Leiterplattentechnisch - Grundkenntnisse in PCB Prozess Design-PCB Leiterplatte

Grundkenntnisse in PCB Prozessgestaltung-Leiterplatte

Printed circuit board (PCB) will appear in almost every electronic device. Wenn sich elektronische Teile in einem bestimmten Gerät befinden, sie/Sie werden montiert PCBs in verschiedenen Größen. Neben der Befestigung verschiedener Kleinteile, die Hauptfunktion der PCB ist, elektrische Verbindungen zwischen den oberen Teilen herzustellen. Da elektronische Geräte immer komplexer werden, immer mehr Teile werden benötigt, und die Schaltungen und Teile auf der PCB werden immer dichter. Der Standard PCB sieht so aus. The bare board (no parts on it) is also often called "Printed Wiring Board (PWB)".

Die Grundplatte der Platte selbst besteht aus Materialien, die isoliert und wärmeisoliert sind, und nicht leicht zu biegen. Das kleine Schaltungsmaterial, das auf der Oberfläche zu sehen ist, ist Kupferfolie. Die Kupferfolie war ursprünglich auf der gesamten Platine abgedeckt, aber ein Teil davon wurde während des Herstellungsprozesses weggeätzt, und der restliche Teil wurde zu einem Netz von kleinen Linien. . Diese Leitungen werden Leitermuster oder Verdrahtung genannt, und werden verwendet, um Schaltungsanschlüsse für Teile auf der PCB.

Um die Teile auf dem PCB, wir löten ihre Pins direkt auf die Verdrahtung. Auf den grundlegendsten PCB ((Single Panel)), die Teile sind auf einer Seite konzentriert, und die Drähte sind auf der anderen Seite konzentriert. In diesem Fall, Wir müssen Löcher in das Brett machen, damit die Stifte durch das Brett auf die andere Seite gehen können, So werden die Stifte der Teile auf die andere Seite gelötet. Aus diesem Grund, die Vorder- und Rückseite der PCB werden Komponentenseite bzw. Lötseite genannt.

Wenn es einige Teile auf der PCB die nach Abschluss der Produktion entfernt oder wieder eingebaut werden müssen, then the socket (Socket) will be used when the part is installed. Da die Buchse direkt mit der Platine verschweißt ist, Die Teile können nach Belieben demontiert und montiert werden. Seen below is the ZIF (Zero Insertion Force) socket, which allows the parts (here refers to the CPU) to be easily inserted into the socket or removed. Die Befestigungsstange neben der Buchse kann nach dem Einlegen des Teils befestigt werden.

Wenn Sie zwei verbinden wollen PCBs zueinander, Wir verwenden im Allegemeinen einen Kantenverbinder allgemein bekannt als "goldener Finger". Es gibt viele freiliegende Kupferpads auf den goldenen Fingern, die tatsächlich Teil der PCB Verkabelung. Allgemein, beim Anschluss, wir stecken die goldenen Finger auf eine PCB in den entsprechenden Schlitz auf der anderen PCB ((im Allgemeinen als Erweiterungssteckplatz bezeichnet)). In Computern, Anzeigekarten, Soundkarten, oder andere ähnliche Schnittstellenkarten werden mit goldenen Fingern mit dem Motherboard verbunden.

Das Grün oder Braun auf der PCB ist die Farbe der Lötmaske. Diese Schicht ist eine isolierende Schutzschicht, Das kann den Kupferdraht schützen und verhindern, dass die Teile an die falsche Stelle geschweißt werden. Eine Schicht Siebdruck wird auf die Lötmaske gedruckt. Usually words and symbols (mostly white) are printed on this to mark the position of each part on the board. Die Siebdruckfläche wird auch Legendenoberfläche genannt.

Wir haben gerade erwähnt, daß PCB, die Teile sind auf einer Seite konzentriert, und die Drähte sind auf der anderen Seite konzentriert. Weil die Drähte nur auf einer Seite erscheinen, wir nennen PCB a single-sided (Single-sided). Because single-sided Bretter have many strict restrictions on the Design of the circuit (because there is only one side, the wiring cannot cross and must be around a separate path), So verwenden nur frühe Schaltungen diese Art von Platine.

Double-Sided Boards
This kind of circuit board has wiring on both sides. Allerdings, um Drähte auf beiden Seiten zu verwenden, Es muss eine ordnungsgemäße Schaltungsanbindung zwischen den beiden Seiten vorhanden sein. Diese Art von "Brücke" zwischen Schaltungen wird als Via bezeichnet. Ein Durchgang ist ein kleines Loch gefüllt oder mit Metall beschichtet auf der PCB.

Es kann mit Drähten auf beiden Seiten verbunden werden. Da die Fläche der Doppelplatte doppelt so groß ist wie die der einzelnen Platte und weil die Verkabelung ineinander verlaufen kann (sie kann auf die andere Seite gewickelt werden), ist sie für den Einsatz in Schaltungen geeignet, die komplizierter sind als die einzelne Platte.

Multi-Layer Boards
In order to increase the area that can be wired, Mehrschichtplatinen verwenden mehr ein- oder doppelseitige Verdrahtungsplatinen. Die mehrschichtige Platte verwendet mehrere doppelseitige Platten, and a layer of insulating layer is placed between each board and then glued (press-fitted). Die Anzahl der Schichten der Platine bedeutet, dass es mehrere unabhängige Verdrahtungsschichten gibt. Normalerweise ist die Anzahl der Schichten gerade und enthält die beiden äußersten Schichten. Die meisten Motherboards haben 4 bis 8 Schichten Struktur, aber technisch ist es möglich, fast 100 Schichten von PCB boards. Die meisten großen Supercomputer verwenden ziemlich mehrschichtige Motherboards, aber weil diese Arten von Computern bereits durch Cluster vieler gewöhnlicher Computer ersetzt werden können, Supermehrschichtige Platten werden allmählich nicht mehr verwendet. Weil die Schichten in der PCB fest integriert, Es ist im Allgemeinen nicht einfach, die tatsächliche Zahl zu sehen, aber wenn man genau auf das Motherboard schaut, Sie könnten es sehen.

Das gerade erwähnte Via, wenn auf eine doppelseitige Platte aufgetragen, Es muss das gesamte Brett durchdringen. Allerdings, in der Mehrschichtplatte, wenn Sie nur einige der Leitungen anschließen möchten, Die Vias können etwas Leitungsraum in anderen Schichten verschwenden. Buried Vias und Blind Vias Technologien können dieses Problem vermeiden, da sie nur wenige Schichten durchdringen. Blinde Löcher sollen mehrere Schichten von internen PCB zur Oberfläche PCB, ohne das gesamte Board durchdringen zu müssen. Begrabene Durchgänge verbinden sich nur mit dem internen PCB, so dass sie von der Oberfläche nicht gesehen werden können.

In a Mehrschichtige Leiterplatte, Die gesamte Schicht wird direkt mit dem Erdungskabel und der Stromversorgung verbunden. Also klassifizieren wir jede Schicht als Signalschicht, Leistungsschicht oder Bodenschicht. Wenn die Teile auf der PCB unterschiedliche Netzteile benötigen, diese Art von PCB hat normalerweise mehr als zwei Schichten von Energie und Draht. Part packaging technology

Through Hole Technology
Place the parts on one side of the board and solder the pins on the other side. This technology is called "Through Hole Technology (THT)" packaging. Diese Art von Teil nimmt viel Platz in Anspruch, und für jeden Stift muss ein Loch gebohrt werden. So nehmen ihre Pins tatsächlich Platz auf beiden Seiten ein, und die Lötstellen sind auch relativ groß. Aber auf der anderen Seite, THT parts are better than SMT (Surface Mounted Technology, surface mount technology) parts, und die Struktur der Verbindung mit dem PCB ist besser. Wir werden später darüber sprechen.. Steckdosen wie Flachkabel und ähnliche Schnittstellen müssen druckbeständig sein, Also normalerweise sind sie alle THT-Pakete.

Surface Mounted Technology (Surface Mounted Technology)
For parts using Surface Mounted Technology (SMT), Die Stifte sind auf der gleichen Seite wie das Teil gelötet. Diese Technik muss nicht jeden Stift löten, aber Löcher in die PCB.

Aufputzteile können sogar beidseitig geschweißt werden.
SMT ist auch kleiner als THT Teile. Verglichen mit PCBs mit THT-Teilen, PCBs mit SMT-Technologie haben viel dichtere Teile. SMT-Verpackungsteile sind auch billiger als THT. So ist es nicht verwunderlich, dass die meisten der PCBs heute sind SMT.

Weil die Lötstellen und Teile sehr kleine Stifte haben, es ist sehr schwierig manuell zu löten. Aber wenn man bedenkt, dass die aktuelle Montage vollautomatisch ist, Dieses Problem tritt nur bei der Reparatur von Teilen auf.
Design Flow
In the PCB Design, in der Tat, vor der formalen Verkabelung, es muss einen sehr langen Schritt durchlaufen. The following is the main design process:
System specifications
First, Wir müssen zuerst die verschiedenen Systemspezifikationen der elektronischen Geräte planen. Einschließlich Systemfunktionen, Kostenbeschränkungen, Größe, Betriebsbedingungen, und so weiter. Systembausteindiagramm Weiter, das Systemfunktionsblockdiagramm muss erstellt werden. Die Beziehung zwischen den Quadraten muss ebenfalls markiert werden.
Teilen Sie das System in mehrere PCBs
If the system is divided into several PCBs, nicht nur die Größe kann reduziert werden, aber auch das System hat die Fähigkeit, Teile zu aktualisieren und auszutauschen. Das Systemfunktionsblockdiagramm bildet die Grundlage für unsere Division. Zum Beispiel, Ein Computer kann in ein Motherboard unterteilt werden, eine Grafikkarte, eine Soundkarte, ein Diskettenlaufwerk, ein Netzteil, und so weiter. Entscheiden Sie sich für die Verpackungsmethode und die Größe jedes einzelnen PCB.
Wenn die Technologie und die Anzahl der in jedem PCB werden bestimmt, Der nächste Schritt ist, die Größe des Brettes zu bestimmen. Wenn das Design zu groß ist, dann muss die Verpackungstechnik geändert oder neu aufgeteilt werden. Bei der Auswahl einer Technologie, Qualität und Geschwindigkeit des Schaltplans sind ebenfalls zu berücksichtigen.
Zeichnen Sie ein schematisches Diagramm von allen PCB circuits
The outline drawing should show the details of the interconnection between the parts. All PCBs im System muss verfolgt werden. Heutzutage, CAD (Computer Aided Design) is mostly used. Das folgende ist ein Beispiel für die Verwendung von CircuitMakerTM Design.
PCB schematic diagram
Simulation operation of preliminary design
In order to ensure that the designed circuit diagram can work normally, dies muss einmal mit Computersoftware simuliert werden. Diese Art von Software kann Konstruktionszeichnungen lesen und den Betrieb der Schaltung auf viele Arten anzeigen. Dies ist viel effizienter, als tatsächlich eine Probe zu machen PCB und dann manuell vermessen.
Legen Sie das Teil auf die PCB

Die Platzierung der Teile hängt davon ab, wie sie miteinander verbunden sind.. Sie müssen möglichst effizient mit dem Weg verbunden sein. The so-called efficient wiring is that the shorter the wire and the fewer the number of layers through (this also reduces the number of vias), die bessere, aber wir werden dieses Problem noch einmal erwähnen, wenn wir tatsächlich verkabelt sind. Im Folgenden wird der Bus auf dem PCB. Damit jedes Teil eine perfekte Verdrahtung hat, die Platzierungsposition ist sehr wichtig.
Test wiring possibilities and correct operation at high speed
Part of the current computer software can check whether the positions of the various parts can be connected correctly, oder überprüfen Sie, ob es unter Hochgeschwindigkeitsbetrieb richtig arbeiten kann. Dieser Schritt nennt man das Anordnen von Teilen, aber wir werden sie nicht zu tief studieren. Wenn es ein Problem mit dem Schaltungsdesign gibt, Sie können die Position der Teile neu anordnen, bevor Sie die Schaltung vor Ort exportieren.
Schaltung an exportieren PCB
Die Verbindungen in der Übersichtskarte werden nun vor Ort als Verkabelung hergestellt. Dieser Schritt erfolgt in der Regel vollautomatisch, aber im Allgemeinen, Einige Teile müssen manuell gewechselt werden. Unten ist die Drahtschablone der 2-lagigen Platte. Die roten und blauen Linien repräsentieren jeweils die Teileschicht und die Lötschicht des PCB. Der weiße Text und die Quadrate repräsentieren die Markierungen auf der Siebdruckfläche. Die roten Punkte und Kreise stellen Bohrlöcher und Pilotlöcher dar. Ganz rechts, Wir können sehen, dass es Goldfinger auf der Lötfläche des PCB. Die endgültige Zusammensetzung dieser PCB wird normalerweise ein Kunstwerk genannt.
Jedes Design muss einer Reihe von Vorschriften entsprechen, wie der minimale reservierte Abstand zwischen den Zeilen, die minimale Linienbreite, und andere ähnliche praktische Beschränkungen. Diese Vorschriften variieren je nach Faktoren wie der Geschwindigkeit der Strecke, Stärke des übertragenen Signals, die Empfindlichkeit der Schaltung gegenüber Stromverbrauch und Rauschen, und die Qualität der Materialien und Fertigungsanlagen. Wenn die Stromintensität steigt, die Dicke des Drahtes muss auch zunehmen. Um die Kosten für PCB, bei gleichzeitiger Reduzierung der Anzahl der Schichten, Wir müssen auch darauf achten, ob diese Vorschriften noch in Übereinstimmung sind. Wenn eine Struktur mit mehr als zwei Schichten erforderlich ist, dann werden die Leistungsschicht und die Masseschicht normalerweise verwendet, um zu verhindern, dass das Übertragungssignal auf der Signalschicht beeinträchtigt wird, und es kann als Schutzabdeckung für die Signalschicht verwendet werden.
Circuit test after wire
In order to confirm that the circuit can function normally after the wire, es muss die Abschlussprüfung bestehen. Dieser Test kann auch auf falsche Verbindungen überprüfen, und alle Verbindungen folgen der Gliederung.
Create production file
Because there are many CAD tools for PCB-Design, Hersteller müssen über Dateien verfügen, die den Normen entsprechen, bevor sie Platten herstellen können. Es gibt mehrere Standardspezifikationen, aber am häufigsten verwendet ist Gerber-Dateien Spezifikationen. Ein Satz Gerber-Dateien enthält die Planansicht jedes Signals, Leistung und Bodenschicht, die Planansicht der Lotmaskenschicht und der Siebdruckfläche, und bezeichnete Dateien wie Bohren und Kommissionieren und Platzieren.