьером, предотвращающим взаимную диффузию золота и меди. Это покрытие гарантирует превосходную планарность контактных площадок без повреждения печатных плат, обеспечивает достаточную прочность паяных соединений, выполненных припоями на основе олова. Их главный недостаток – высокая себестоимость производства.
– иммерсионное олово (Immersion Tin – ISn) – серое матовое химическое покрытие, обеспечивающее высокую плоскостность печатных площадок платы и совместимое со всеми способами пайки, нежели ENIG. Процесс нанесения иммерсионного олова, схож с процессом нанесения иммерсионного золота.
При эксплуатации компьютеров, устройств с ножевыми разъемами, контакты ножевых разъемов, подвергаются трению при эксплуатации платы, поэтому, концевые контакты, гальваническим способом покрывают более толстым и более жестким слоем золота.
– Гальваническое золочение ножевых разъёмов (Gold Fingers)
– покрытие семейства Ni/Au, толщина покрытия: 5 -6 Ni; 1,5 – 3 мкм Au. Покрытие наносится электрохимическим осаждением (гальваника) и используется в основном для нанесения на концевые контакты и ламели. Толстое, золотое покрытие имеет высокую механическую прочность, стойкость к истиранию и неблагоприятному воздействию окружающей среды.
Незаменимо там, где важно обеспечить надежный и долговечный электрический контакт.
(c) pselectro.ru
Печатная плата – основа современной электроники
Печатная плата составляет основу любого электронного изделия, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники. Появившись более 100 лет назад, это маленькое устройство ознаменовало огромный скачок в развитии радиоэлектронной аппаратуры. В России одним из крупнейших производителей современных плат является КРЭТ.
Что же представляет собой печатная плата и зачем она называется «печатной»?
Немного истории
Считается, что прообраз всех видов печатных плат был создан немецким инженером Альбертом Хансоном.
Еще в начале прошлого столетия он предложил формировать рисунок печатной платы на медной фольге вырезанием или штамповкой. Элементы рисунка приклеивались к диэлектрику, которым служила пропарафиненная бумага.
Таким образом, «днем рождения» печатных плат считается 1902 год, когда Хансон подал свою заявку в патентное ведомство.
За более чем столетие конструкции и технологии изготовления печатных плат постоянно совершенствовались. В их эволюции принимало участие большое множество изобретателей, в числе которых и всемирно известный Томас Эдисон. В свое время он предложил формировать токопроводящий рисунок посредством адгезивного материала, содержащего графитовый или бронзовый порошки.
И хотя Эдисон даже не употреблял термина «печатные платы», многие его идеи применяются при их создании и в наши дни.
Первые печатные платы, созданные в 1920-х годах, были сделаны из таких материалов, как бакелит, мазонит, а также слоистого картона и даже тонких деревянных досок.
В материале просверливались отверстия, а затем «провода» из плоской латуни привинчивались к плате. Причем иногда для этого использовались даже небольшие гайки и болты. Такие печатные платы были использованы в первых радио и граммофонах.
И почему она «печатная»
В своем современном виде печатная плата появилась благодаря использованию технологий полиграфической промышленности. И своим названием она обязана полиграфии: печатная плата – прямой перевод с английского полиграфического термина printing plate.
Поэтому подлинным «отцом печатных плат» считается австрийский инженер Пауль Эйслер, который первым пришел к выводу, что технологии полиграфии могут быть использованы для серийного производства печатных плат.
Уже во время Второй мировой войны технологии массового производства печатных плат оказались очень востребованными, в первую очередь для радиоаппаратуры военного назначения, авиации. А с середины 1950-х годов печатная плата стала основой всей бытовой электроники.
В СССР одной из первых подобных разработок в 1953 году был радиоприемник «Дорожный», выполненный в виде небольшого чемодана, в котором помещалась одна печатная плата. Конечно, по сравнению с современными, эта печатная плата была весьма примитивной: несколько широких проводников (4-5 мм) с пилообразными кромками, расположенных на обеих сторонах платы, соединялись через металлизированные отверстия. А уже в 1954 году с применением печатных плат началось производство советского телевизора «Старт».
Сегодня печатные платы практически не имеют конкуренции в качестве основы электронной аппаратуры, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники.
От линии к плоскости
Что же собой представляют печатные платы?
Если коротко, то это конструкция электрических межсоединений на изоляционном основании. Таким образом, ее основные элементы – основание (подложка) и проводники.
Электронные компоненты на печатной плате обычно соединяются при помощи пайки.
Эти элементы необходимы и достаточны для того, чтобы печатная плата была печатной платой.
Кстати, самым дальним предшественником печатных плат можно считать обычный провод, чаще всего изолированный. Таким образом, в развитии этого радиоустройства, можно сказать, был осуществлен переход от линии к плоскости.
Односторонняя печатная плата – это пластина, на одной стороне которой размещены проводники, выполненные печатным способом. В двухсторонних печатных платах проводники заняли и изнаночную сторону этой пластины.
Переход от односторонних печатных плат к двухсторонним был первым шагом на пути от плоскости к объему. Окончательный переход к объему произошел с появлением в 1961 году многослойных печатных плат.
К примеру, сегодня предприятия КРЭТ выпускают многослойные печатные платы, содержащие до 25 слоев.
Такие платы позволили в первую очередь миниатюризировать электронику. Этим преимуществом сохранения пространства быстро воспользовались аэрокосмическая техника, авиация, компьютеры, а также ракетные комплексы и оружие.
Переход на микроуровень
Все большая миниатюризация электронных устройств потребовала и перехода печатных плат на микроуровень.
Если на первых печатных платах ширина проводников и зазоры между проводниками измерялись миллиметрами, то развитие электронной техники потребовало создания печатных плат с размерами элементов, измеряемых десятыми долями миллиметра. В современной радиоэлектронной аппаратуре такие печатные платы стали уже обыденностью.
На предприятиях КРЭТ сегодня выпускаются платы с точностью воспроизведения рисунка 2 мкм, а толщина подложки таких плат составляет от 0,25 до 1 мм. При этом надежность внутренних соединений многослойных плат контролируется с помощью рентгеновской установки.
Развитие таких направлений, как нанотехнологии, делает вполне реальными любые самые нереальные прогнозы относительно развития электронной базы. Можно говорить уже не просто о микро-, а даже о наноминиатюризации печатных плат.
Уже сегодня отдельные элементы печатных плат находятся на подступах к нанометрам.
«Печатные» инновации
Для большинства людей печатная плата – это просто всего лишь жесткая пластинка. Действительно, жесткие платы – самый массовый продукт, используемый в радиоэлектронике, но сегодня пользуются большой популярностью и гибкие печатные платы.
В России одним из крупнейших производителей таких плат является Государственный Рязанский приборный завод, входящий в КРЭТ.
Так, одним из преимуществ гибких печатных плат называют возможность придания им различных форм объектов, в которые их можно поместить. Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таким образом, их «подложка» находится в высокоэластическом состоянии. В результате существенно экономится внутренний объем изделий.
Последние инновации в области производства печатных плат коснулись и материалов.
Как известно, в качестве основы печатной платы наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс, керамика.
Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек.
Отдельную группу материалов составляют алюминиевые металлические печатные платы. И здесь особое значение имеют алюмооксидные платы. Эта технология основана на инновационной концепции создания нанопористого материала для построения многоуровневых слоев коммутации, которые комбинируют алюминий и оксид алюминия в своей структуре.
Выполненные по алюмооксидной технологии печатные платы и модули обеспечивают более быстрый теплоотвод в сравнении с аналогичными изделиями, выполненными на основе «классической» технологии, что увеличивает надежность работы и срок службы.
Самым главным достоинством этой технологии является возможность переплавки отслуживших свой срок печатных плат. Получаемый в результате этого алюминий может быть использован многократно.
Недавно КРЭТ приступил к испытаниям сборочных узлов и модулей, построенных на основе инновационных алюмооксидных плат.
Концерн оценит целесообразность их использования при производстве перспективных систем радиолокации гражданского и военного назначения, а также средств радиоэлектронной борьбы.
По материалам официального сайта КРЭТ
Что такое печатная плата (PCB)?
Печатные платы (ПП) являются основным строительным блоком большинства современных электронных устройств. Будь то простые однослойные платы, используемые в устройстве открывания гаражных ворот, шестислойные платы в смарт-часах, 60-слойные высокоплотные и высокоскоростные печатные платы, используемые в суперкомпьютерах и серверах, печатные платы являются основой на котором собраны все остальные электронные компоненты.
Полупроводники, соединители, резисторы, диоды, конденсаторы и радиоустройства монтируются на печатную плату и «общаются» друг с другом через печатную плату.
Печатные платы обладают механическими и электрическими характеристиками, которые делают их идеальными для этих приложений.
Большинство печатных плат, производимых в мире, являются жесткими, примерно 90% печатных плат, производимых сегодня, представляют собой жесткие платы. Некоторые печатные платы являются гибкими, что позволяет сгибать и сгибать схемы, а иногда они используются там, где гибкая схема выдерживает сотни тысяч циклов изгиба без каких-либо разрывов в цепях. Эти гибкие печатные платы составляют примерно 10% рынка. Небольшое подмножество этих типов схем называется жесткими гибкими схемами, в которых одна часть платы является жесткой, что идеально подходит для монтажа и соединения компонентов, а одна или несколько частей являются гибкими, обеспечивая перечисленные выше преимущества гибких схем.
Быстро развивающаяся технология печатных плат, отдельная от вышеперечисленных, называется печатной электроникой. Как правило, это очень простые и недорогие схемы, которые сокращают расходы на электронную упаковку до уровня, при котором электронные решения могут быть разработаны для решения проблем, которые раньше не рассматривались.
Они часто используются в электронике для носимых приложений или одноразовых электронных устройств, что открывает множество возможностей для творческих дизайнеров электротехники.
Обычные печатные платы могут состоять из одного уровня схемы или состоять из пятидесяти и более слоев. Они состоят из электрических компонентов и разъемов, соединенных токопроводящими цепями, обычно медными, с целью маршрутизации электрических сигналов и питания внутри и между устройствами.
Печатные платы были разработаны в начале 20 го века, но с тех пор их технология постоянно развивалась. Прогресс и широкое внедрение технологий в области печатных плат шло параллельно с быстрым развитием технологии изготовления полупроводниковых корпусов и позволило профессионалам отрасли инвестировать в более компактную и более эффективную электронику.
Компания Printed Circuits LLC, основанная в 1977 году, с тех пор стала новаторским производителем печатных плат.
Первоначально производя все типы печатных плат, в середине 1990-х годов они стали специализироваться на производстве жестких и гибких схем. Наш широкий выбор конструкций печатных плат позволяет нам обслуживать широкий спектр отраслей по всему миру, включая военную, медицинскую, аэрокосмическую, компьютерную, телекоммуникационную и приборостроительную. Здесь мы предоставляем исчерпывающий обзор печатных плат, чтобы предоставить соответствующую справочную информацию о том, что мы делаем.
Для чего используются печатные платы?
По сравнению с традиционными проводными схемами печатные платы обладают рядом преимуществ. Их небольшая и легкая конструкция подходит для использования во многих современных устройствах, а их надежность и простота обслуживания подходят для интеграции в сложные системы. Кроме того, их низкая стоимость производства делает их очень рентабельным вариантом.
Эти качества являются одной из причин, по которым ПХД находят применение в различных отраслях, в том числе на следующих рынках:
Медицина
Медицинская электроника значительно выиграла от внедрения ПХД.
Электроника в компьютерах, системах визуализации, аппаратах МРТ и радиационном оборудовании продолжает развиваться в области технологий благодаря электронным возможностям печатных плат.
Более тонкие и меньшие размеры гибких и жестких гибких печатных плат позволяют производить более компактные и легкие медицинские устройства, такие как слуховые аппараты, кардиостимуляторы, имплантируемые устройства и действительно крошечные камеры для минимально инвазивных процедур. Жестко-гибкие печатные платы являются особенно идеальным решением для уменьшения размера сложных медицинских устройств, поскольку они устраняют необходимость в гибких кабелях и разъемах, которые занимают ценное место в более сложных системах.
Аэрокосмическая промышленность
Жесткие, гибкие и жесткие гибкие печатные платы обычно используются в аэрокосмической промышленности для приборных панелей, приборных панелей, органов управления полетом, систем управления полетом и безопасности. Растущее число достижений в области аэрокосмических технологий увеличило потребность в более мелких и сложных печатных платах для использования в самолетах, спутниках, дронах и другой аэрокосмической электронике.
Гибкие и жесткие гибкие схемы обеспечивают исключительную долговечность и живучесть благодаря отсутствию разъемов. Это делает их пригодными для использования в условиях высокой вибрации, а их небольшая и легкая конструкция снижает общий вес оборудования и, следовательно, требования к расходу топлива. Для приложений, где надежность имеет первостепенное значение, они служат высоконадежным решением.
Военный
В военном секторе ПХД используются в оборудовании, часто подвергающемся сильным ударам, ударам и вибрации, таком как военные транспортные средства, защищенные компьютеры, современное оружие и электронные системы (например, робототехника, системы наведения и наведения). ). По мере того, как военные технологии совершенствуются, чтобы удовлетворить изменяющийся спрос клиентов, все больше оборудования объединяет передовые компьютеризированные технологии, требующие как электрических, так и механических характеристик, присущих гибкой и жесткой гибкой упаковке. Эти типы электронных корпусов могут безотказно выдерживать тысячи фунтов перегрузки.
Промышленная и коммерческая
Использование печатных плат в промышленной и коммерческой электронике произвело революцию во всем, от производства до управления цепочками поставок, увеличив информацию, автоматизацию и эффективность. В целом, они являются надежным средством управления оборудованием на все более автоматизированных объектах, повышая производительность при одновременном снижении затрат на оплату труда. Гибкие и жесткие гибкие печатные платы позволяют производителям производить все более мелкие и легкие продукты с большей функциональностью и гораздо более высокой надежностью, такие как дроны, камеры, мобильная электроника и защищенные компьютеры.
Печатные платы на заказ
Почти все печатные платы изготавливаются на заказ для своего применения. Будь то простые однослойные жесткие платы или очень сложные многослойные гибкие или жесткие гибкие схемы, печатные платы проектируются с использованием специального программного обеспечения, называемого САПР, для автоматизированного проектирования.
Разработчик использует это программное обеспечение для размещения всех цепей и точек соединения, называемых переходными отверстиями, по всей плате. Программное обеспечение знает, как каждый из компонентов должен взаимодействовать друг с другом, а также любые конкретные требования, например, как их нужно припаять к печатной плате.
Когда конструктор готов, программа экспортирует два важных компонента, с помощью которых мы будем собирать их платы. Первый называется файлами gerber, которые представляют собой файлы электронных рисунков, которые показывают каждую отдельную схему на печатной плате, где именно она находится, на каждом отдельном слое платы. Файлы gerber также будут содержать файлы сверления, показывающие нам, где именно нужно просверлить отверстия, чтобы сделать все сквозные соединения, которые мы обсуждали ранее. Они также будут содержать файлы паяльной маски и номенклатуры, которые будут рассмотрены позже, а также файл, который показывает нам, как именно вырезать периметр их платы.
Все разработчики печатных плат — будь то жесткие, гибкие или жесткие гибкие — используют эти файлы, чтобы сообщить производителям печатных плат, как именно они хотят построить свои платы. Они включают в себя еще один элемент, который имеет решающее значение для производителя печатных плат, — производственную печать. В распечатке производителя подробно описаны все требования к платам, которых нет в файлах gerber. Например, в распечатке для изготовления будет подробно указано, какие материалы мы должны использовать для изготовления их платы, какого размера просверленные отверстия они хотели бы, какие-либо специальные производственные инструкции или спецификации, которым мы должны соответствовать, и различная информация, такая как цвет паяльной маски или номенклатура, которую они хотели бы.
С помощью этих двух компонентов мы можем создать индивидуальную плату, которая точно соответствует требованиям заказчика. Поскольку печатные платы легко настраиваются, они могут быть спроектированы и изготовлены с различной гибкостью, размерами и конфигурациями, чтобы соответствовать практически любому применению.
Материалы для печатных плат
Основными материалами, используемыми при производстве печатных плат, являются подложки из стекловолокна или пластика, медь, паяльная маска и номенклатурные чернила.
(Нажмите, чтобы увеличить)
Подложки из стекловолокна и пластика
Печатные платы могут изготавливаться на основе жестких или гибких материалов в зависимости от предполагаемой конструкции печатной платы. В жестких печатных платах часто используется FR4 или полиимидное стекловолокно, в то время как в гибких схемах и гибко-жестких слоях обычно используются высокотемпературные полиимидные пленки.
Обычные пластиковые подложки для гибких схем включают полиимид (PI), жидкокристаллический полимер (LCP), полиэстер (PET) и полиэтиленнафталат (PEN). Назначение подложки состоит в том, чтобы обеспечить непроводящую основу, на которой могут быть построены и изолированы друг от друга проводящие цепи. Ламинаты из полиимида и LCP обычно используются в приложениях с высокой надежностью или высокой скоростью передачи данных.
Ламинаты из полиэстера и полиэтиленнафталата в первую очередь выбираются из-за их низкой стоимости и обычно представляют собой всего лишь один слой схемы.
Медь
Из-за своей высокой электропроводности медь является наиболее часто используемым проводящим материалом для печатных плат. Все ламинаты, описанные выше, поставляются с тонкими листами медной фольги, ламинированными с одной или обеих сторон пластика. Затем производитель использует файлы gerber, предоставленные разработчиком, для изображения и травления схем в соответствии с требованиями заказчика. Толщина и количество необходимых слоев во многом зависят от области применения, для которой будет использоваться печатная плата. многослойные печатные платы состоят из чередующихся слоев медных схем и изоляционных материалов для завершения печатной платы.
Soldermask
Soldermask представляет собой жидкость, обычно эпоксидный материал, который наносится на внешние слои жестких печатных плат. Он также широко используется на жестких участках жестких гибких печатных плат.
Soldermask в первую очередь предназначен для изоляции медных цепей на внешних слоях от окисления окружающей средой. Soldermask также предназначен для контроля и удержания потока припоя при сборке компонентов на печатной плате. Без паяльной маски жидкий припой может вытечь на поверхность печатной платы, соединив две соседние цепи и закоротив плату. Наиболее распространенный цвет паяльной маски — зеленый, но также существуют синий, черный, красный, янтарный, прозрачный, белый и многие другие цвета.
Номенклатура
После того, как слои паяльной маски завершены, на паяльную маску печатаются идентифицирующая информация, метки и иногда штрих-коды. Эти метки называются номенклатурой, и они также будут определяться файлами, включенными в другие слои gerber. Они напечатаны на маске припоя, чтобы обеспечить точную сборку печатной платы.
Проектирование печатной платы
Печатные платы бывают различных конструкций, поэтому важно иметь полное представление о процессе проектирования.
Некоторые из ключевых элементов, которые следует учитывать при проектировании печатной платы, включают:
- Применение, для которого будет использоваться печатная плата
- Среда, в которой будет работать печатная плата
- Объем места и конфигурация, необходимые для установки
- Гибкость печатной платы
- Установка и сборка
Выбор правильной конструкции печатной платы с учетом этих соображений существенно влияет на технологичность, скорость производства, выход продукции, эксплуатационные расходы и время выполнения заказа.
Чтобы получить больше информации о процессе проектирования, особенно для жестких гибких систем, которые мы описываем ниже на этой странице, загрузите наше бесплатное Руководство по применению и проектированию печатных плат Rigid-Flex.
Загрузите нашу бесплатную электронную книгу
Узнайте все, что вам нужно знать о проектировании, сборке и установке жестких гибких печатных плат, в нашем официальном руководстве «Применение и проектирование жестких гибких печатных плат».
Загрузите наш бесплатный путеводитель!
При выборе производителя печатных плат убедитесь, что он имеет соответствующие аккредитации, чтобы убедиться, что у него есть система качества, опыт, признание в отрасли и рейтинги, которые гарантируют успех вашего проекта. В Printed Circuits мы ставим перед собой цель соответствовать отраслевым стандартам и превосходить их, и для этого мы получили широкий спектр сертификатов и аккредитаций, в том числе:
- Регистрация ИТАР
- Печатные схемы Сертификация ISO 9001:2015
Мы также получили квалификацию UL 94 V-0 для жестко-гибких и гибких цепей с самым большим в мире списком рейтингов UL для жестко-гибких цепей. Таким образом, ваши платы могут быть сертифицированы по стандарту 94 V-0 без дополнительных испытаний (что ускоряет изготовление и доставку наших печатных плат). Дополнительную информацию о важности сертификации UL для гибко-жестких печатных плат см. в нашем техническом документе «Проблема с одобрением UL для гибко-жестких схем».
Изготовление печатных плат
Конструирование и изготовление печатных плат включает следующие этапы:
- Химическое изображение и травление медных слоев с дорожками для соединения электронных компонентов
- Склеивание слоев вместе с использованием связующего материала, который также действует как электрическая изоляция, для создания печатной платы
- Сверление и покрытие отверстий в печатной плате для электрического соединения всех слоев
- Отображение и нанесение схем на внешние слои платы
- Покрытие обеих сторон платы паяльной маской и печать номенклатурной маркировки на печатной плате
- Затем доски обрабатываются по размерам, указанным в gerber-файле периметра дизайнера
После сборки печатная плата готова для установки на нее компонентов. Чаще всего компоненты прикрепляются к печатной плате путем пайки компонентов непосредственно на открытые дорожки, называемые контактными площадками, и отверстия в печатной плате.
Пайка может выполняться вручную, но чаще всего выполняется на очень высокоскоростных автоматизированных сборочных машинах.
Двумя наиболее распространенными методами сборки печатных плат являются поверхностный монтаж (SMD) или технология сквозного монтажа (THT). Использование любого из них зависит от размера компонентов и конфигурации печатной платы. SMD полезен для непосредственного монтажа небольших компонентов на внешней стороне печатной платы, в то время как THT идеально подходит для монтажа крупных компонентов через большие предварительно просверленные отверстия в плате.
Типы печатных плат
Хотя все печатные платы имеют одну и ту же основную цель, они доступны в широком диапазоне конструкций и конфигураций для удовлетворения потребностей различных приложений. Некоторые из различных типов, доступных на рынке, включают:
- Односторонний жесткий
- Двусторонняя жесткая
- Многослойный жесткий
- Однослойные гибкие схемы
- Двусторонние гибкие схемы
- Многослойные гибкие схемы
- Жестко-гибкий
- Высокая частота
- Алюминиевая основа
Три наиболее распространенных типа:
1.
Жесткие печатные платыЖесткие печатные платы состоят из жестких подложек из стекловолокна, что делает их практичными и недорогими, но негибкими. Их проще и дешевле производить, чем их более гибкие аналоги, но они гораздо менее универсальны и их трудно вписать в необычную геометрию или небольшие площади.
2. Гибкие печатные платы
Гибкие печатные платы обладают относительно хорошей способностью к изгибу и складыванию, что позволяет устанавливать их в ограниченном пространстве и пространстве необычной формы. Это качество делает их очень универсальными и позволяет использовать их для упаковки небольших электронных устройств. Кроме того, поскольку они легко адаптируются, продукт не обязательно должен соответствовать ограничениям печатной платы. По сравнению с жесткими печатными платами они обладают большей теплостойкостью.
3. Жестко-гибкие печатные платы
Жестко-гибкие печатные платы сочетают в себе наиболее привлекательные качества как жестких, так и гибких печатных плат.
В отличие от двух других типов печатных плат, эти печатные платы содержат все электронные соединения, спрятанные внутри платы, что снижает вес и общий размер платы. Это отличный выбор, когда сверхлегкая упаковка является ключевым требованием. Кроме того, они более долговечны и надежны, сохраняя при этом большую прочность и гибкость.
Качественные печатные платы от Printed Circuits LLC
Печатные платы позволяют профессионалам в различных отраслях оптимизировать производительность и производство своих электронных систем. Благодаря тщательному выбору материалов и производителей печатных плат можно создать упаковку для вашего электронного устройства, оптимизированную для его конечного применения.
Компания Printed Circuits LLC является ведущим производителем гибких и жестких гибких печатных плат. Мы гордимся нашими инновационными решениями, и мы регулярно обновляем и расширяем наши предложения продуктов, чтобы удовлетворить уникальные требования наших клиентов.
Наш многолетний опыт и приверженность качеству делают нас подходящими для удовлетворения потребностей каждого клиента с помощью высококачественных решений для печатных плат.
Для получения дополнительной информации о возможностях наших печатных плат свяжитесь с нами сегодня.
Хотите узнать больше?
Свяжитесь с нами
Знакомство с печатными платами | Блог Advanced PCB Design
Электронные устройства насыщают современный мир. Будь то устройство, которое бесшумно следит за жизненно важными функциями, или смартфон с бесконечным потоком уведомлений, все они содержат печатную плату в основе своей конструкции. С годами производство печатных плат продолжало расти, чтобы не отставать от растущих потребностей в новых, более быстрых и сложных электронных схемах. Обсуждения процессов, связанных с разработкой и проектированием печатной платы, могли бы заполнить целую библиотеку, но здесь мы предоставим поверхностное введение в основы.
Что такое печатная плата?
Печатная плата представляет собой жесткую конструкцию, содержащую электрические схемы, состоящие из встроенных металлических поверхностей, называемых дорожками, и больших областей металла, называемых плоскостями. Компоненты припаяны к плате на металлических контактных площадках, которые соединены с схемой платы. Это позволяет соединять компоненты между собой. Плата может состоять из одного, двух или нескольких слоев схем.
Печатные платы изготавливаются из диэлектрического материала сердцевины с плохими электропроводящими свойствами для обеспечения чистой передачи цепей и при необходимости покрываются дополнительными слоями металла и диэлектрика. Стандартный диэлектрический материал, используемый для печатных плат, представляет собой огнестойкий композит из тканого стекловолокна и эпоксидной смолы, известный как FR-4, в то время как металлические дорожки и плоскости для схем обычно состоят из меди.
Класс плат
Печатные платы используются для различных целей.
Одной из отличительных характеристик печатных плат является их класс — 1, 2 или 3. Класс печатной платы указывает на ее общую надежность и качество конструкции.
Платы класса 1 обозначают бытовую электронику.
Платы класса 2 используются в устройствах, где высокая надежность важна, но не критична. Эти устройства пытаются свести к минимуму отказ.
Платы класса 3 представляют собой самые строгие стандарты производства печатных плат. Проще говоря, если доска класса 3 выходит из строя, на карту сразу же ставится жизнь — например, доски в самолете.
Типы печатных плат
В целом, платы можно разделить на одну из трех категорий: жесткие, гибкие или платы с металлическим сердечником.
Жесткие платы часто представляют собой подавляющее большинство плат, с которыми сталкивается дизайнер, где макет платы содержится в жесткой подложке, созданной в процессе ламинирования при высокой температуре и давлении.
Обычным материалом для этих плит является FR-4, но в зависимости от конкретных потребностей конструкции его можно модифицировать, чтобы подчеркнуть или иным образом улучшить определенные характеристики плиты.
Гибкие доски состоят из менее жесткого материала, который обеспечивает гораздо большую деформацию. Материал тактильно напоминает рулон пленки, а толщина доски обычно намного меньше стандартной жесткой доски. Несмотря на то, что они уже получили некоторое применение, есть надежда, что гибкие платы станут следующим шагом в развитии носимых технологий и устранят существующие плоские ограничения, присущие устройствам с жесткими платами.
Печатные платы с металлическим сердечником являются чем-то вроде ответвления от конструкций жестких плат с повышенной способностью рассеивать тепло по всей плате для защиты чувствительных схем. Этот стиль может быть вариантом для сильноточных конструкций для предотвращения теплового износа и выхода из строя.
Везде, где существует управляемый электромагнетизм, печатные платы образуют инфраструктуру для его поддержания. Конечно, печатные платы не возникают из ничего — их проектирование и производство само по себе является огромным инженерным делом.
Процесс проектирования печатной платы
Перед изготовлением печатной платы ее необходимо спроектировать. Это достигается с помощью инструментов САПР для проектирования печатных плат. Проектирование печатной платы разбито на две основные категории: схематическое изображение для создания соединения схем на схеме, а затем компоновка печатной платы для проектирования фактической физической печатной платы.
Разработка библиотечных CAD-деталей
Первым шагом является разработка библиотечных CAD-деталей, необходимых для проектирования. Это будет включать в себя схематические символы, имитационные модели, посадочные места для компоновки печатных плат и пошаговые модели для 3D-отображения печатной платы.
Когда библиотеки будут готовы, следующим шагом будет создание логического представления схемы на схеме. Инструменты САПР используются для размещения символов на листе схемы, а затем их соединения для формирования схемы.
В то же время выполняется моделирование схемы, чтобы убедиться, что конструкция будет работать электрически так, как задумано. Как только эти задачи будут выполнены, инструменты схемы отправят свои данные о связности инструментам компоновки.
Компоновка
На стороне топологии проектирования печатной платы схемные соединения получаются и обрабатываются в виде цепей, которые соединяют вместе два или более контакта компонента. Имея на экране контур предполагаемой формы платы, дизайнер компоновки размещает посадочные места компонентов в правильных местах. Как только эти компоненты будут оптимально организованы, следующим шагом будет соединение цепей с выводами путем рисования дорожек и плоскостей между выводами. Инструменты САПР будут иметь встроенные в них правила проектирования, которые предотвращают соприкосновение следов одной цепи с другой цепью, а также определяют многие другие значения ширины и пространства, необходимые для полного проектирования.
После завершения разводки инструменты проектирования снова используются для создания производственных чертежей и выходных файлов, которые производитель будет использовать для сборки платы.
Проектирование и изготовление печатной платы представляет собой пошаговый процесс: создание схемы и моделирование, настройка расчетных сеток печатной платы и DRC, размещение компонентов, трассировка печатной платы, силовые плоскости и, наконец, сборка спецификации и сборка платы. . Следующий этап проектирования будет сосредоточен на этих шагах.
Как сделать печатную плату
Хотя проектирование и изготовление печатной платы можно описать в виде схемы, компоновки печатной платы, изготовления и сборки печатной платы, детали каждого этапа очень сложны. Здесь мы рассмотрим некоторые из более конкретных аспектов каждого из этих шагов.
Создание схемы
Прежде чем приступить к проектированию платы с помощью инструментов САПР, необходимо убедиться, что проектирование библиотечных деталей завершено.
Для схемы это означает создание логических символов для частей, которые будут реализованы; резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, разъемы и интегральные схемы (ИС).
Когда эти детали готовы к использованию, начните с организации их на схематических листах в инструментах САПР. После того, как детали примерно размещены, можно начертить провода, представляющие связь между выводами схемных символов. Эти линии известны как цепи, и они могут представлять отдельные цепи или группы цепей для цепей памяти или данных. Во время захвата схемы части процесса должны перемещаться по мере необходимости, чтобы схема была разборчивой и четкой.
Моделирование схемы
После организации частей и цепей на схеме следующим шагом будет проверка того, что схема будет работать должным образом. Чтобы убедиться в этом, используйте моделирование схемы в программе моделирования с помощью инструмента Integrated Circuit Emphasis, также известного как SPICE.
Эти инструменты позволяют инженерам по печатным платам тестировать схемы, которые они проектируют, прежде чем создавать реальное оборудование. Таким образом, они могут сэкономить время и деньги, что делает эти инструменты неотъемлемой частью процесса проектирования печатных плат.
Настройка CAD-инструмента
Инструменты проектирования, используемые проектировщиками печатных плат, имеют множество различных возможностей, включая возможность установки правил проектирования и ограничений, которые предотвратят перекрытие отдельных цепей, сохраняя при этом правильное расстояние до различных объектов. Разработчику доступно множество дополнительных вспомогательных средств, таких как проектные сетки, которые помогают аккуратно и упорядоченно размещать компоненты и трассировать трассы.
Пример схемы, созданной с помощью OrCAD Capture
Компоненты компоновки
После правильной настройки базы данных проекта и информации о подключении к сети, импортированной из схемы, следующей задачей является физическая компоновка печатной платы.
Первым шагом является размещение посадочных мест компонентов на контуре платы в системе САПР. Каждое посадочное место будет иметь сетевые соединения, отображаемые в виде изображения «призрачной линии», чтобы показать дизайнеру, к каким частям они подключаются. Размещение этих деталей для обеспечения их наилучшей производительности с учетом возможности подключения, зон чрезмерного нагрева и электрических помех, а также других физических препятствий, таких как разъемы, кабели и монтажное оборудование, — задача, которую проектировщики приобретут с опытом. Требования к схеме сами по себе не являются единственным сдерживающим фактором: разработчики должны продумать размещение компонентов таким образом, чтобы изготовитель мог их наилучшим образом собрать.
Проложите печатную плату
Разместив компоненты (хотя их можно перемещать по мере необходимости), пришло время соединить цепи вместе. Это делается путем преобразования соединений резиновой сетки в нарисованные дорожки и плоскости.
Инструменты САПР содержат множество функций, которые позволяют проектировщику делать это, в том числе некоторые функции автоматической трассировки, которые значительно экономят время. При прокладке необходимо соблюдать большую осторожность, чтобы убедиться, что цепи имеют правильную длину для сигналов, которые они проводят, а также убедиться, что они не пересекают области с чрезмерным шумом. Это может привести к перекрестным помехам или другим проблемам с целостностью сигнала, которые могут ухудшить работу встроенной платы.
Обеспечить свободный путь обратного тока печатной платы
Обычно каждый активный компонент на плате (ИС и другие связанные компоненты) должен быть подключен к цепям питания и заземления. Этого легко добиться путем заливки областей или слоев твердыми плоскостями, к которым могут подключаться эти компоненты. Но проектирование силовых и заземляющих плоскостей не так просто, как кажется. Эти плоскости также выполняют важную работу по возвращению сигналов, маршрутизируемых с помощью трасс.
Если в плоскостях слишком много отверстий, вырезов или расщеплений, это может привести к тому, что эти обратные пути будут создавать много шума и ухудшать производительность печатной платы.
Окончательная проверка правил
Когда размещение компонентов, трассировка трасс, силовые и заземляющие слои завершены, проектирование вашей печатной платы почти завершено. Следующим шагом является запуск окончательной проверки правил и настройка другого текста и маркировки, которые будут нанесены шелкографией на внешние слои. Это поможет другим найти компоненты и пометить плату именами, датами и информацией об авторских правах. В то же время необходимо будет вывести чертежи, которые будут использоваться во время производства как для изготовления, так и для сборки окончательной платы. Разработчики печатных плат также будут использовать свои инструменты для оценки стоимости сборки платы.
Вот пример печатной платы, созданной с помощью OrCAD PCB Designer.
файлы данных на объект для изготовления. Этот процесс включает в себя травление всех дорожек и плоскостей на различных металлических слоях и их сжатие вместе, в результате чего получается голая плата, готовая к сборке.
На сборочном предприятии плата загружается необходимыми компонентами и проходит различные процессы пайки в зависимости от типа используемых компонентов. Затем плата проверяется и тестируется, и конечный продукт готов к отправке.
Используйте инструменты для проектирования печатных плат
Процесс изготовления и сборки печатных плат является точным и требовательным. Чтобы построить плату так, чтобы ее схемы обеспечивали требуемую производительность, производителям нужны точные проектные данные для работы.
Инструменты для проектирования печатных плат должны обладать характеристиками и функциями, необходимыми для создания сложных конструкций. Это включает в себя специальные функции, которые помогают прокладывать сложные трассы для высокоскоростных цепей, и правила проектирования, которые можно легко настроить для зазоров в определенных областях.
Это также включает в себя наличие лучших инструментов моделирования, доступных для оптимизации процесса создания схемы, а также предоставление множества библиотечных деталей для работы. Хорошей новостью является то, что вам уже доступны инструменты для проектирования печатных плат, способные справиться с тем уровнем проектирования, о котором мы говорили. Рассмотрите систему проектирования печатных плат от Cadence для всех ваших потребностей в инструментах проектирования.
Ведущие поставщики электроники полагаются на продукты Cadence для оптимизации потребностей в мощности, пространстве и энергии для широкого спектра рыночных приложений. Если вы хотите узнать больше о наших инновационных решениях, поговорите с нашей командой экспертов или подпишитесь на наш канал YouTube.
Запросить оценку
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты.
