Программа для трассировки печатных плат на русском: Программы для создания печатных плат скачать бесплатно

Авторазмещение элементов и автотрассировка печатных плат / ХабрВсем привет!

На написание статьи меня подтолкнула программа, на которую я наткнулся в поисках способов автоматизации разработки печатных плат (а упоминаний, тем более статей про неё я на хабре не нашёл). Но, обо всём по порядку.

Итак, конструкция разработана, собрана на макетной плате, проверена в действии. Дальше — печатная плата. Если верить форумам, то многие (в том числе и мои знакомые) используют Sprint-Layout. Но ведь это ручная работа, тот же карандаш и бумажка, только в электронном виде. Зачем все эти ядра процессора и гигабайты памяти, если приходится всё равно работать ручками? Признаюсь, меня это всегда коробило.

Сейчас я расскажу, как добился удовлетворительного для меня результата в автоматическом режиме.

Красивая картинка для привлечения внимания

А использовал я связку Proteus плюс TopoR Lite.

Сразу скажу, что к данным продуктам имею отношение лишь как пользователь и ни в коем случае не рекламирую их. Тем более, что Proteus можно спионерить найти на просторах интернета (конечно же в ознакомительных целях), а TopoR Lite бесплатен (с некоторыми ограничениями).

Почему именно эти программы?

Изначально пользовался Proteus. Не помню, с чего началось, но меня вполне устроило: можно рисовать схемы, моделировать работу, разводить платы. Первые два получались хорошо, последнее не нравилось, искал идеал.
Я пытался рисовать схему в Eagle. Но то ли я рукожопый, то ли нужны особые привычка и сноровка, в общем, мне не понравилось. Сначала я долго не мог понять, как добавить элемент. Потом оказалось, что нужно подключать библиотеки с необходимыми элементами. А откуда я знаю, как называется библиотека, если я и названия элемента-то не знаю (например, разъёмы я ищу исключительно по картинкам). В Eagle по умолчанию не оказалось нужных мне Attiny2313 и Atmega328. Пришлось гуглить/скачивать/копировать нужную библиотеку. Ну и шины питания в Proteus подключены сразу (и даже эти пины у микросхем скрыты, чего внимание отвлекать), а тут пришлось раскидывать их явно. Итогом через полчаса тыканий оказалась одна микросхема, подключенная к питанию.

Я пытался рисовать в DipTrace. В принципе, рисовать удобно. Однако нет (или не нашёл) симуляции работы, мне это нужно и для отладки схемы, и для отладки программ МК. Взгруснул и вернулся в ISIS.

Зачем внешний трассировщик TopoR, если в ARES есть встроенный? Он уныл. Те цепи, которые не может развести, он просто бросает. Если с двусторонней разводкой этого почти не происходит, при односторонней и минимальных габаритах платы получается ужас. А поскольку текстолит у меня односторонний, да и делать двусторонние платы сложнее, я решил — хочу с одной стороны плюс перемычки.

Авторазмещение в ARES тоже ужас, но альтернатив я не нашёл, а вручную делать ничего не хочется. Как говорится, на безрыбье и щуку раком.

Итак, предлагаю рассмотреть средства автоматизации на стандартном примере из Proteus 8 — Thermo.

Схема:
Переходим в ARES, удаляем всю ту красоту, что наделали хитрые создатели Proteus и нажимаем на Auto-placer. Тут открывается ещё один недостаток этого инструмента: он умеет помещать компоненты только на одну сторону платы (я полчаса потратил в поисках решения, пока в справке не прочёл, что это невозможно). Т.е. если вы используете и SMD корпуса, и обычные и хотите, чтобы они были с разных сторон платы — придётся ручками перемещать компоненты с одной стороны на другую, причём каждый по-отдельности.

Итогом авторазмещения становится такая картина:

Дабы посмотреть, как в ARES работает автороутер, идём в Design Rule Manager, выставляем дороги POWER и SIGNAL только с одной стороны (у меня Top Copper), ширину T25 (чтоб с ЛУТ проблем не было) и запускаем Auto-router.

Вот что получается:

То есть 43 дорожки он не развёл и придётся делать перемычки.

Что ж, давайте опробуем TopoR.

Опять же нажимаем Auto-router, там Export Design File и сохраняем. В TopoR Импорт -> Specctra и открываем файл. Теперь надо немного настроить. В Параметрах дизайна (F4) удаляем лишние 14 слоёв, в Ширине проводников ставим от 0,3 до 0,6 мм. Нажимаем кнопку Автотрассировка, в настройках галки Переназначить функционально эквивалентные контакты компонентов (на всякий случай: мне показалось, что данная опция не совсем работает или даже совсем не работает), Однослойная трассировка и жмём кнопку Запустить. Трассировщик автоматически сохраняет лучшие варианты, которые потом можно добавить в проект. Трассировка закончится только после нажатия кнопки Остановить. Обращу внимание, что перемычки расставляются автоматически, и даже размещаются контактные площадки под них. Я дождался, пока количество переходов не достигло 30 (т.е. 15 перемычек):

15 перемычек против 43 в ARES — гораздо лучше!

Потратив 5 минут и чуть переместив компоненты/раздвинув границы платы можно получить 10 переходов (5 перемычек), что уже допустимо:

А как по мне — 5 минут перемещать уже накиданное гораздо веселей, чем с нуля всё раскладывать по плате.
Белые кружочки — нарушения DRC (дорожки/компоненты расположились слишком близко). Не беда — вручную чуть передвинем эти самые компоненты и дорожки и нажмём F7 — они аккуратно перепроложатся, ошибки устранены (впрочем, я видел, как эта самая F7 глючит: после очередного нажатия ложит одну из дорог поверх нескольких других, а потом ругается об ошибке).

Специфичная для TopoR кривизна дорожек веет тёплой ламповостью и напоминает про времена, когда платы разводили карандашом на листочке в клеточку, а на текстолите рисовали нитрокраской/нитролаком и иголкой/шприцем/пастиком гелевой ручки. Лично меня это прёт.

Когда результат получится удовлетворительный, можно либо экспортировать плату, либо распечатать прямо из программы (есть даже галочка Зеркальное отображение, видимо специально для ЛУТ).

Пример реальной платы:

Полигоны в TopoR рисовать можно, причём сплошные/штрих/сетка, но я про них забыл. На этой плате нарисовал их маркером для дисков. Штрихованные пятачки — как раз перемычки.

Буду рад, если статья помогла кому автоматизировать нудные процессы. Буду благодарен, если расскажете про более удобные инструменты для авторазмещения и автотрассировки (особенно авторазмещения).

Программы для радиолюбителей.

Sprint-Layout
Программа с простым и понятным интерфейсом предназначена для конструирования печатных плат, имеющих невысокую сложность. Используется любителями радиоэлектроники при создании плат для электронных устройств с целью автоматизации процесса проектирования.

 

 

 

 Скачать Sprint-Layout.

Eagle
Популярная компьютерная программа, специально созданная для новичков и любителей радиоэлектроники. Позволяет вычерчивать принципиальные электрические схемы и печатные платы не выше средней сложности.

 

 

 

 

 

Скачать Eagle.

DipTrace
Отечественная русскоязычная программа предназначена как для профессионалов, так и радиолюбителей. Применяется для создания плат в ручном или автоматическом режиме. Распространяется в 2 версиях – бесплатной (с ограничениями) и платной.

 

 

 Скачать DipTrace.

ExpressPCB
Бесплатная, простая в изучении и работе программа предназначена для ручного конструирования плат, имеющих малую и среднюю сложность. Имеется возможность помимо встроенной библиотеки электронных компонентов, создавать собственную базу, что сделало ее популярной среди радиолюбителей.

 

 

 

 

Скачать ExpressPCB.

Altium Designer
Профессиональное программное обеспечение для создания широкого спектра электронных плат и устройств различной сложности. Позволяет на высоком уровне осуществлять разработку и проектирование печатных плат. Применяется во многих отраслях промышленности, занимающихся электронными устройствами.

 

 

 

Скачать Altium Designer.

FreePCB
Программный продукт, который широко используют профессионалы при разработке и конструировании печатных плат различной сложности. Распространяется бесплатно, что позволяет использовать ПО на многих предприятиях народного хозяйства и в частных компаниях, которые занимаются выпуском электронных устройств.

 

 

 

 Скачать FreePCB.

Kicad
Бесплатная русскоязычная профессиональная программа, позволяющая разрабатывать печатные платы и электрические схемы малой, средней и высокой сложности. Создавать платы и размещать на них компоненты можно в ручном и автоматическом режиме.

 

 

 

Скачать Kicad.

DesignSpark PCB
Бесплатная программа, которая позволяет разрабатывать электрические схемы и печатные платы электронных устройств на профессиональном уровне. Программа снабжена мощной библиотекой электронных компонентов и имеет функцию автотрассировки.

 

 

 

Скачать DesignSpark PCB.

PCB123
Программный продукт с помощью которого любители и профессионалы могут осуществлять проектирование и разработку схем и плат любой сложности с созданием трехмерного изображения. Программа распространяется бесплатно.

 

 

 

 

 Скачать PCB123

TopoR
Платная высокопроизводительная программа, выпущенная отечественным производителем, предназначена для проектирования и изготовления плат любой сложности. Внешний вид получаемой платы можно наглядно увидеть на трехмерном изображении, которое можно построить в этой же программе.

 

 

 

Скачать TopoR

 
EDWinXP
Платное профессиональное программное обеспечение, применяемое для проектирования плат и разработки электронных устройств различной сложности. Программу можно загрузить и бесплатно, но время действия такой программы ограничено (14дней).

 

 

 

Скачать EDWinXP

 

P-CAD
Мощная и одна из самых первых профессиональных автоматизированных программ по проектированию печатных плат. Позволяет проектировать платы любой сложности. В настоящее время используется версия программы, которая была выпущена в 2006 году.

 

 

 

Скачать P-CAD

Mentor Graphics PADS
Платная профессиональная программа, создана для проектирования как легких, так и сложных односторонних, двухсторонних и многослойных плат. Функции, которые имеются в программе, позволяют моделировать, проводить различные проверки и полностью подготовить плату к производству. Существует ознакомительная версия программы, которая ограничена количеством дней ее применения (30).

 

 

 

Скачать Mentor Graphics PADS

 

PCBWeb
Бесплатное программное обеспечение предназначено для вычерчивания принципиальных электрических схем и создания печатных плат в автоматическом режиме. Имеется библиотека электронных компонентов и возможность создавать эти компоненты самостоятельно с помощью специального редактора.

 

 

 

Скачать PCBWeb

CometCAD
Программное обеспечение предназначено для автоматизации процесса проектирования создания плат и принципиальных электрических схем. Применяется при проектировании электронных устройств различной сложности как специалистами, так и любителями. Программа может быть установлена для ознакомительной версии и приобретена за деньги.

 

 

 

Скачать CometCAD

Comments are now closed for this entry

Sprint-Layout

Простой, но в тоже время очень эффективный программный пакет для проектировки и ручной разводки печатных плат малой и средней сложности. Программа очень популярна среди Российских радиолюбителей.

Основным достоинством Sprint-Layout является интуитивно понятный интерфейс, включающий в себя лишь самые необходимые инструменты для подготовки печатных плат размером 300 на 300 мм. Программа позволяет работать с двумя слоями (проводников и маркировки) для каждой стороны платы. Дополнительные возможности – слой паяльной маски, металлизация, SMD-маска. Встроенный трассировщик только помогает разводить проводники, и не является автоматическим. В пополняемой библиотеке содержатся наиболее распространенные электронные компоненты. В Sprint-Layout реализована возможность экспортировать результаты работы в популярные форматы Excellon и Gerber, а также создать файл HPGL для отделки печатной платы на программно-управляемом фрезерном станке. Пакет широко применяется для изготовления плат ЛУТ способом.

Программа вряд ли подойдет профессионалам, поскольку ее возможности ограничены небольшими платами с невысокой плотностью элементов. Но, благодаря логичной и понятной структуре, Sprint-Layout очень проста в освоении и рекомендуется начинающим проектировщикам, не желающим тратить свое время на изучение более сложных программ.

Язык программы немецкий или английский. Отечественными энтузиастами был создан полностью работоспособный русифицированный вариант программы, получивший в сети наименование Sprint-Layout 6 (но не имеющая какое-либо отношение к официальной 6-ой версии, выпущенной в 2013 году). Интерфейс был изменен для большего удобства, добавлено большое количество электронных компонентов и сохранена совместимость со всеми оригинальными версиями Sprint-Layout до 5-ой версии.

О нововведениях 6-ой версии Sprint-Layout можно почитать в статье: Sprint Layout 6.0 – Что нового?

Программа стабильно работает в 32- или 64-разрядных операционных системах Windows 98 / ME / NT / 2000 / XP / Vista / Win 7 / Win 8

Распространение программы: Shareware (платная), цена – 40 евро

Официальный сайт Sprint-Layout: http://www.abacom-online.de/uk/html/sprint-layout.html

Форматы файлов Sprint-Layout: LAY, LAY6, экспорт в Gerber или Excellon

Скачать Sprint-Layout Viewer 5.0
Скачать Sprint-Layout Viewer 6.0

Скачать демо Sprint-Layout 5.0
Скачать демо Sprint-Layout 6.0

Скачать дополнительные библиотеки с официального сайта

Скачать Sprint-Layout 5.0 RUS + 3392 макроса + руководство

Скачать Sprint-Layout 6.0 (неофициальная русская версия, на самом деле 5.0)

Курс по Sprint Layout 6. Часть 1 – Знакомство с интерфейсом
Курс по Sprint Layout 6. Часть 2 – Функции рисования. Макросы и библиотека компонентов
Курс по Sprint Layout 6. Часть 3 – Трассировка. Печать. Список компонентов
Курс по Sprint Layout 6. Часть 4 – Подготовка платы к производству и вывод файлов

Обсуждение программы на форуме

ZenitPCB

Простая CAD-система, предназначенная для создания принципиальных схем и проектирования печатных плат

Простая и гибкая в использовании САПР ZenitPCB является полупрофессиональным программным обеспечением для рисования электрических схем и трассировки печатных плат. Приложение состоит из четырех самостоятельных модулей: ZenitCapture (редактора электрических схем), ZenitParts (редактора компонентов), ZenitPCB GerberView (просмотрщика файлов формата Gerber) и собственно самого ZenitPCB (редактора печатных плат). Последовательность операций в программе ZenitPCB следующая: размещение компонентов в модуле ZenitCapture, задание связей между ними, создание списка соединений, разработка контура платы в модуле ZenitPCB, загрузка списка соединений в модуль ZenitPCB, операции по маршрутизации.

Модуль ZenitCapture весьма удобен, содержит практически все основные инструменты и позволяет легко нарисовать необходимую схему. К сожалению, библиотека компонентов программы ZenitPCB невелика, всего около 1000 элементов. Для создания же требуемых деталей используется модуль ZenitParts, который позволяет просматривать всю информацию о компонентах, редактировать их, копировать в другие библиотеки, переименовывать, удалять, а также фильтровать весь список. Модуль ZenitPCB поддерживает создание как односторонних, так и двусторонних печатных плат. Возможен импорт списков соединений из таких известных САПР как Orcad, Eagle, Protel, Pads и Multisim. Наличие мастера-редактора посадочных мест позволяет создавать footprint’ы типа SOIC, SIP, QFP, PLCC, DIP.

В состав программы ZenitPCB входит ERC-проверка принципиальных схем и проверка технологических ограничений DRC. Также стоит отметить: возможность смены единиц измерения – миллиметры (минимальное разрешение 0,01 мм) или дюймы (0,001 дюйма), вращение компонентов, автопереименовку элементов по заданным критериям, создание перечня используемых материалов, настройку цветов слоев и компонентов, возможность установки перемычек, создание покрытых медью участков и многое другое. Приложение имеет свободно-располагаемые меню и контекстную помощь.

На выходе программа ZenitPCB формирует файлы Gerber 274X и NCDrill, позволяя заказывать печатные платы у любых производителей. Также поддерживается импорт/экспорт DXF-файлов, экспорт IDF (3D) файлов, распечатка результатов работ в каждом модуле приложения. Из минусов – в программном обеспечении ZenitPCB отсутствуют такие полезные функции как автоматическая трассировка и автоматическое размещение корпусов компонентов.

Программа ZenitPCB была разработана итальянским дизайнером печатных плат Stortini Mirko Bruno (Италия, регион Марке, город Анкона). В свободное время он занимается разработкой программного обеспечения на Borland Delphi и Visual C ++. Первая версия САПР ZenitPCB была выпущена в 2006 году. Приложение регулярно обновляется.

САПР ZenitPCB бесплатна, однако ограничена максимальным количеством контактов/контактных площадок в 800 штук.
На веб-сайте разработчиков программы выложено множество видеоуроков, позволяющих лучше разобраться в данном софте. Дистрибутив включает в себя подробный справочный файл и примеры выполненных работ.

Программное обеспечение ZenitPCB предлагается с английским интерфейсом. Кроме того существует версия программы на итальянском языке. Русификатора к данному софту нет.

Программа небольшая по размеру и не требовательна к системным ресурсам. Она работает под операционной системой Microsoft Windows, причем поддерживаются все последние версии.

Распространение программы: бесплатная.

Официальный сайт ZenitPCB: http://www.zenitpcb.com

Скачать ZenitPCB

Обсуждение программы на форуме

Быстродействующие печатные платы

– Microsoft Research

Это хобби-проект, которым я занимаюсь несколько лет. После того, как мне пришлось выдержать большинство методов изготовления схем DIY (маркировочная ручка или Kodak PhotoResist и травление хлоридом железа, двухточечная проводка, обмотка провода, смещение изоляции, векторная плата, воздушные провода, травление мельницы XYZ, разрезание медной ленты и т. Д.), Я столкнулся на возможных быстрых и недорогих решениях, которые, кажется, превосходят все предыдущие методы во времени, денежных затратах, беспорядке и / или разрешении.

Проект по сути объединяет индустрию хобби скрапбукинга с электронным хобби. Я начал этот проект более года назад с Cricut, который я купил онлайн у Joann’s за 28 долларов! В объявлении был сдвинут десятичный знак, и они его соблюдали, и это единственная причина, по которой я его купил. Cricut – это недорогой резак для бумаги и винила, управляемый вашим ПК (со сторонним программным обеспечением… которого больше нет в наличии). Это плоттер XY с острым ножом на вертлюге, прикрепленный к тому месту, где обычно движется ручка плоттера.По своей прихоти я попробовал его на медных печатных платах, и он сделал почти все, что хотел – вырезал и электрически изолировал медные следы, как это делают 3D-фрезерные станки для травления печатных плат. Смотрите группу PCB-GCODE в YahooGoups. Я обнаружил, что компенсация резака (обработка ножом) ТРЕБУЕТСЯ для печатных плат с малой шириной следа. Я и мой друг знали, как осуществить компенсацию, но у меня не было времени, чтобы она пошла на полку projects_to_do_when_I_have_time. Кроме того, я думаю, что Cricut не использует микрошаговый драйвер для своих шаговых двигателей, что снижает точность и плавность движения ножа.

Компенсация резца объясняется здесь.

Недавно мой друг пришел ко мне и показал мне новый резак, который он только что купил, включая часть этой компенсации, которую я искал, поэтому проект был снят с полки и повторно посещен.

На этой веб-странице я планирую изложить свои выводы об этой технике, как успешные, так и неудачные. Ниже представлен плакат, который я показал на выставке Faire Seattle Maker Faire в июне 2012 года на стенде Microsoft, на которую было обращено большое внимание:

Я не даю никаких гарантий в успехе вашей конкретной реализации, поскольку это оборудование явно не было сделано для того, что я описываю.Я действительно надеюсь, что этот метод завоевывает популярность, и другие люди вносят свой вклад в этот пул знаний. Я хотел бы, чтобы эта возможность была доступна, когда я рос!

Это те части, которые я приобрел до сих пор и произвел несколько успешных односторонних печатных плат (скоро появятся двусторонние.

1 – Силуэтный резак CAMEO $ 269,99 Профессиональная версия доступна за ~ $ 50 дополнительно

1 – SGS-G09-45 45-градусный твердосплавный диск 8,49 долл. США (купить несколько)

1 – Гибкий вал вращающегося инструмента для Dremel $ 29.99 шт. (Для сверления сквозных отверстий и переходных отверстий)

1 – Держатель маркера для Shlhouette Cameo ~ 22 $ (используется для изготовления держателя вращающегося инструмента)

Лот – 0,5 унции печатных плат, односторонние и двусторонние, от www.digikey.com

Вот рабочий процесс на данный момент:

1. Введите схему бесплатно в EagleCad (www.cadsoft.de).

2. Преобразуйте печатную плату крысиного гнезда в разумное расположение, используя минимальную ширину линии (TBD) и бесконечно маленькие отверстия для сквозных отверстий и переходных отверстий.Есть другие предложения для макета, которые я узнаю, и я опубликую их позже.

3. Выведите ИЗОБРАЖЕНИЕ из EagleCad в виде .bmp для верхнего (и нижнего) слоев, площадок и переходных отверстий. Это помогает использовать инструмент обработки изображений для преобразования только в черно-белое изображение. Многие бесплатные в Интернете, такие как GIMP, IrfanView и т. Д.

4. Выполните трассировку в Silhouete Studio (поставляется с резаком Cameo) файла .bmp с использованием порога ~ 50%, Scale = 1 и без фильтрации HighPass или LowPass. Проверьте трассу, чтобы убедиться, что между трассами нет шортов.Возможно, в будущем будет исправлено преобразование выходных файлов RS274X EagleCad в .svg. Версия программного обеспечения Silhouette стоимостью 50 долл. США будет принимать файлы .svg, которые не будут включены в стандартное программное обеспечение Silhouette.

5. Загрузите материал печатной платы и обрежьте с максимальной скоростью = 10 (не могу сказать, что скорость имеет значение) и максимальной глубиной = 33. Я использовал параметр двойной обрезки, который работает и не увеличивает; общее время на много.

6. Установите гибкий инструмент и сверло, просверлите сквозные отверстия и отверстия.(Подробности будут позже).

Это займет около 2,5 минут для моего простого макета на постере. Желательно смотреть на порезы с помощью лупы или микроскопа и удалять любые медные «волоски» или явные шорты или исправлять проблемные зоны. Используйте омметр, чтобы убедиться, что все следы исправны и шорты отсутствуют.

6-16-2012 Я только что загрузил видео о том, как резак для бумаги «разрезает» небольшую одностороннюю печатную плату – PIC uP, несколько компонентов и заголовок. Непрерывность результата без удаления осколков меди показала 100% и одну закороченную линию, которую легко было найти под лупой и зафиксировать.Для фильма этого сокращения, см. Ниже:

Волнистые или не прямые линии будут ограничивать минимальную ширину трассы. Я полагаю, что это является результатом комбинации функции трассировки в программном обеспечении резака для бумаги, неполной компенсации резака или соответствия режущей головке (возможно, последней).

22.06.2012 Прошлой ночью я снял это видео – “Cuting and Drilling”.

Я нарушил свое обещание «без модов и дополнений» для этой техники и мне пришлось сделать несколько небольших модификаций –

– Держатель для гибкого вала вращающегося инструмента, указанного выше.Я купил алюминиевый держатель маркера и использовал токарный станок, чтобы он соответствовал наконечнику инструмента, как показано на видео.

– Я добавил противовес пружины к режущей головке, чтобы помочь нейтрализовать дополнительный вес наконечника, также показанный на видео.

Мне нужно было найти способ удерживать режущую головку в течение секунды или более, а не перемещаться по X или Y во время сверления. Решение – нарисуйте квадратную спираль 25 оборотов в Silhouete Designer и уменьшайте масштаб, пока не достигнете X = Y = 0,000 ″.Резак тратит время, пытаясь продвинуть голову через 25 квадратов «маленького размера», но не двигаясь (сильно) вообще. Я вручную добавил их туда, где я хотел просверлить отверстия. Теперь мне нужен автоматический способ добавить их через обычный (Excellon) файл сверла, выведенный из EagleCAD с обычным материалом Gerber 274x. Для сверления требуется опорная пластина, чтобы вы не сверлили сам нож. Я использовал картон одинарной толщины (например, на обратной стороне планшета). Я настраиваю гибкий наконечник инструмента в держателе дома и / или положение сверла таким образом, чтобы наконечник долота касался нижней части режущего инструмента, когда режущая головка опускается до механического упора, затем я фиксирую все вниз.Я приклеил картон к обратной стороне платы. Обратите внимание, что синий поворотный замок на держателе резака будет мешать роликам, поэтому мне придется найти решение для этого.

Больше впереди … ..

,

PCB Основы для начинающих электроники | ОРЕЛ

Если у вас есть хоть немного интереса к изучению электроники, то вам абсолютно необходимо , чтобы узнать о печатной плате или печатной плате. Зачем? Эти платы есть в каждом известном человеку электронике, без исключений! Откройте свой компьютер, смартфон или даже вилку, и вы найдете печатную плату.

Могучая печатная плата в таких предметах, как вилка!

Начинающему электронщику эти зеленые фигуры на первый взгляд могут показаться немного загадочными.Есть множество разных частей, и многое нужно узнать, чтобы узнать, как все это работает вместе. Но с высотной точки зрения понять, что такое печатная плата и как она работает, легко. Посмотрите на печатную плату с высоты 10000 футов, и вы увидите, что она выглядит как город!

Теперь я ясно вижу

Вы, вероятно, летали на самолете хотя бы раз в своей жизни. Моя любимая часть путешествия – когда самолет взлетает с взлетно-посадочной полосы. Когда вы поднимаетесь все выше и выше, вы получаете новый взгляд на город, который вы видите только с больших высот.И чем выше вы поднимаетесь, тем больше вы начинаете видеть, как ваш город организован и тщательно спланирован. Там дороги, здания, машины и люди все связаны в единую систему.

Лос-Анджелес ночью с сетчатым макетом. Имейте это в виду, когда вы узнаете обо всех частях печатной платы! (Источник изображения)

Как и в наших городах, печатные платы обеспечивают целостную систему, основу для всех электронных компонентов, которые делают наши объекты живыми.Фактически, вы можете сравнить многие аспекты города с печатной платой, например:

Дороги и Автомобили

На печатной плате вы увидите множество линий, работающих повсюду, соединяющихся с различными компонентами. Это так же, как дороги в наших городах, за исключением того, что вместо автомобилей, движущихся по кругу, электроны летят по дорогам, сделанным из меди, спеша приводить в действие один компонент за другим! Эти медные дороги называются трасс в нашем городе печатных плат.

Печатная плата без каких-либо ее компонентов, вы можете увидеть следы повсюду.(Источник изображения)

Центр города

В центре города происходит вся работа в городе. У вас есть большие корпоративные офисы, местный бизнес на каждом углу и, возможно, даже некоторые открытые рынки. Этот центральный центр человеческой деятельности подобен тем квадратным черным фигурам, которые вы найдете на печатной плате под названием Integrated Circuits (ICs) . На этих микросхемах вся сложная работа происходит на печатной плате, выполняющей быстрые расчеты.

Вытащите печатную плату, и вы обязательно найдете в ее основе интегральную схему.Просто посмотрите на черные квадратные или прямоугольные коробки! (Источник изображения)

Пригород

В пригороде, где дома, парки и школы являются обычным явлением. С самолета вы заметите, что ряды домов в пригороде часто выглядят так же, как маленькие резисторы , найденные по всей печатной плате. Эти резисторы там сопротивляются потоку электричества согласно их стоимости.

Резисторы очень крошечные в современной электронике.Вот два крупным планом. (Источник изображения)

Строительство

Ни один город не свободен от строительства! Будь то строительство нового небоскреба или нового жилого комплекса, вы найдете новые фундаменты, закладываемые повсюду. Эти основы похожи на пустые колодки , которые вы найдете на печатной плате без каких-либо компонентов. Хотя сейчас они могут быть пустыми, компонент скоро будет припаян к ним.

См. Все эти пустые металлические формы; это точки подключения для компонентов.(Источник изображения)

Адреса и названия улиц

Вы не сможете обойти город без какого-либо адреса или названия улицы. И так же, как эти два помогают вам ориентироваться в лабиринтах улиц, все белые надписи, которые вы найдете на печатной плате, делают то же самое. Эта надпись, которая называется silkscreen , помогает людям, которые собирают или ремонтируют печатные платы, точно знать, что представляет собой деталь и ее расположение.

Шелкография рядом, вы можете увидеть некоторые, которые идентифицируют конденсаторы по C2, C3 и C4, и диод по D1.(Источник изображения)

Канализационная система

Вся та вода, которую мы используем для мытья посуды или мытья нашей машины, должна куда-то уходить, и в канализацию она попадает в новые места назначения. Канализационная система похожа на отверстия, которые вы можете найти на печатной плате под названием переходные отверстия. Эти формы, похожие на люки, помогают доставлять электричество с одной стороны печатной платы на другую, точно так же, как вода течет из вашей раковины на местную канализацию, это скоростная автомагистраль!

Vias – это крошечные отверстия на некоторых печатных платах, которые пропускают электричество на другие слои.(Источник изображения)

Электростанция

Электростанции поддерживают наши огни. Можете ли вы представить, каким будет город без каких-либо? Надеюсь, не зараженных зомби! Так же, как электростанции в городе, у нас есть так называемые конденсаторы и на печатной плате, которые накапливают электричество. Они могут удерживать заряд и отпускать его, когда это необходимо, для направления энергии туда, куда он должен идти.

Тонна конденсаторов все в ряд. Обратите внимание на уникальную цилиндрическую форму.Большинство конденсаторов будут выглядеть так.

Уличные фонари и знаки

Уличные фонари и знаки помогают поддерживать порядок в мире, полном сумасшедших водителей, контролирующих движение транспорта в нашем лабиринте улиц и автомагистралей. На печатной плате уличные фонари и знаки похожи на диодов и их двоюродного брата LED . Диод контролирует поток электроэнергии на печатной плате, позволяя ей идти только в одном направлении. И вы наверняка видели светодиод, он похож на диод, за исключением того, что он загорается, когда через него проходит электричество.

Два диода на печатной плате, контролирующие поток электроэнергии. (Источник изображения)

Теперь, когда у вас есть все отдельные части, собранные в вашем уме, посмотрите на картинку ниже, чтобы увидеть, можете ли вы указать на некоторые ориентиры на этой печатной плате. Интегральные схемы найти проще всего, просто посмотрите на черные ящики. Но вам, возможно, придется щуриться, чтобы увидеть все крошечные резисторные пригороды, сгруппированные повсюду. Конечно, перечисленные выше части и узлы – это лишь малая часть того, что вы найдете на печатной плате, но теперь у вас достаточно знаний, чтобы вытащить печатную плату из любого электронного блока и начать называть вещи!

Можете ли вы найти некоторые детали, о которых мы говорили на этой законченной печатной плате? Они повсюду!

Как бы я сделал печатную плату?

При взгляде со стороны вы можете подумать о печатной плате как о восхитительном многослойном ванильно-клубничном пироге.Он имеет несколько повторяющихся слоев меди, паяльной маски, шелкографии и стекловолокна. Давайте начнем изнутри, чтобы понять эти слои.

Поперечное сечение двухсторонней печатной платы с шелкографией, паяльной маской, медью и FR4. (Источник изображения)

Стеклопластик. Этот материал лежит в центре печатной платы и обычно называется подложкой, или FR4. Стекловолокно является самым прочным из всех слоев и отвечает за придание печатной плате жесткой и толстой структуры.При изготовлении печатной платы весь процесс начинается со стекловолокна, а все остальные слои добавляются сверху.

Медь. Без слоя меди печатная плата никогда не сможет проводить электричество. Обычно вы найдете медь на верхней и нижней части печатной платы, и она содержит все следы, которые будут соединять ваши компоненты.

Паяльная маска. Это то, что придает печатной плате традиционный зеленый цвет и наносится поверх слоев меди. Вы также можете найти печатные платы красного или синего цвета; это выбор дизайнера! Solder Mask отлично справляется с защитой всех медных дорожек от друг друга, чтобы не было несчастных случаев, таких как короткие замыкания.

Шелкография. Этот белый текст вы найдете повсюду на печатной плате, идентифицируя названия резисторов, конденсаторов, светодиодов и т. Д. Silkscreen пригодится вам при создании печатной платы, поскольку он может сказать другому человеку или компьютеру, где конкретная часть должна идти.

Фактический процесс изготовления печатной платы может быть сложным и связан с использованием производителя, который некоторые также называют фабрикой. Эти сборные дома возьмут все готовые проектные файлы, которые инженер предоставит для создания печатной платы в ее физической форме.В то время как весь процесс заслуживает отдельного поста в блоге, мы сделаем все просто с кратким описанием того, как выглядит печатная плата:

1. Шаг 1 – Создание стекловолоконной основы. Производитель сначала создает внутренний слой из стекловолокна (сердцевина), на который будут наноситься все остальные слои меди, маски припоя и т. Д.
2. Шаг 2 – Добавление слоев меди . После установки стекловолоконного основания производитель добавит медную фольгу с обеих сторон стекловолокна.
3. Шаг 3 – Добавление медных узоров. Затем сверху на медную поверхность наносится ламинированный лист конструкции печатной платы, который показывает, где должны быть все медные следы.
4. Шаг 4 – Определение медных узоров. Ламинированный лист и медь затем экспонируются под УФ-лампой и покрываются пленкой фоторезиста, которая вытравливает следы в медную фольгу.
5. Шаг 5 – Купание доски. Теперь, когда медные следы на месте, печатной плате будет предоставлена ​​химическая ванна, которая удаляет всю нежелательную медь, оставляя только медные следы, разработанные инженером.
6. Шаг 6 – Защита с помощью паяльной маски . Наносится защитный слой паяльной маски, придающий печатной плате традиционный зеленый цвет, защищая ее от коротких замыканий.
7. Шаг 7 – Добавление шелкографии. Чтобы закончить, добавлен белый шелкография, которая поможет точно определить, где компоненты должны находиться на печатной плате. На этом этапе печатная плата считается законченной как «пустая плата», то есть она еще не имеет прикрепленных деталей.
8. Шаг 8 – Добавление компонентов. Пустая плата затем подвергается процессу сборки, к которому прикрепляются различные компоненты, такие как резисторы, интегральные схемы, конденсаторы и т. Д. После завершения это печатная плата в окончательном виде, которую вы увидите во всей своей электронике дома.

Процесс сборки содержит довольно много деталей, которые мы оставили, и это сам по себе мир. Если вы заинтересованы в получении дополнительной информации о производственном процессе, обязательно посмотрите видео ниже, чтобы увидеть его в действии на Eurocircuits!

Были ли печатные платы всегда такими сложными?

Зеленые печатные платы, которые мы узнали во всей нашей электронике, не всегда были такими.Почему чуть более 60 лет назад вы должны были увидеть печатные платы, сделанные из таких материалов, как масонит, картон и даже деревянные доски. В этих печатных платах старой школы на плату были прикручены плоские латунные провода, и повсюду разбросано множество компонентов. Вот старый телевизор с одной из самых первых печатных плат внутри, посмотрите на этот беспорядок!

Посмотри на этот беспорядок! Вот старая школьная плата в телевизоре до того, как были изобретены современные медные платы. (Источник изображения)

Это чудовище печатной платы вскоре изменилось, хотя и в 1943 году австрийские ученые докторПол Эйслер создал первую современную печатную плату для радио. Вскоре после этого медь заменила латунный металл выбора для печатных плат, поскольку она позволяла электричеству течь более эффективно, а также было намного дешевле в производстве.

Печатная плата наконец обрела славу в 1956 году, когда Патентное ведомство США выдало патент на «Обработка сборки электрических цепей» группе ученых в армии США. Это военные, которых нужно поблагодарить за многие достижения, которые мы видели в печатных платах.Благодаря их потребности в новом оружии и системах связи, мы взяли огромную массу вчерашних печатных плат и сжали их во что-то, что может поместиться в наших карманах!

Сегодняшние дикие и безумные способы использования печатных плат

Сегодня печатные платы повсюду, питая некоторые дикие и безумные гаджеты и сервисы, которые мы могли когда-либо себе представить. Вы слышали об этом?

Доставка Дронов

Amazon недавно представила свою новую службу доставки Prime Air, которая стала возможной благодаря беспилотникам! Мы говорим о возможности заказать что-то у Amazon и доставить его к вам домой за считанные минуты, а не дни, и все благодаря мощным платам.

Печатные платы в этих беспилотниках обеспечивают всю сложность, необходимую для выполнения работы, включая GPS и Bluetooth, которые позволяют доставлять посылки с высокой точностью, а также гироскопы и акселерометры, которые обеспечивают их прямой полет. Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть Amazon Prime Now в действии.

Протезы конечностей

Прошли времена простых механических конечностей, которые не давали никакой обратной связи. Современные протезы конечностей заполнены микропроцессорами, которые добавляют совершенно новый уровень естественного опыта.В протезных ногах датчики угла наклона колена могут предоставлять микропроцессору информацию о регулировке давления в пятке или передней части стопы. Все это приводит к гораздо более естественному восприятию ходьбы благодаря печатным платам и их микропроцессорным аналогам.

Слуховые имплантаты

Cochlear Implants позволяет глухим или людям с нарушениями слуха снова слышать все благодаря мощности печатных плат и электроники. Эти имплантаты расположены хирургически под кожей и содержат тонну электроники, в том числе:

• Микрофон, улавливающий все разнообразие звуков в окружающей среде.
• Речевой процессор, способный распознавать все звуки, собранные микрофоном.
• Передатчик, приемник и стимулятор, который принимает сигналы от речевого процессора и преобразует их в электрические импульсы.
• Электродная решетка, которая собирает все электрические импульсы от стимулятора и направляет их в области слухового нерва, чтобы быть услышанными!

Это лишь некоторые из необычных видов использования печатных плат и электроники в целом для человечества.Существует множество других возможностей, таких как компьютер или смартфон, на котором вы читаете этот пост. Без печатной платы вы бы никогда не были здесь! Или как насчет сумасшествия ракеты-самохода SpaceX? Снова снимаю шляпу перед тобой, PCB.

до бесконечности и дальше

Печатная плата – это основа нашего будущего, позволяющая нам создавать, открывать и улучшать человеческий опыт так, как мы никогда не думали, что это возможно. Но сегодня мы только в начале пути с печатными платами. В будущем мы можем использовать биоразлагаемые печатные платы для устранения электронных отходов.Или, возможно, вы сможете напечатать свою печатную плату в 3D, не выходя из дома!

Электроника и печатные платы имеют множество применений, и все начинается с вас! У вашего яркого инженерного ума, вероятно, есть какие-то идеи, которые ему нужно выбрать. Почему бы не использовать инструмент для воплощения в жизнь тех идей, которым ежедневно доверяют миллионы других инженеров? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

,

Печатная плата

Часть компьютерной платы Sinclair ZX Spectrum 1983 года; заполненная печатная плата, показывающая токопроводящие дорожки, переходные отверстия (проходы через отверстия к другой поверхности) и некоторые установленные электрические компоненты

Печатная плата или PCB используется для механической поддержки и электрического соединения электронных компонентов с использованием проводящих дорожек, дорожек или следов сигналов, вытравленных из медных листов, ламинированных на непроводящую подложку .Он также называется печатной монтажной платой ( PWB ) или протравленной монтажной платой . Печатной платой, заполненной электронными компонентами, является узел с печатной платой ( PCA ), также известный как узел с печатной платой (PCBA ). Печатные платы используются практически во всех, кроме самых простых, выпускаемых промышленностью электронных устройствах.

Печатные платы

стоят недорого и могут быть очень надежными. Они требуют гораздо больше усилий по компоновке и более высокой первоначальной стоимости, чем проволочная или двухточечная конструкция, но намного дешевле и быстрее для крупносерийного производства; Производство и пайка печатных плат могут быть выполнены с помощью полностью автоматизированного оборудования.Большая часть потребностей в разработке печатной платы, сборке и контроле качества в электронной промышленности определяется стандартами, опубликованными организацией IPC.

история

Разработка методов, используемых в современных печатных платах, началась в начале 20-го века. В 1903 году немецкий изобретатель Альберт Хансон описал многослойные плоские проводники из фольги, ламинированные на изоляционную плату. Томас Эдисон экспериментировал с химическими методами нанесения проводников на льняную бумагу в 1904 году.Артур Берри в 1913 году запатентовал метод печати и травления в Великобритании, а в Соединенных Штатах Макс Шоп получил патент ^[1] на распыление металла пламенем на доске через узорную маску. Чарльз Дюрсей в 1927 году запатентовал метод гальванических схем. ^[2]

Изобретателем печатной схемы был австрийский инженер Пол Эйслер, который, работая в Англии, сделал один примерно в 1936 году как часть радиоприемника. Примерно в 1943 году США начали широко использовать эту технологию для изготовления бесконтактных предохранителей для использования во Второй мировой войне ^[2] .После войны, в 1948 году, США выпустили изобретение для коммерческого использования. Печатные схемы не стали обычным явлением в бытовой электронике до середины 1950-х годов, после того как армия Соединенных Штатов разработала процесс Auto-Sembly .

До печатных плат (и некоторое время после их изобретения) использовалась двухточечная конструкция. Для прототипов или небольших серийных серий более эффективными могут быть проволочная или револьверная доска. Предшественником изобретения печатных плат и аналогичного ему по духу было оборудование для изготовления электронных схем Джона Саргроува (ECME) 1936–1947 гг., Которое распыляло металл на бакелитовую пластиковую плату.ECME может производить 3 радио в минуту.

Во время Второй мировой войны разработка зенитного бесконтактного взрывателя требовала электронной схемы, которая могла выдерживать выстрелы из оружия и могла быть произведена в количестве. Подразделение Centralab Globe Union представило предложение, которое отвечало требованиям: керамическая пластина будет отпечатана металлической краской для проводников и углеродным материалом для резисторов, с керамическими дисковыми конденсаторами и сверхминиатюрными вакуумными трубками, впаянными в место. ^[3]

Первоначально каждый электронный компонент имел провода, а на печатной плате были просверлены отверстия для каждого провода каждого компонента. Затем выводы компонентов были пропущены через отверстия и припаяны к следу печатной платы. Этот метод сборки называется сквозной конструкцией . В 1949 году Мо Абрамсон и Станислав Ф. Данко из Корпуса связи армии США разработали процесс автосборки, в котором выводы компонентов были вставлены в схему соединения из медной фольги и спаяны погружением.С развитием технологий ламинирования и травления платы эта концепция превратилась в стандартный процесс изготовления печатных плат, используемый сегодня. Пайка может быть выполнена автоматически, пропуская плату над волной или волной расплавленного припоя в машине для пайки волной припоя. Однако провода и отверстия расточительны, поскольку сверление отверстий обходится дорого, а выступающие провода просто обрезаются.

В последние годы использование деталей для поверхностного монтажа приобрело популярность, поскольку возрос спрос на меньшую упаковку электроники и большую функциональность.

Производство

Материалы

Печатная плата как проект на компьютере (слева) и реализованная как сборка платы, заполненная компонентами (справа). Плата является двухсторонней, с покрытием сквозного отверстия, зеленой стойкой к пайке и белой шелкографией. Были использованы как компоненты для поверхностного монтажа, так и сквозные отверстия. Печатная плата в компьютерной мыши. Сторона компонента (слева) и сторона с печатью (справа). Компонентная сторона печатной платы в компьютерной мыши; некоторые примеры общих компонентов и их условные обозначения на шелкографии.

Проводящие слои обычно изготавливаются из тонкой медной фольги. Изоляционные слои диэлектрика обычно ламинируют вместе с эпоксидной смолой препрег. Плата обычно покрыта паяльной маской зеленого цвета. Другие цвета, которые обычно доступны: синий, черный, белый и красный. Существует довольно много различных диэлектриков, которые могут быть выбраны для обеспечения разных значений изоляции в зависимости от требований схемы. Некоторыми из этих диэлектриков являются политетрафторэтилен (тефлон), FR-4, FR-1, CEM-1 или CEM-3.Хорошо известными материалами препрега, используемыми в промышленности печатных плат, являются FR-2 (фенольная хлопковая бумага), FR-3 (хлопковая бумага и эпоксидная смола), FR-4 (тканое стекло и эпоксидная смола), FR-5 (тканое стекло и эпоксидная смола), FR -6 (матовое стекло и полиэстер), G-10 (тканое стекло и эпоксидная смола), CEM-1 (хлопчатобумажная бумага и эпоксидная смола), CEM-2 (хлопчатобумажная бумага и эпоксидная смола), CEM-3 (тканое стекло и эпоксидная смола), CEM -4 (Тканое стекло и эпоксидная смола), CEM-5 (Тканое стекло и полиэстер). Тепловое расширение является важным фактором, особенно с использованием решетки с шариковой решеткой (BGA) и технологий голых матриц, а стекловолокно обеспечивает наилучшую стабильность размеров.

FR-4 – безусловно самый распространенный материал, используемый сегодня. Доска с медью на ней называется «покрытый медью ламинат».

Толщина медной фольги может быть указана в унциях на квадратный фут или в микрометрах. Одна унция на квадратный фут составляет 1.344 мил или 34 микрометра.

Выкройка (травление)

Подавляющее большинство печатных плат изготавливаются путем связывания слоя меди по всей подложке, иногда с обеих сторон (создавая «пустую печатную плату»), а затем удаления нежелательной меди после нанесения временной маски (например,грамм. травлением), оставляя только нужные следы меди. Несколько печатных плат изготавливаются путем добавления следов к голой подложке (или подложке с очень тонким слоем меди), обычно сложным процессом, состоящим из нескольких стадий гальванического покрытия. Способ изготовления печатной платы в первую очередь зависит от того, используется ли он для объема производства или для образцов / образцов. Двусторонние или многослойные платы используют сквозные отверстия для соединения следов на любой стороне подложки.

Большой объем

• Шелкография – основной коммерческий метод.
• Фотографические методы – используются, когда требуются тонкие линии.

Малый объем

• Печать на прозрачной пленке и использование в качестве фотомаски вместе с фоточувствительными досками. (то есть предварительно сенсибилизированные доски), затем травление. (В качестве альтернативы можно использовать пленочный фотоплоттер).
• Устойчивость к лазерной абляции: Распылить черную краску на покрытый медью ламинат, поместить в лазерный плоттер с ЧПУ. Лазерный растр сканирует печатную плату и удаляет (испаряет) краску там, где не требуется никакого сопротивления.Etch. (Примечание: лазерная медная абляция используется редко и считается экспериментальной.)
• Используйте фрезу с ЧПУ с лопаткой (то есть 45-градусный) или миниатюрную концевую фрезу, чтобы отвести нежелательную медь, оставляя только следы.

Любитель

• Резист с лазерной печатью: лазерная печать на прозрачной пленке, перенос тепла с помощью утюга или модифицированного ламинатора на голый ламинат, подкраска маркером, затем травление.
• Существуют и другие трудоемкие методы, подходящие только для одноразовых досок (виниловая пленка и резист, не моющийся маркер и другие).

Существует три распространенных метода «вычитания» (методы удаления меди), используемых для производства печатных плат:

1. Шелкография использует устойчивые к травлению чернила для защиты медной фольги. Последующее травление удаляет нежелательную медь. В качестве альтернативы, чернила могут быть проводящими, напечатанными на пустой (непроводящей) доске. Последний метод также используется при изготовлении гибридных схем.
2. Photoengraving использует фотошаблон и проявитель для выборочного удаления фоторезистного покрытия.Оставшийся фоторезист защищает медную фольгу. Последующее травление удаляет нежелательную медь. Фотомаску обычно готовят с помощью фотоплоттера из данных, полученных техническим специалистом, использующим САМ или программное обеспечение для автоматизированного производства. Прозрачные пленки с лазерной печатью обычно используются для фотоинструментов ; тем не менее, методы прямой лазерной визуализации используются для замены фотоинструментов в соответствии с требованиями высокого разрешения.
3. Фрезерование печатных плат использует двух- или трехосную механическую фрезерную систему для фрезерования медной фольги от подложки.Фрезерный станок с печатной платой (называемый «прототипом печатной платы») работает аналогично плоттеру, получая команды от программного обеспечения хоста, которые контролируют положение фрезерной головки на оси x, y и (если это применимо) z , Данные для привода Prototyper извлекаются из файлов, созданных в программном обеспечении для проектирования печатных плат и сохраняемых в формате файлов HPGL или Gerber.

«Аддитивные» процессы также существуют. Наиболее распространенным является «полуаддитивный» процесс. В этой версии на плате без рисунка уже есть тонкий слой меди.Затем применяется обратная маска. (В отличие от маски процесса вычитания, эта маска выставляет те части подложки, которые в конечном итоге станут следами.) Затем на доску наносится дополнительная медь в немаскированных областях; Медь может быть покрыта любым желаемым весом. Затем наносят оловянно-свинцовые или другие поверхностные покрытия. Маска снимается, и краткий этап травления удаляет теперь экспонированный оригинальный медный ламинат с доски, изолируя отдельные следы. Некоторые доски с плакированными сквозными отверстиями, но все еще односторонние, были изготовлены таким способом.В конце 1960-х годов General Electric производила потребительские радиоприемники, используя такие платы.

Аддитивный процесс обычно используется для многослойных плат, поскольку он облегчает проникновение сквозных отверстий (для создания проводящих отверстий) в печатной плате.

• PCB медная гальваническая машина для добавления меди в рабочую PCB

• печатных плат в процессе добавления меди с помощью гальваники

Размеры медных проводников печатной платы связаны с величиной тока, который должен нести проводник.Каждый след состоит из плоской, узкой части медной фольги, которая остается после травления. Сигнальные трассы обычно уже, чем силовые или наземные трассы, потому что их текущие требования к переноске обычно намного меньше. В многослойной плате один весь слой может быть в основном из твердой меди, служащей заземляющей плоскостью для экранирования и возврата мощности. Для печатных плат, которые содержат микроволновые цепи, линии передачи могут быть проложены в форме полосы и микрополоски с тщательно контролируемыми размерами для обеспечения постоянного импеданса.В радиочастотных цепях индуктивность и емкость проводников печатной платы могут использоваться в качестве преднамеренной части схемы, что устраняет необходимость в дополнительных дискретных компонентах.

Химическое травление

Химическое травление выполняется с помощью хлорида железа, персульфата аммония или иногда соляной кислоты. Для ПТГ (сквозные отверстия) после сверления отверстий выполняются дополнительные этапы электроосаждения, затем гальванизируется медь для наращивания толщины, доски экранируются и покрываются оловом / свинцом.Олово / свинец становится резистом, оставляя чистую медь вытравленной.

Простейшим методом, используемым для мелкого производства и часто любителями, является иммерсионное травление, при котором доска погружается в травильный раствор, такой как хлорид железа. По сравнению с методами, используемыми для массового производства, время травления велико. Тепло и перемешивание могут быть применены к ванне, чтобы ускорить скорость травления. При пузырьковом травлении воздух пропускается через травильную ванну для перемешивания раствора и ускорения травления.При травлении всплеском используется лопасть с приводом от двигателя, чтобы разбрызгивать доски травителем; процесс стал коммерчески устаревшим, так как он не так быстр, как травление распылением. При травлении распылением раствор травителя распределяется по платам через форсунки и рециркулирует с помощью насосов. Регулировка формы сопла, расхода, температуры и состава травителя обеспечивает предсказуемый контроль скорости травления и высоких скоростей производства. ^[4]

Чем больше меди расходуется на досках, травитель становится насыщенным и менее эффективным; Различные травители имеют различную емкость для меди, причем некоторые достигают 150 г меди на литр раствора.При коммерческом использовании травители могут быть регенерированы для восстановления их активности, а растворенная медь восстановлена ​​и продана. Мелкое травление требует внимания к утилизации использованного травителя, который является коррозийным и токсичным из-за содержания в нем металлов.

Травитель удаляет медь со всех поверхностей, на которые воздействует резист. «Подрез» возникает, когда травитель атакует тонкий край меди под сопротивлением; это может уменьшить ширину проводника и вызвать обрыв цепи. Тщательный контроль времени травления необходим для предотвращения подрезания.Там, где металлическое покрытие используется в качестве резиста, оно может «нависать», что может привести к коротким замыканиям между соседними дорожками, когда они расположены близко друг к другу. Выступ можно удалить, протерев проволочную щетку после травления. ^[4]

Ламинация

Некоторые печатные платы имеют слои трассировки внутри печатной платы и называются многоуровневыми печатными платами . Они образуются путем склеивания отдельно вытравленных тонких досок.

Бурение

Отверстия в печатной плате обычно просверливаются сверлами малого диаметра из твердого карбида вольфрама.Рекомендуется использовать карбид вольфрама с покрытием, так как многие материалы плиты очень абразивны, а сверление должно иметь высокие обороты и высокую подачу, чтобы быть экономически эффективным. Сверла также должны оставаться острыми, чтобы не испортить и не порвать следы. Сверление с использованием быстрорежущей стали просто неосуществимо, так как буровые коронки быстро тускнеют и, таким образом, ломают медь и разрушают доски. Бурение осуществляется с помощью автоматических сверлильных станков, размещение которых контролируется буровой лентой или буровой пилой . Эти сгенерированные компьютером файлы также называются файлами с цифровым управлением сверлением (NCD) или «файлами Excellon».Файл сверла описывает расположение и размер каждого просверленного отверстия. Эти отверстия часто заполняются кольцевыми кольцами (полыми заклепками) для создания переходных отверстий. Vias позволяет электрическое и тепловое соединение проводников на противоположных сторонах печатной платы.

Когда требуются очень маленькие переходные отверстия, сверление с помощью механических долот обходится дорого из-за высоких скоростей износа и поломок. В этом случае переходные отверстия могут испаряться лазерами. Просверленные лазером сквозные отверстия, как правило, имеют низкое качество поверхности внутри отверстия.Эти отверстия называются micro vias .

Также возможно с помощью сверления с контролируемой глубиной , лазерного сверления или предварительного сверления отдельных листов печатной платы перед ламинированием, чтобы получить отверстия, которые соединяют только некоторые из слоев меди, а не проходят через всю плату. Эти отверстия называются глухих переходных отверстий , когда они соединяют внутренний медный слой с внешним слоем, или скрытых переходных отверстий , когда они соединяют два или более внутренних медных слоя и не имеют внешних слоев.

Стенки отверстий для плат с 2 или более слоями выполнены проводящими, а затем покрыты медью, образуя сквозные отверстия с покрытием , которые электрически соединяют проводящие слои печатной платы. Для многослойных плит, имеющих 4 или более слоев, при сверлении обычно получается мазка продуктов высокотемпературного разложения связующего в системе ламината. Перед тем, как отверстия могут быть покрыты, этот мазок должен быть удален химическим процессом удаления мазка или плазменным травлением .Удаление (травление назад) мазка также обнаруживает внутренние проводники.

Внешнее покрытие проводов и покрытие

Печатные платы

^[5] покрыты припоем, оловом или золотом над никелем в качестве резиста для травления ненужной лежащей в основе меди. ^[6]

После того, как ПХД травятся, а затем промываются водой, наносится паяльная маска, а затем любая открытая медь покрывается припоем, никелем / золотом или другим антикоррозийным покрытием. ^{[7] [8]}

Матовый припой обычно расплавляется для обеспечения лучшей поверхности склеивания или зачищается до оголенной меди.Обработки, такие как бензимидазолтиол, предотвращают поверхностное окисление голой меди. Места, в которые будут устанавливаться компоненты, обычно покрыты металлом, поскольку необработанная медь без покрытия быстро окисляется и поэтому не является легко паяемой. Традиционно, любая открытая медь покрывалась припоем путем выравнивания припоя горячим воздухом (HASL). Отделка HASL предотвращает окисление подстилающей меди, тем самым гарантируя паяемую поверхность. ^[9] Этот припой был сплавом олова и свинца, однако теперь новые припои используются для достижения соответствия директиве RoHS в ЕС и США, которая ограничивает использование свинца.Одним из таких бессвинцовых соединений является SN100CL, состоящий из олова на 99,3%, меди на 0,7%, никеля на 0,05% и номинала германия на 60 частей на миллион.

Важно использовать припой, совместимый как с печатной платой, так и с используемыми деталями. В качестве примера можно привести Ball Grid Array (BGA), использующий оловянно-свинцовые шарики припоя для соединений, теряющих свои шарики на неизолированных медных следах, или с использованием бессвинцовой паяльной пасты.

Другие используемые покрытия: OSP (органическое защитное средство для поверхности), иммерсионное серебро (IAg), иммерсионное олово, никель без электричества с иммерсионным золотым покрытием (ENIG) и прямое золочение (поверх никеля).Краевые соединители, расположенные вдоль одного края некоторых плат, часто никелированы, а затем позолочены. Другое соображение покрытия – быстрая диффузия металла покрытия в оловянный припой. Олово образует интерметаллиды, такие как Cu ₅ Sn ₆ и Ag ₃ Cu, которые растворяются в жидком олове или солидусе (@ 50C), удаляя поверхностное покрытие и / или оставляя пустоты.

Электрохимическая миграция (ECM) – это рост проводящих металлических нитей на печатной плате или на печатной плате (PCB) под воздействием смещения напряжения постоянного тока. ^{[10] [11]} Известно, что серебро, цинк и алюминий растут усы под воздействием электрического поля. Серебро также растет проводящих поверхностных путей в присутствии галогенидов и других ионов, что делает его плохим выбором для использования электроники. Олово будет расти “усы” из-за натяжения на покрытой металлом поверхности. Покрытие оловянным свинцом или припоем также увеличивает усы, уменьшая его только на процент замененного олова. Переплав, чтобы расплавить припой или оловянную пластину, чтобы снять поверхностное напряжение, снижает вероятность возникновения усов.Другой проблемой покрытия является вредитель олова, превращение олова в порошкообразный аллотроп при низкой температуре. ^[12]

Припой Резист

Участки, которые не следует паять, могут быть покрыты полимерным покрытием и ( паяльная маска ). Сопротивление припоя препятствует соединению припоя между проводниками и возникновению коротких замыканий. Припой резист также обеспечивает некоторую защиту от окружающей среды. Резист припоя обычно имеет толщину 20-30 микрометров.

Трафаретная печать

Штриховые рисунки и текст могут быть напечатаны на внешних поверхностях печатной платы с помощью трафаретной печати. Когда позволяет пространство, текст на экране может указывать обозначения компонентов, требования к настройке переключателей, контрольные точки и другие функции, полезные при сборке, тестировании и обслуживании печатной платы.

Трафаретная печать

также известна как шелкотрафаретная печать или, на односторонних печатных платах, красная печать .

В последнее время были разработаны некоторые решения для цифровой печати, чтобы заменить традиционный процесс трафаретной печати.Эта технология позволяет печатать переменные данные на печатной плате, включая сериализацию и информацию о штрих-кодах для целей отслеживания.

Тест

Незаполненные платы могут быть подвергнуты испытанию без платы , где каждое соединение цепи (как определено в netlist ) проверяется как правильное на готовой плате. Для производства в больших объемах используется тестер для гвоздей, приспособление или адаптер для жестких игл для контакта с медными полями или отверстиями на одной или обеих сторонах платы для облегчения тестирования.Компьютер поручит электрическому испытательному блоку приложить небольшое напряжение к каждой точке контакта на гвоздях, как требуется, и проверит, что такое напряжение появляется в других соответствующих точках контакта. «Короткое замыкание» на доске – это соединение, в котором его не должно быть; «открытый» находится между двумя точками, которые должны быть связаны, но не связаны. Для плат малого или среднего объема тестеры с летающими пробами и тестеры с летающими решетками используют подвижные испытательные головки для контакта с медными / серебряными / золотыми / припоями или отверстиями для проверки электрического соединения тестируемой платы.Другим методом тестирования является промышленное КТ-сканирование, которое может генерировать 3D-рендеринг платы вместе с 2D-срезами изображения и может отображать детали, такие как спаянные пути и соединения.

Печатная плата в сборе

PCB с тестовыми контактными площадками

После того, как печатная плата (PCB) завершена, электронные компоненты должны быть прикреплены, чтобы сформировать функциональную печатную плату в сборе , ^{[13] [14]} или PCA (иногда называемую «сборкой печатной платы» PCBA ).В конструкции со сквозным отверстием выводы компонентов вставляются в отверстия. В конструкции для поверхностного монтажа компоненты размещаются на площадках или на участках на внешних поверхностях печатной платы. В обоих типах конструкции выводы компонентов электрически и механически прикреплены к плате припоем расплавленного металла.

Существует множество методов пайки, используемых для крепления компонентов к печатной плате. Производство в больших объемах, как правило, осуществляется с помощью машинного размещения и объемных паяльных или оплавленных печей, но квалифицированные специалисты могут паять очень мелкие детали (например, 0201 упаковок, которые равны 0.02 дюйма на 0,01 дюйма) ^[15] вручную под микроскопом с использованием пинцета и паяльника с тонким наконечником для прототипов небольшого объема. Некоторые детали могут быть чрезвычайно трудны для пайки вручную, например, пакеты BGA.

Часто конструкции с сквозным отверстием и поверхностным монтажом необходимо объединять в одну сборку, поскольку некоторые необходимые компоненты доступны только в упаковках для поверхностного монтажа, а другие доступны только в упаковках с сквозным отверстием. Другая причина использования обоих методов заключается в том, что монтаж через отверстие может обеспечить необходимую прочность компонентов, способных выдержать физическое напряжение, в то время как компоненты, которые, как ожидается, останутся нетронутыми, будут занимать меньше места при использовании методов поверхностного монтажа.

После заполнения платы ее можно проверить различными способами:

• При включенном питании можно провести внутрисхемное тестирование, где могут быть выполнены физические измерения (то есть напряжение, частота).

• Пока питание включено, проверьте работоспособность, просто проверив, выполняет ли PCB то, для чего она была предназначена.

Для облегчения этих испытаний могут быть разработаны печатные платы с дополнительными контактными площадками для временного подключения. Иногда эти колодки должны быть изолированы резисторами.Внутриконтурная проверка может также выполнять проверку границ некоторых компонентов. Системы внутрисхемного тестирования также могут использоваться для программирования компонентов энергонезависимой памяти на плате.

При тестировании с граничным сканированием тестовые схемы, интегрированные в различные микросхемы на плате, образуют временные соединения между трассами печатных плат, чтобы проверить правильность монтажа микросхем. Тестирование сканирования границы требует, чтобы на всех тестируемых микросхемах использовалась стандартная процедура конфигурации тестирования, наиболее распространенной из которых является стандарт JTAG.Тестовая архитектура JTAG предоставляет средства для тестирования межсоединений между интегральными схемами на плате без использования физических тестовых зондов. Поставщики инструментов JTAG предоставляют различные типы стимулов и сложные алгоритмы не только для обнаружения неисправных сетей, но и для выявления неисправностей в определенных сетях, устройствах и контактах. ^[16]

Когда платы не проходят тестирование, технические специалисты могут отпаивать и заменять неисправные компоненты, задача, известная как , переделка .

Защита и упаковка

Печатные платы

, предназначенные для экстремальных условий, часто имеют конформное покрытие, которое наносится путем погружения или распыления после пайки компонентов.Покрытие предотвращает коррозию, токи утечки или короткое замыкание вследствие конденсации. Самые ранние конформные слои были восковыми; современные конформные покрытия обычно представляют собой погружения разбавленных растворов силиконовой резины, полиуретана, акрила или эпоксидной смолы. Другой способ нанесения конформного покрытия – распыление пластика на печатную плату в вакуумной камере. Главный недостаток конформных покрытий состоит в том, что обслуживание платы оказывается чрезвычайно сложным. ^[17]

Многие собранные печатные платы чувствительны к статическому электричеству и поэтому должны быть помещены в антистатические пакеты во время транспортировки.При работе с этими платами пользователь должен быть заземлен. Неправильные методы обработки могут передавать накопленный статический заряд через плату, повреждая или разрушая компоненты. Даже голые доски иногда чувствительны к статическому электричеству. Следы стали настолько хорошими, что вполне возможно сдуть офорт с доски (или изменить его характеристики) статическим зарядом. Это особенно верно для нетрадиционных печатных плат, таких как MCM и микроволновые печатные платы.

Дизайн

• Схематический ввод или схематический ввод осуществляется с помощью инструмента EDA.
Размеры и шаблон карты
• определяются исходя из требуемой схемы и корпуса платы. Определите фиксированные компоненты и радиаторы, если это необходимо.
• Выбор стека слоев печатной платы. От 4 до 12 слоев или более в зависимости от сложности дизайна. Наземный самолет и силовой самолет решены. Сигнальные плоскости, куда направляются сигналы, находятся как на верхнем, так и на внутреннем уровнях. ^[18]
• Определение полного сопротивления линии с использованием толщины диэлектрического слоя, толщины медной прокладки и ширины следа.Разделение трасс также учитывается в случае дифференциальных сигналов. Микрополосковая, полосовая или сдвоенная полоса может использоваться для маршрутизации сигналов.
• Размещение компонентов. Тепловые соображения и геометрия принимаются во внимание. Виас и земли помечены.
• Маршрутизация трассы сигнала. Для достижения оптимальных характеристик электромагнитных помех высокочастотные сигналы направляются во внутренние слои между плоскостями питания или заземления, поскольку плоскость питания ведет себя как земля для переменного тока.
• Создание файлов Gerber для производства.

Сертификат безопасности (США)

Стандарт безопасности UL 796 охватывает требования безопасности компонентов печатных плат для использования в качестве компонентов в устройствах или приборах. Тестирование анализирует такие характеристики, как воспламеняемость, максимальная рабочая температура, электрическое отслеживание, отклонение тепла и прямая поддержка электрических частей под напряжением.

“Кордвуд” строительство

Модуль из дерева.

Конструкция Cordwood может сэкономить значительное пространство и часто использовалась с проводными компонентами в приложениях, где пространство было слишком дорогим (например, системы наведения ракет и телеметрические системы) и в высокоскоростных компьютерах, где важны короткие следы.В конструкции «кордвуд» компоненты с осевыми выводами были установлены между двумя параллельными плоскостями. Компоненты были либо спаяны вместе с проволочной перемычкой, либо они были соединены с другими компонентами тонкой никелевой лентой, приваренной под прямым углом к ​​выводам компонента. Чтобы избежать закорачивания различных слоев соединений, между ними были размещены тонкие изолирующие карты. Перфорации или отверстия в картах разрешенного компонента приводят к проецированию на следующий уровень межсоединений. Одним из недостатков этой системы было то, что для изготовления соединительных сварных швов необходимо было использовать специальные никелевые свинцовые компоненты.В некоторых версиях конструкции из древесного дерева в качестве метода соединения использовались односторонние печатные платы (как показано на рисунке). Это означало, что можно использовать обычные этилированные компоненты. Другим недостатком этой системы является то, что компоненты, расположенные внутри, трудно заменить.

До появления интегральных схем этот метод допускал максимально возможную плотность упаковки компонентов; из-за этого он использовался рядом поставщиков компьютеров, включая Control Data Corporation. Похоже, что в настоящее время метод строительства из древесного дерева вышел из употребления, вероятно, из-за того, что с помощью поверхностного монтажа и интегральных схем легче достичь высоких плотностей упаковки.

Многопроволочные платы

Multiwire – это запатентованный метод соединения, в котором используются изолированные провода с машинной прокладкой, встроенные в непроводящую матрицу (часто пластиковую смолу). Он использовался в течение 1980-х и 1990-х годов. (Kollmorgen Technologies Corp, патент США № 4175816, поданный в 1978 г.). В 2010 г. компания Hitachi по-прежнему доступна в нескольких сетях. Существуют и другие конкурентные технологии дискретной разводки (Jumatech [2], многослойные листы).

Поскольку было довольно легко укладывать соединения (провода) в матрицу внедрения, этот подход позволил разработчикам полностью забыть о маршрутизации проводов (обычно это трудоемкая операция проектирования печатных плат): везде, где разработчику требуется соединение, машина нарисует провод по прямой линии от одного местоположения / булавки к другому.Это привело к очень короткому времени проектирования (нет сложных алгоритмов, которые можно использовать даже для конструкций с высокой плотностью), а также к сокращению перекрестных помех (что хуже, когда провода идут параллельно друг другу – что почти никогда не происходит в Multiwire), хотя стоимость слишком высока конкурировать с более дешевыми технологиями печатных плат, когда необходимы большие количества.

Технология поверхностного монтажа

Основная статья: Технология поверхностного монтажа Компоненты для поверхностного монтажа, включая резисторы, транзисторы и интегральную схему

Технология поверхностного монтажа появилась в 1960-х годах, набрала обороты в начале 1980-х и стала широко использоваться к середине 1990-х годов.Компоненты были механически переработаны, чтобы иметь маленькие металлические выступы или торцевые крышки, которые можно было припаять непосредственно на поверхность печатной платы. Компоненты стали намного меньше, и размещение компонентов по обеим сторонам платы стало более распространенным, чем при сквозном монтаже, что позволило значительно повысить плотность цепи. Поверхностный монтаж хорошо подходит для высокой степени автоматизации, снижения трудозатрат и значительного повышения производительности и качества. Несущие ленты обеспечивают стабильную и защитную среду для устройств поверхностного монтажа (SMD), которые могут составлять от одной четверти до одной десятой размера и веса, а пассивные компоненты могут составлять от половины до одной четверти стоимости соответствующей сквозной связи. дырочные детали.Тем не менее, интегральные схемы часто стоят одинаково, независимо от типа упаковки, потому что сам чип является самой дорогой частью. По состоянию на 2006 г. некоторые проводные компоненты, такие как малосигнальные переключающие диоды, например, 1N4148, на самом деле значительно дешевле, чем соответствующие версии SMD.

См. Также

Схематический захват. (KiCAD) Макет печатной платы. (KiCAD) 3D вид. (KiCAD)

Материалы для печатных плат

PCB макет программного обеспечения

Рекомендации

1. ^ США 1256599
2. ^ ^{a b} Чарльз А. См. Приложение D к МПК-2251
.

Внешние ссылки

Руководство по проектированию

Стандарты и спецификации

,

SAP 1 Компьютер на печатных платах

Привет всем,

Извините за долгую задержку с момента моей последней записи в журнале. Это было слишком долго (2 года?). Жизнь иногда вмешивается в свои приоритеты.

У меня был отличный вопрос от кого-то, кто смотрел одно из моих видео, и поэтому я подумал, что поделюсь им и своим ответом:

“Просто вопрос? Зачем вам заниматься проектированием и создавать доски для обучения? Предназначен для хлебных досок? Просто буйный.Мне нравится видео, и я буду продолжать следить за ним. Я строю то же самое на досках и планирую перейти на SAP-2 после. “

Мой ответ:

” Привет, Роберт. Спасибо за вопрос. Это отличный вопрос! Я знаю, если вы создаете что-то для обучения и вам нужна гибкость в переработке схем и т. Д. И, если вы собираетесь в какой-то момент разорвать это на части и построить что-то еще, то доставка хлеба – хороший способ идти. Я знаю, что Бен Эйтер продвигает учебу по хлебопечению, потому что вы можете изучить работу каждого изолированного модуля и то, как они сочетаются друг с другом в целом.И Бен продает наборы для макетов, которые поддерживают его способность преподавать эти концепции. Он отличный педагог, и мне очень понравилось смотреть и учиться на его видео.

Я предпочитаю проектировать и раскладывать печатные платы, чтобы взять этот проект в другом направлении. Для меня я не полностью доверяю макетам для больших цепей; Я предпочитаю паяные соединения. Поскольку многие люди успешно создали эти вещи, это, безусловно, личное предпочтение с моей стороны. Кроме того, в процессе создания своих собственных досок я узнал несколько вещей, которые Бен не охватывает.Например, у меня были проблемы с двойной синхронизацией моего секвенсора микрокода и странными колебаниями с АЛУ, когда происходит определенная комбинация добавления. У меня были понижены уровни сигнала тем, как Бен помещает светодиоды на выходах схемы TTL в точку, где выходной сигнал не читается должным образом следующей входной цепью. Вот почему я позже добавил резисторы и драйверы светодиодов. И я думаю, что я страдал от перекрестного сигнала. Я нашел замечательное объяснение этому от человека по имени Роберт Барух.У него есть несколько видеороликов на эту тему, начиная с:
https://www.youtube.com/watch?v=rN9zjVK3Nrk&t=1284s

Кроме того, я подумал, что если мне удастся с этой сборкой, то я мог бы создать ее и повесить на стене как выродок искусства.

И моя конечная цель – создать дискретную компонентную версию одного из моих любимых микропроцессоров прежних времен. Итак, я изучаю подводные камни на более простой машине, прежде чем перейти к чему-то более сложному.

В результате этих советов, которые, кстати, мне так и не удавалось работать из-за вышеупомянутых проблем, я переосмысливаю, как я хочу действовать.В настоящее время я начинаю с более модульного подхода … то есть у каждого регистра есть своя собственная карта, которая подключается к задней панели так, что светодиоды находятся на краю платы. Например, ALU будет автономным модулем с задней панелью, платой ALU и некоторыми регистрационными платами. Это слишком убить? Может быть. Но, в конце концов, это все веселье, создание чего-то веселого и обучение в процессе. Иногда я думаю, что мне нравится выкладывать доски (как дзен), чем когда я делаю что-то полезное.

Я надеюсь, что это поможет ответить на ваш вопрос. Есть много путей к электронной Нирване, и я желаю вам успехов и успехов на вашем. “

,