Каковы функции печатной платы?

Печатная плата или печатная плата встречается почти в каждом типе электронного устройства. Эти пластиковые платы и встроенные в них компоненты обеспечивают базовые технологии для всего, от компьютеров и мобильных телефонов до смарт-часов. Соединения цепи на печатной плате позволяют эффективно направлять электрический ток между миниатюрными компонентами на плате, заменяя более крупные устройства и громоздкую проводку.

Функции печатной платы

В зависимости от приложения, для которого она предназначена, печатная плата может выполнять множество задач, связанных с вычислениями, связью и передачей данных. Помимо задач, которые она выполняет, возможно, наиболее важной функцией печатной платы является предоставление возможности интеграции электроники устройства в компактном пространстве. Печатная плата позволяет правильно подключать компоненты к источнику питания, сохраняя при этом надежную изоляцию. Кроме того, печатные платы дешевле других вариантов, поскольку их можно проектировать с помощью инструментов цифрового проектирования и производить в больших объемах с помощью заводской автоматизации.

Состав печатной платы

Современная печатная плата обычно состоит из слоев различных материалов. Различные слои сплавляются вместе в процессе ламинирования. Основным материалом многих досок является стекловолокно, которое обеспечивает жесткое ядро. Далее идет слой медной фольги с одной или обеих сторон платы. Затем химический процесс используется для определения медных дорожек, которые становятся проводящими дорожками. Эти следы заменяют беспорядочную обмотку проводов, характерную для метода сборки «точка-точка», использовавшегося для более ранних электронных сборок.

Слой паяльной маски добавляется на печатную плату для защиты и изоляции медного слоя. Этот пластиковый слой покрывает обе стороны платы и часто имеет зеленый цвет. За ним следует слой шелкографии. с буквами, цифрами и другими идентификаторами, которые помогают в сборке платы. Компоненты печатной платы могут быть прикреплены к плате различными способами, включая пайку. В некоторых методах крепления используются небольшие отверстия, известные как переходные отверстия. которые просверлены через печатную плату. Их цель — позволить электричеству течь с одной стороны платы на другую.

Основная функция схемы

схема представляет собой петлю из проводящего материала, по которой может проходить электричество. Когда петля замкнута, электричество может непрерывно течь от источника питания, такого как батарея, через проводящий материал, а затем обратно к источнику питания. Конструкция схемы основана на том факте, что электричество стремится течь от более высокого напряжения питания, которое является мерой электрического потенциала, к более низкому напряжению.

Каждая схема состоит как минимум из четырех основных элементов. Первый элемент — это источник энергии. для переменного или постоянного тока. Второй элемент представляет собой проводящий материал, такой как провод, по которому может перемещаться энергия. Этот токопроводящий путь известен как дорожка. или отследить . Третий элемент — загрузка. , который состоит как минимум из одного компонента, потребляющего часть энергии для выполнения задачи или операции. Четвертый и последний элемент – это как минимум один контроллер. или переключиться контролировать поток энергии.

Функция компонентов печатной платы

Когда вы вставляете нагрузку в замкнутый путь цепи, нагрузка может использовать поток электрического тока для выполнения действия, требующего энергии. Например, компонент светоизлучающего диода (LED) можно заставить загораться, когда энергия проходит через цепь, в которую он вставлен. Нагрузка должна потреблять энергию, так как перегрузка по мощности может повредить подключенные компоненты.

К наиболее важным компонентам печатной платы относятся:

• Батарея :обеспечивает питание цепи, обычно через двухконтактное устройство, обеспечивающее разность потенциалов между двумя точками цепи.
• Конденсатор :компонент, похожий на аккумулятор, который может быстро удерживать или снимать электрический заряд.
• Диод :контролирует электричество на печатной плате, заставляя его течь в одном направлении.
• Индуктор :сохраняет энергию электрического тока в виде магнитной энергии.
• IC (встроенный Контур) :микросхема, которая может содержать множество схем и компонентов в миниатюрной форме и обычно выполняет определенную функцию.
• Светодиод (Легкий Излучение Диод ):небольшой индикатор, используемый на печатной плате для обеспечения визуальной обратной связи.
• Резистор :регулирует поток электрического тока, оказывая сопротивление.
• Переключить: Либо блокирует ток, либо позволяет ему течь, в зависимости от того, закрыт он или открыт
• Транзистор :тип переключателя, управляемого электрическими сигналами.

Каждый из компонентов на печатной плате выполняет определенную задачу или набор задач, определяемых общей функцией печатной платы. Некоторые компоненты, такие как транзисторы и конденсаторы, работают непосредственно от электрического тока. Они служат строительными блоками более сложных компонентов, известных как интегральные схемы.

PCB и PCBA

Термин PCBA (аббревиатура от Printed Circuit Board Assembly) используется для описания печатной платы, которая полностью заполнена компонентами, прикрепленными к плате и подключенными к медным дорожкам. Его также называют подключаемой сборкой. Плата с медными дорожками, но без установленных компонентов, часто называется голой платой. или печатная плата .

Конструкция современных печатных плат позволяет производить их массово по более низкой цене, чем старые платы с проволочной обмоткой. После того, как с помощью специализированного компьютерного программного обеспечения разработана фаза проектирования платы, производство и сборка в большинстве случаев автоматизированы. Плата считается завершенной и готовой к использованию после завершения проверки качества.

Возможные проблемы с цепью

Разомкнутая цепь это тот, который не закрыт из-за сломанного провода или плохого соединения. Разомкнутая цепь не будет работать, потому что она не может проводить электричество. Хотя напряжение может быть доступно в разомкнутой цепи, оно не может течь. В некоторых случаях требуется разомкнутая цепь. Например, переключатель, который используется для включения и выключения света, размыкает и замыкает цепь, соединяющую свет с источником питания.

Другим типом неисправной цепи является короткое замыкание. , что может произойти, когда слишком много энергии проходит через цепь и повреждает проводящий материал или источник питания. Короткое замыкание может быть вызвано соединением двух точек в цепи, когда они не должны этого делать, например, двумя клеммами источника питания, соединенными без компонента нагрузки между ними, чтобы отвести часть тока. Такое замыкание источника питания может быть опасным и даже привести к возгоранию или взрыву.

Эволюция печатной платы

Вакуумные лампы и электрические реле выполняли основные функции первых компьютеров. Внедрение интегральных схем привело к уменьшению размеров и стоимости электронных компонентов. Вскоре были разработаны печатные платы, содержащие всю проводку устройства, которое раньше занимало целую комнату. Эти первые доски были сделаны из различных материалов, включая мазонит, бакелит и картон, а соединители состояли из латунных проводов, намотанных на стойки.

Начиная с 1940-х годов печатные платы стали более эффективными и дешевыми в производстве, когда медная проволока заменила латунь. Ранние платы с медными проводами использовались в военных радиоприемниках, а к 1950-м годам они использовались и в бытовых устройствах. Вскоре односторонние платы, которые содержали проводку только на одной стороне, превратились в двухсторонние и многослойные печатные платы, которые в настоящее время широко используются.

С 1970-х по 1990-е годы дизайн печатных плат стал более сложным. В то же время как физический размер, так и стоимость плат продолжали сокращаться. По мере того, как платы становились все более плотными с прикрепленными компонентами, были разработаны приложения для автоматизированного проектирования (САПР), помогающие в их создании. Сегодня существует множество инструментов для проектирования цифровых печатных плат, от бесплатных и недорогих вариантов до полнофункциональных дорогостоящих пакетов, которые помогают в проектировании, производстве и тестировании.

Роль интегральных схем

Современная электроника не могла бы существовать без интегральной схемы, появившейся в конце 1950-х годов. ИС — это миниатюрный набор схем и компонентов, таких как транзисторы, резисторы и диоды, собранные на компьютерном чипе для выполнения определенной функции. Одна интегральная микросхема может содержать тысячи или даже миллионы компонентов. К наиболее распространенным типам интегральных схем относятся логические вентили, таймеры, счетчики и сдвиговые регистры.

Помимо низкоуровневых ИС, существуют также более сложные микропроцессорные и микроконтроллерные ИС, которые могут управлять компьютером или другим устройством. Другие сложные интегральные схемы включают цифровые датчики, такие как акселерометры и гироскопы, которые можно найти в мобильных телефонах и других электронных устройствах. Как и другие части печатных плат, размеры интегральных схем за последние несколько десятилетий неуклонно уменьшались.

Технологии монтажа компонентов

При монтаже компонентов на первых односторонних печатных платах использовалась технология сквозных отверстий. , где компонент крепился к одной стороне платы и крепился через отверстие к токопроводящим дорожкам проводов на другой стороне с помощью пайки. В то время, когда она была представлена, технология сквозных отверстий была шагом вперед по сравнению с конструкцией «точка-точка», но отверстия, просверленные в печатной плате для монтажа, привели к нескольким проблемам проектирования, особенно после появления многослойных плат. Поскольку отверстия должны были проходить через все слои, большая часть доступного пространства на плате была устранена.

Технология поверхностного монтажа (SMT) решили многие проблемы, связанные со сквозными отверстиями. Он стал широко использоваться в 1990-х годах, хотя был введен несколькими десятилетиями ранее. Компоненты были изменены, чтобы к ним были прикреплены небольшие контактные площадки, которые можно было припаять к печатной плате напрямую, а не через провод. SMT позволил производителям печатных плат плотно упаковать большое количество компонентов с обеих сторон печатной платы. Этот тип монтажа также легче производить с помощью автоматизации.

Монтаж SMT не избавил от необходимости делать отверстия в печатных платах. В некоторых конструкциях печатных плат по-прежнему используются переходные отверстия, обеспечивающие взаимосвязи между компонентами на разных слоях. Однако эти отверстия не так навязчивы, как сквозные отверстия, использовавшиеся ранее для монтажа компонентов.

Многослойные печатные платы

Самые сложные электронные устройства могут включать в себя многослойные печатные платы. Эти платы состоят как минимум из трех слоев проводящего материала, такого как медь, чередующихся со слоями изоляции. Общие конфигурации многослойных плат включают четыре, шесть, восемь или 10 слоев. Все слои должны быть ламинированы вместе, чтобы между слоями не оставался воздух. Этот процесс обычно выполняется при высокой температуре и давлении.

Преимущества многослойных печатных плат включают более высокую плотность компонентов и схем в меньшем пространстве. Они используются для компьютеров, файловых серверов, технологии GPS, устройств здравоохранения, а также спутниковых и аэрокосмических систем. Однако у многослойных плит есть и некоторые недостатки. Они более сложны и трудны в разработке и производстве, чем одно- и двухсторонние доски, что делает их более дорогими. Их также может быть трудно восстановить, если что-то пойдет не так во внутренних слоях платы.