Что такое PCB? PCB означает «печатная плата», также известная как «печатная проводная плата». печатная плата Это сформированная на общей подложке в соответствии с заранее определенным дизайном, с соединениями между точками и печатными компонентами. Служа в качестве опорной конструкции для электронных компонентов, она выполняет функцию носителя для их электрического соединения.
Как важный компонент электронных изделий, PCB играет незаменимую роль. Она не только выполняет важную задачу соединения цепей, но и обеспечивает надежную опору для электронных компонентов. Что еще более важно, печатные платы PCB повышают стабильность и надежность цепей, обеспечивая стабильную и эффективную работу электронных устройств. Следовательно, в современных электронных технологиях печатные платы PCB, несомненно, незаменимы.
Печатные платы в основном состоят из изоляционных материалов, таких как эпоксидная смола, армированная стекловолокном (FR-4). Они содержат один или несколько тонких медных слоев, на которых с помощью химического травления или механической обработки формируются схемы. Электрические соединения между медными слоями осуществляются через сквозные отверстия (via holes) или слепые переходные отверстия (connecting only between certain layers). Благодаря сочетанию проводки и изоляционных материалов печатная плата обеспечивает электрические соединения и функциональную интеграцию электронных компонентов. Это не только значительно повышает интеграцию и надежность оборудования, но и экономит место для проводки и упрощает конструкцию системы.
По сравнению с более ранним методом «проволочной сварки», преимущества печатных плат заключаются в их интеграции, стандартизации и миниатюризации, что проявляется в трех ключевых аспектах:
Превосходная электрическая стабильность: медные фольгированные дорожки точно вытравливаются с помощью оборудования, что обеспечивает равномерную ширину линий и расстояние между ними. Это устраняет риски плохого контакта и коротких замыканий, присущие ручной проводке, что приводит к более стабильной передаче сигнала (особенно для высокочастотных сигналов);
Улучшенное использование пространства: конструкции могут включать один, два или несколько слоев (например, 4-слойные, 6-слойные, 12-слойные), с компонентами, установленными на обеих сторонах платы (с помощью процессов SMT), что существенно уменьшает занимаемую площадь оборудования (например, материнские платы мобильных телефонов, материнские платы ноутбуков);
Низкие затраты на массовое производство: стандартизированные производственные процессы (проектирование → изготовление платы → пайка) позволяют производить серийное копирование, что делает их пригодными для крупномасштабного производства электронных устройств. При ремонте «шелкографические маркировки» (например, R1, C2, U1) облегчают быструю идентификацию компонентов.
Состав печатные платы
(1) Провод: провод (Track) имеет сетевое соединение, соответствующее схематическому рисунку, и провод имеет сетевую метку (NetLable), соответствующую узлам схемы. При прокладке проводов провода могут автоматически сдвигаться, обматываться и т. д. (провода соединяются через узлы, там, где нет узлов, физические перекрестные соединения проводов при прокладке не допускаются).
(2) Укладка меди: подключите сеть через один кусок медной фольги, а после завершения прокладки проводов заполните оставшуюся часть печатной платы медной фольгой, которая обычно используется для заземления (GND) и питания (власть). Благодаря большой площади медной фольги эффект отвода тепла будет более объективным.
(3) Сквозное отверстие:
① Функция сквозных отверстий:
Электрическое соединение: сквозные отверстия могут использоваться для соединения цепей на разных уровнях, обеспечивая эффективную передачу сигнала и питания на печатные платы на разных уровнях. Печатная плата обычно делится на два слоя, и с каждым дополнительным слоем стоимость резко возрастает.
Фиксация или позиционирование устройств: сквозные отверстия могут использоваться для фиксации положения электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и т. д., обеспечивая их правильное расположение на печатные платы.
② Классификация сквозных отверстий:
Сквозные отверстия: Наиболее распространенными и простыми сквозными отверстиями в печатных плат являются сквозные отверстия, которые представляют собой механические отверстия, просверленные от верхней до нижней части печатных плат.
Слепые отверстия: Слепые отверстия — это тип лазерного сверления, при котором отверстия просверливаются и гальванизируются от верхнего или нижнего слоя печатные платы до внутреннего слоя.
Заглушенное отверстие: Заглушенное отверстие может быть лазерным или механическим, оно относится к соединительному отверстию, расположенному во внутреннем слое печатные платы, которое не проходит до поверхности печатных плат.
(4) Паяные площадки: Компоненты крепятся к печатной плате путем пайки через отверстия в печатных плат. Печатные провода соединяют паяные площадки для обеспечения электрического соединения компонентов в цепи. Свинцовые отверстия и окружающая их медная фольга называются паяльными площадками.
(5) Шелкография: Шелкография относится к информации, напечатанной на электронных печатных плат, такой как текст, логотипы, графика и т. д. Эти шелкографические отпечатки имеют важные функции, они могут помочь определить положение, значение, модель и другую информацию об электронных компонентах, а также направление и правильный метод установки компонентов.
Сценарии применения печатных плат
Коммуникационное оборудование: печатные платы используются в телефонах, мобильных телефонах, радиоприемниках, системах спутниковой связи и аналогичных устройствах, обеспечивая надежные пути передачи сигнала для точной передачи данных.
Медицинское оборудование: печатные платы используются в диагностических и контрольных устройствах, хирургических инструментах и имплантируемых устройствах, отвечая строгим требованиям к точности и надежности для обеспечения функциональности оборудования и безопасности пациентов.
Промышленное управление: печатные платы используются в робототехнике, станках с ЧПУ и системах автоматизации производственных линий, обеспечивая точное управление и работу.
Автомобильная электроника: печатные платы (PCB) используются в модулях управления двигателем, модулях управления кузовом и системах управления подушками безопасности, управляя различными системами автомобиля для обеспечения их правильного функционирования.
Потребительская электроника: печатные платы (PCB) используются в бытовой технике, такой как телевизоры, холодильники, стиральные машины и кондиционеры, а также в смартфонах, планшетах и игровых приставках, обеспечивая электрические соединения и поддержку компонентов.
Аэрокосмическая промышленность: печатные платы (PCB) используются в самолетах, ракетах и спутниках, отвечая строгим требованиям надежности и точности для выполнения сложных функций управления и мониторинга.
Компьютеры и серверы: печатные платы используются в компьютерах и серверах, обеспечивая надежные пути передачи сигналов для обеспечения быстрой передачи и обработки данных.
Устройства Интернета вещей (IoT): печатные платы обеспечивают стабильные и надежные пути управления и передачи данных для устройств IoT, позволяя осуществлять интеллектуальное управление и удаленный мониторинг.
Сектор новых источников энергии: печатные платы используются в системах солнечных панелей, ветровых электростанциях и аналогичных применениях, обеспечивая электрические соединения и функции управления.
Классификация печатных плат
Печатные платы классифицируются по количеству слоев на три основных типа: односторонние печатные платы, двусторонние печатные платы и многослойные печатные платы.
Односторонние печатные платы имеют компоненты, сконцентрированные на одной стороне самой простой печатной платы, а проводящие дорожки сконцентрированы на противоположной стороне. Поскольку дорожки появляются только на одной стороне, этот тип печатной платы называется односторонней печатной платой. Односторонние платы, как правило, просты в изготовлении и экономичны, однако их недостатком является невозможность использования в чрезмерно сложных изделиях.
Двусторонние печатные платы представляют собой расширение односторонних плат. Когда однослойная трассировка не соответствует требованиям электронного изделия, используются двусторонние платы. Обе стороны имеют медную обшивку и дорожки, а переходные отверстия соединяют цепи между слоями, образуя необходимые сетевые соединения.
Многослойные печатные платы представляют собой печатные платы, состоящие из трех или более слоев проводящих рисунков, ламинированных вместе с изоляционными материалами между ними, где проводящие рисунки соединены между собой по мере необходимости. Многослойные печатные платы представляют собой эволюцию электронных информационных технологий в направлении высокой скорости, многофункциональности, большой емкости, компактных размеров, тонких профилей и легких конструкций.
Многослойные печатные платы обычно обозначаются четными числами, такими как 2, 4, 6, 8, 10, 20, 40 или 100 слоев. Проще говоря, количество медных слоев, то есть количество дорожек, соответствует количеству слоев платы. В настоящее время большинство многослойных процессов включают ламинирование нескольких двусторонних ламинатов с медным покрытием, отсюда и преобладание многослойных плат с четными номерами. Например, ламинирование двух двусторонних печатных плат дает 4-слойную плату; добавление еще одной двусторонней печатной платы дает 6-слойную плату и так далее. Кроме того, передовые технологии, такие как HDI, SLP и Anylayer, несмотря на свою сложность, характеризующуюся многочисленными переходными отверстиями, тонкими дорожками, сложными процессами и высокой точностью, все же относятся к категории материалов «жесткие платы». Таким образом, они обычно классифицируются как многослойные платы, если они не указаны отдельно.
По свойствам материала
Классификация по жесткости подложки
Жесткая печатная плата
Определение: Использование жестких изоляционных материалов в качестве подложки, неспособных изгибаться или сгибаться, представляющих собой наиболее распространенный тип в электронных устройствах.
Типичные материалы: подложки из стекловолокна FR-4, подложки из фенольной бумаги, ламинаты с металлическим покрытием (на основе алюминия, меди) и т. д.
Применение: материнские платы компьютеров, основные платы смартфонов, электронные модули управления автомобилями и т. д.
Гибкая печатная плата
Определение: Использование гибких материалов, таких как полиимид (PI), в качестве подложки, способной изгибаться и складываться для установки в ограниченном пространстве.
Типичные материалы: подложки из PI, подложки из полиэфирной пленки.
Сценарии применения: носимые устройства, гибкие кабели для складных смартфонов, малоинвазивные медицинские хирургические инструменты и т. д.
Классификация по материалу армирования
Стеклотканевая основа
Основные компоненты: стекловолоконная ткань + эпоксидная смола (например, FR-4), обеспечивающая высокую прочность и термостойкость.
Преимущества: превосходная механическая прочность, стабильные диэлектрические свойства и отличная влагостойкость.
На бумажной основе
Основные компоненты: бумага из древесной целлюлозы + фенольная смола (например, FR-1, XPC). Низкая стоимость, но ограниченные характеристики.
Ограничения: низкая термостойкость (обычно <130 °C), подходит только для устройств с низким энергопотреблением.
Композитная основа
Основные компоненты: стекловолоконная ткань, ламинированная бумагой (например, CEM-1), обеспечивающая баланс между стоимостью и характеристиками.
Применение: платы управления для небольших бытовых приборов, электронные модули в игрушках и т. д.
Классификация по специальным функциям
Печатные платы на металлической основе
На алюминиевой основе: исключительная теплопроводность, подходят для светодиодного освещения и усилителей мощности.
На медной основе: тепловая эффективность превышает алюминиевую более чем в три раза, используются в высокочастотном коммуникационном оборудовании.
Высокочастотные печатные платы
PTFE (политетрафторэтилен): низкая диэлектрическая проницаемость (ε=2,0-2,5), минимальный тангенс угла потерь (tanδ<0,002), подходит для базовых станций 5G и радиолокационных систем.
Серия Rogers: обеспечивает стабильную высокочастотную производительность с точностью диэлектрической проницаемости до ±0,02, что делает ее предпочтительным выбором для высококачественных радиочастотных схем.
Печатные платы на керамической основе
Оксид алюминия (Al₂O₃), нитрид алюминия (AlN): устойчивы к высоким температурам (>1000 °C) с исключительными изоляционными свойствами, используются в аэрокосмической промышленности и высокомощных полупроводниковых модулях.
Классификация по типу переходных отверстий: сквозные, слепые, погруженные.
Сквозное отверстие: отверстие проходит через всю плату, оба конца заканчиваются на верхнем или нижнем слое (двух самых внешних слоях).
Слепое отверстие: один конец отверстия заканчивается на поверхностном слое (внешнем слое), а другой — на внутреннем слое, не проходя через всю плату.
Заглушенное отверстие: оба конца отверстия находятся внутри платы, соединяя только два внутренних слоя.
Факторы, влияющие на цену печатных плат:
1.Стоимость печатных плат значительно варьируется в зависимости от выбора материалов. На примере обычной двусторонней платы, подложка обычно состоит из типов FR4 (включая бренды Shengyi, Jiantou и Guojie, с ценами, снижающимися в указанном порядке). Толщина платы варьируется от 0,2 мм до 3.0 мм, а толщина меди — от 0.5 унции до 3 унций. Таким образом, только подложка обусловливает значительные различия в цене. Что касается выбора краски для паяльной маски, то также существует разница в цене между стандартной термореактивной краской и светочувствительной зеленой краской.
2.Различия в процессах отделки поверхности печатных плат также способствуют разнообразию цен. Обычные виды обработки включают: OSP (кислородно-стабилизированный фосфор), горячее оцинкование с содержанием свинца, горячее оцинкование без свинца (соответствующее экологическим требованиям), позолоту, химическое позолоту и различные комбинированные процессы. Стоимость этих процессов, как правило, увеличивается по порядку.
3.Сложность конструкции печатной платы также влияет на цену. Например, две платы, каждая из которых имеет 1000 отверстий, могут иметь разные затраты на сверление, если диаметр отверстий одной платы превышает 0,2 мм, а другой — менее 0,2 мм. Аналогично, если обе платы имеют одинаковые характеристики, за исключением ширины и расстояния между дорожками — одна превышает 4 мил, а другая менее 4 мил — это приведет к различиям в производственных затратах. Кроме того, конструкции, в которых используются нестандартные производственные процессы, такие как полупокрытые сквозные отверстия, погруженные/слепые переходные отверстия, отверстия в панели или печать углеродными чернилами на клавиатурных платах, повлекут за собой дополнительные расходы.
4.Толщина медной фольги PCB также влияет на цену. Обычные толщины включают: 18 мкм (1/2 унции), 35 мкм (1 унция), 70 мкм (2 унции), 105 мкм (3 унции) и 140 мкм (4 унции). Более толстая медная фольга имеет более высокую цену.
5.Стандарты качества печатных плат PCB варьируются в зависимости от клиента, что влияет на цену. Обычные стандарты включают IPC2, IPC3, корпоративные спецификации и военные стандарты. Более высокие стандарты соответствуют более высоким затратам.
6.Объяснение затрат на инструменты и приспособления
Что касается затрат на инструменты: для прототипов и мелкосерийного производства производители печатных плат обычно используют сверление и фрезерование для формирования панелей, тем самым избегая дополнительных затрат на фрезерование кромок. Однако для крупносерийного производства необходимы инструменты для штамповки панелей, что влечет за собой затраты на набор инструментов.
7.Влияние способов оплаты на цену
Выбор способов оплаты с более короткими сроками расчетов, таких как наличные платежи, как правило, приводит к снижению цен.
8.Влияние количества заказа и сроков изготовления на цену
(1) Количество заказа: при меньших объемах заказа стоимость единицы продукции выше. Даже при производстве одной единицы продукции производители печатных плат должны выполнить все процессы, включая подготовку технической документации и вывод на пленку, что приводит к более высокой стоимости единицы продукции.
(2) Требования к срокам выполнения заказа: Данные, предоставляемые производителю печатных плат, должны быть полными и точными. Сюда входят подробные спецификации файлов Gerber, количество слоев, тип подложки, толщина печатные платы, отделка поверхности, цвет краски, цвет символов и любые специальные требования.
