Платы печатные это: Печатные платы: понятие, разновидности, преимущества — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

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.

Рис 1. Пример двухслойной печатной платы с защитной паяльной маской и маркировкой.

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.

Рис 3. Пример 3 различных структур печатных плат: 2-х слойная(а), 4-х слойная (b) и 6-и слойная(с)

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.

Рис 4. Площадки для поверхностного монтажа (IC1, R1) и контактные площадки для монтажа в отверстия (Q1, PW).

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.

Рисунок 5. Соединение двумя проводниками двух SMD микросхем.

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 платыНа рисунке 7 более детально дано представление о поперечном сечении 4-слойных печатных плат.Рисунок 7. Проводник из верхнего слоя, проходящий через печатную плату и продолжающий свой путь на нижнем слое.Здесь цветами обозначены следующие слои:зеленый — Верхняя и нижняя паяльная маскакрасный — Верхний проводящий слойфиолетовый — Второй слой — обычно этот слой используется в качестве питания или земли (то есть Vcc и Gnd)желтый -Третий слой – так же может использоваться в качестве питания или землисиний — Нижний проводящий слойНа модели печатной платы, на рисунке 7 показан проводник (красный), который принадлежит к верхнему проводящему слою , и который проходит сквозь плату с помощью сквозного переходного отверстия, а затем продолжает свой путь по нижнему слою(синий).

«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.

Глухое отверстие начинается на внешнем слое и заканчивается на внутреннем слое, поэтому оно имеет префикс «глухое».

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.

Рис 8. Сравнение переходного сквозного отверстие и глухих переходных отверстий.

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.

Технологии нанесения покрытий, соответствующие требованиям планарности, это наносимое химическими методами покрытия:

— 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.

Иммерсионное олово обеспечивает хорошую паяемость после длительного хранения, которое обеспечивается введением подслоя органометалла в качестве барьера между медью контактных площадок и непосредственно оловом. Однако, платы, покрытые иммерсионным оловом, требуют осторожного обращения, должны хранится в вакуумной упаковке в шкафах сухого хранения и платы с этим покрытием не пригодны для производства клавиатур/сенсорных панелей.

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.

Рисунок 11. Примеры металлических защитных покрытий — олово-свинец, иммерсионное золочение, иммерсионное олово, гальваническое золочение ножевых разъёмов.

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

Услуги по производству и сборке печатных плат

Контактная онлайн-форма

Пожалуйста, заполните форму ниже, и один из наших сотрудников свяжется с вами в ближайшее время.

* обозначает обязательное поле

Страна United StatesUnited KingdomAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia and HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Keeling) IslandsColombiaComorosCongoCongo, The Democratic Republic of TheCook IslandsCosta RicaCote D’ivoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland Islands (Malvinas)Faroe IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Southern TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-bissauGuyanaHaitiHeard Остров и острова МакдональдаСвятой Престол (город-государство Ватикан) )HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran, Islamic Republic ofIraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Democratic People’s Republic ofKorea, Republic ofKuwaitKyrgyzstanLao People’s Democratic RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedonia, The Former Yugoslav Republic ofMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Federated States ofMoldova, Republic ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestinian Territory, OccupiedPanamaPapua New GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Kitts and НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСент-Винсент и ГренадиныСамоаСан-МариноСан-Томе nd PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbia and MontenegroSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard and Jan MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, Province of ChinaTajikistanTanzania, United Republic ofThailandTimor-lesteTogoTokelauTongaTrinidad and TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVenezuelaViet NamVirgin Islands, BritishVirgin Islands, U. SWallis и ФутунаЗападная СахараЙеменЗамбияЗимбабве

Имя*

миль

Фамилия*

Компания

Телефон*

Адрес

Адресная строка 2

Электронная почта* (например, [электронная почта защищена])

Подтвердить адрес электронной почты*

Благодарим за обращение в компанию Advanced Circuits.

Что такое печатная плата? | Altium

Что означает «печатная плата»? Печатная плата (PCB) — это электронная сборка, в которой используются медные проводники для создания электрических соединений между компонентами. Печатные платы обеспечивают механическую опору для электронных компонентов, так что устройство может быть установлено в корпусе. Проект печатной платы должен включать в себя определенный набор шагов, которые соответствуют производственному процессу, упаковке интегральной схемы и структуре чистой печатной платы.

Проводящие элементы на печатных платах включают медные дорожки, контактные площадки и проводящие плоскости. Механическая структура состоит из изоляционного материала, ламинированного между слоями проводников. Вся конструкция покрыта непроводящей маской для пайки, а поверх маски для пайки нанесен шелкографический материал, чтобы обеспечить легенду для электронных компонентов. После того, как эти этапы изготовления завершены, голая плата отправляется в сборку печатной платы, где компоненты припаяны к плате, и PCBA может быть протестирована.

Дизайн печатных плат занял особое место в электронной промышленности. Печатные платы играют важную роль, поскольку они обеспечивают электрические соединения между компонентами, жесткую опору для крепления компонентов и компактный корпус, который можно интегрировать в конечный продукт. Даже самая простая печатная плата должна быть тщательно спроектирована с использованием специализированных пакетов программного обеспечения, а лучшее программное обеспечение может помочь разработать дизайн от концепции до производства. В этой статье мы более подробно рассмотрим, что такое печатная плата, описание их конструкции и некоторые важные моменты, которые необходимо понимать при проектировании печатных плат.

ALTIUM DESIGNER

Самый мощный, современный и простой в использовании инструмент для проектирования печатных плат для профессионального использования.

Все печатные платы состоят из чередующихся слоев проводящей меди со слоями электроизоляционного материала. В процессе производства внутренние медные слои протравливаются, оставляя следы меди, предназначенные для соединения компонентов на печатной плате. Несколько вытравленных слоев ламинируются последовательно, пока не будет завершена стопка печатной платы. Это общий процесс, используемый при изготовлении печатных плат, при котором голая плата формируется перед прохождением через процесс сборки печатной платы.

Прежде чем мы сможем объяснить конструкцию печатной платы, лучше понять, откуда взялись печатные платы. В прошлом электроника проектировалась и собиралась из небольших интегральных схем и дискретных компонентов, которые соединялись вместе с помощью проводов. Сегодня стандартные конструкции могут иметь компоненты с большим количеством выводов с множеством интегральных схем и очень маленькими пассивными компонентами, что делает невозможным ручное соединение компонентов вместе припаянными проводами. Вместо этого медные соединения наносятся непосредственно на изолирующие подложки для формирования электрических соединений, а процессы производства печатных плат развивались вместе со структурными требованиями к электронным блокам и межсоединениям. Многие из современных устройств представляют собой усовершенствованные конструкции HDI с тысячами подключений и несколькими электрическими интерфейсами, которые питают все, от смартфонов до мониторов сердечного ритма и ракет.

До появления печатных плат компоненты упаковывались путем прикрепления отдельных проводов к компонентам и путем крепления компонентов к жесткой подложке. Первоначально эта оригинальная подложка представляла собой материал, называемый бакелит, который использовался для замены верхнего слоя на листе фанеры. Токопроводящие дорожки были образованы путем припайки металлических компонентов к проводам, а более крупные схемы могли содержать множество электронных компонентов с большим количеством проводов. Количество проводов было настолько велико, что они могли запутаться или занимать большое пространство внутри конструкции. Отладка была сложной, а надежность страдала. Производство также было медленным, когда несколько компонентов и их проводные соединения спаивались вручную.

Типы печатных плат

В предыдущем разделе я сосредоточился на типичных печатных платах, которые собираются на жестких подложках, поскольку они наиболее распространены. Однако существуют и другие типы печатных плат, которые изготавливаются из различных материалов. Наиболее распространены следующие типы:

Односторонняя — Компоненты этой платы установлены только на одной поверхности. Задняя поверхность обычно полностью медная (шлифованная) и покрыта паяльной маской.
Двусторонний — Этот тип печатной платы имеет компоненты, установленные на обеих поверхностях. Каждая поверхность определяется как сигнальный слой в стеке печатной платы, поэтому поверхности будут содержать дорожки, передающие сигналы между компонентами.
Многослойные печатные платы — Эти платы имеют проводники на внутренних слоях, которые передают электрические сигналы между компонентами, или внутренние слои могут быть проводящими плоскими слоями. Многослойные печатные платы могут быть односторонними или двусторонними.
Жесткие печатные платы — Эти платы изготовлены и собраны из жесткого ламината, такого как стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой класса FR4. Также доступны другие типы жестких ламинированных материалов, которые обеспечивают различные свойства материала для использования в некоторых специализированных приложениях.
Жестко-гибкие печатные платы — Жестко-гибкие печатные платы используют гибкую полиимидную ленту, которая соединяет две или более жестких секций в сборке печатной платы. Гибко-жесткая плата может использоваться, когда в конструкции должен быть какой-либо подвижный элемент, например, складной или гнущийся корпус.
Гибкие печатные платы — Полностью гибкие печатные платы не содержат жестких материалов и полностью изготовлены из гибкой полиимидной ленты. На этих платах могут быть установлены и припаяны компоненты, как на жестких и гибко-жестких печатных платах.
Печатные платы с металлическим сердечником — в этих платах используется металлическая пластина в основном слое (обычно из алюминия), чтобы обеспечить гораздо большую жесткость и рассеивание тепла, чем в обычных жестких печатных платах. Процесс производства печатных плат с металлическим сердечником сильно отличается от стандартного процесса изготовления жестких печатных плат, и для обеспечения решаемости необходимо учитывать несколько конструктивных моментов. Эти платы распространены в мощном освещении и некоторых промышленных приложениях.
Керамические печатные платы — эти платы менее распространены и используются в приложениях, требующих очень высокой теплопроводности, чтобы плата могла рассеивать большое количество тепла от компонентов.

Процессы изготовления и сборки этих типов печатных плат различаются, но современное программное обеспечение ECAD может помочь разработчикам создать любую из этих плат, если в программном обеспечении применяются правильные правила проектирования печатных плат.

Старые печатные платы в основном включали сквозные компоненты.

На изображении выше у нас есть более старая печатная плата, в которой для обеспечения требуемой функциональности в основном используются сквозные компоненты. Современные печатные платы перешли на компоненты, в основном для поверхностного монтажа (SMD), поскольку они более полезны в двухслойных конструкциях с высокой плотностью. Компоненты SMD в настоящее время являются стандартным типом компонентов, используемым в большинстве приложений, требующих малого форм-фактора, низкой мощности и низкой стоимости. Однако в некоторых приложениях по-прежнему используются сквозные компоненты, поскольку они более надежны и их проще собирать, в том числе вручную. На изображении ниже показан пример современной печатной платы с компонентами SMD высокой плотности.

Современные конструкции печатных плат могут иметь любой тип паяльной маски и, как правило, включают множество компонентов SMD.

Структура и применение печатных плат

Многие важные рабочие характеристики печатной платы определяются в стеке или расположении слоев в печатной плате. Пакет слоев состоит из чередующихся слоев проводящего и изолирующего материала, а также из чередующихся слоев сердечника и препрега (два типа диэлектриков, используемых в пакете слоев). Диэлектрические и механические свойства сердечника и препрега будут определять надежность и целостность сигнала/мощности в конструкции, и их следует тщательно выбирать при проектировании приложений с высокой надежностью. Например, военные и медицинские приложения нуждаются в высоконадежных конструкциях, которые могут быть развернуты в суровых условиях, а печатная плата для телекоммуникационной системы может потребовать ламинированного ПТФЭ с низкими потерями в небольшом корпусе.

Пример стека печатной платы показан ниже. В этом примере стек реализует 4-уровневую структуру с двумя внутренними плоскими слоями (L02_GND для земли и L03_PWR для питания). Этот тип стека подходит для устройств IoT, облегченных встроенных систем и многих других конструкций, использующих высокоскоростные протоколы. Расположение внутренней плоскости помогает обеспечить целостность питания, а также обеспечивает некоторую защиту от внешних электромагнитных помех. Слои внутренней плоскости также обеспечивают согласованную опорную точку для сигналов с регулируемым импедансом. Этот тип стека типичен для многих конструкций и часто является отправной точкой для многих современных печатных плат.

Пример чертежа стека, созданного с помощью Draftsman в Altium Designer.

Определение топологии печатной платы

Прежде чем двигаться дальше, важно определить, что такое компоновка печатной платы, с этим термином вы будете часто сталкиваться. это чертеж САПР, показывающий расположение всех элементов, которые появятся на собранных печатных платах. Это включает в себя все компоненты и медь, которые появятся на обеих сторонах печатной платы. В следующем разделе мы шаг за шагом рассмотрим создание макета печатной платы.

Это не следует путать с конструкцией печатной платы, которая похожа на компоновку печатной платы, но представляет собой простую версию, разработанную без добавления электрических компонентов.

Когда приходит время начинать новый дизайн, печатные платы проходят несколько этапов. Печатные платы производственного уровня разрабатываются с использованием программного обеспечения ECAD или приложения САПР, которое включает в себя множество утилит, предназначенных для проектирования и компоновки печатных плат. Программное обеспечение ECAD создано, чтобы помочь проектировщикам выполнить определенный процесс проектирования печатной платы, начиная с основных электрических чертежей и заканчивая подготовкой производственного файла. Разработка печатной платы следует основному процессу:

Предварительная разработка — На этом этапе выбираются основные компоненты и обычно создаются некоторые основные принципиальные схемы, чтобы можно было спроектировать функциональность платы.
Сбор схем — На этом этапе программное обеспечение ECAD используется для преобразования простых принципиальных схем в электронные чертежи, определяющие электрические соединения между компонентами. Схемные символы используются для обозначения компонентов в конструкции.
Выбор материала и проектирование сборки печатной платы — На этом этапе выбираются ламинированные материалы, а сборка разрабатывается с учетом потребности в плоских слоях, сигнальных слоях, выделенных каналах маршрутизации и конкретных свойствах материалов.
Размещение компонентов — После задания формы платы и импорта компонентов в новую топологию печатной платы компоненты размещаются в топологии в соответствии с механическими требованиями проекта.
Маршрутизация — После того, как размещение компонентов утверждено, пришло время проложить трассы между компонентами. Инструменты маршрутизации в программном обеспечении ECAD используются для установки геометрии трассы, которая может быть определена на этом этапе с целью обеспечения контроля импеданса (для высокоскоростных сигналов).
Обзор и проверка проекта — После завершения трассировки рекомендуется проверить и оценить проект, чтобы убедиться в отсутствии ошибок или нерешенных проблем. Это можно сделать с помощью ручной проверки или с помощью инструментов моделирования после компоновки.
Подготовка к производству — После завершения проектирования наступает время подготовки к производству путем создания стандартных производственных файлов. Эти файлы используются в автоматизированном производственном и сборочном оборудовании.

Если вы хотите легко пройти все эти этапы процесса проектирования печатных плат, вам необходимо использовать лучшее программное обеспечение для проектирования с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом и полным набором функций проектирования печатных плат.

Использование Altium Designer для создания печатных плат

Лучшее в отрасли программное обеспечение ECAD должно быть простым в использовании и освоении, а также должно включать в себя полный набор функций проектирования. Altium Designer — единственное приложение, которое включает в себя все в одной программе, для завершения проектирования и подготовки его к производству не требуются внешние программы.

Altium Designer предоставляет все необходимое для воплощения ваших идей в жизнь. В Altium Designer вы можете создавать что угодно, от простых односторонних плат до сложной электроники высокой плотности.
Узнайте больше об интегрированных инструментах Altium Designer для проектирования печатных плат.
Altium Designer построен на интегрированном механизме правил проектирования, который обеспечивает совместную работу ваших проектных функций в одной программе.
Узнайте больше об интерфейсе проектирования печатных плат в Altium Designer.
Все пользователи Altium Designer могут делиться своими проектами через платформу Altium 365. Команды разработчиков используют Altium 365, чтобы оставаться продуктивными и обмениваться проектными данными в безопасной облачной среде.