Çaplı Sürət Paltosu (PCB) Əsasları: Elektronika və Dövrə Tərtibi

Təqdimat

Smartfonlar, saatlar, televizorlar və digər elektron cihazlar həyatımızın bir çox sahəsində geniş istifadə olunur və sayısız rahatlıqlar gətirir. Onların yaranması çap olunmuş lövhələrin (PCB) ixtirası ilə sıx bağlıdır. Çap olunmuş lövhələr yalnız elektron cihazların miniatürləşdirilməsini təmin etmir, həm də yüksək performanslı dövrlərin istehsal xərclərini azaldır. Bu məqalədə çap olunmuş lövhələrin nə olduğunu, onların növlərini və dizaynlarını, həmçinin müasir texnologiyanın inkişafına olan əhəmiyyətini ətraflı şəkildə izah edəcəyəm.

PCB nədir?

İÇM elektron cihazların əsas komponentlərindən biridir. O, hər biri müəyyən funksiyanı yerinə yetirən bir neçə əsas hissədən ibarətdir. İÇM elektron komponentlərin birləşdirilməsi və dəstəklənməsi üçün istifadə olunur və elektrik və mexaniki dəstək təmin edir. İÇM-lər naqil yollar, izlər və ya siqnal izləri kimi mis vərəqlərdən hazırlanır ki, bu vərəqlər elektrik keçirməyən dielektrik əsas materiala laminasiya edilir. Sonra lövhəyə elektron komponentlər əlavə olunur və səthində etçinq aparılır ki, bu da cərəyanın mis vasitəsilə komponentdən komponentə axmasına imkan verir.

İÇM Əsasları

• Açıq lövhə: Açıq lövhə, həmçinin elektron komponentlər daşımayan və heç bir elektrik funksiyasını yerinə yetirə bilməyən açıq İÇM kimi tanınır.
• Tək tərəfli İÇM: Tək tərəfli İÇM lövhənin yalnız bir tərəfində komponentlərin və dövrə izlərinin yerləşdiyini bildirir. Bu növ İÇM sadə olduğundan və layihələndirməsi ilə istehsalı asan olduğundan ən çox istifadə olunan İÇM növüdür.
• İki tərəfli İÇM: Medən birləşmələr substratın hər iki tərəfinə laminasiya edilir və bu, daha mürəkkəb dövrə dizaynlarını dəstəkləyir və qatlar arasında əlaqə yaratmaq üçün keçid dəliklərindən (metal örtüklü dəliklər) istifadə edir. Tək tərəfli lövhələrlə müqayisədə, bu, daha inkişaf etmiş dövrələri yerləşdirə bilir və eyni zamanda yüksək səviyyəli xərc effektivliyini saxlayır.
• Çoxqatlı PCB: Çoxqatlı PCB o deməkdir ki, bu növ PCB-nin ən azı üç mis konduktiv qatı var. Əsasən, izolyasiya edici prepreg materialları ilə bir neçə PCB qatını lamination etmək və birləşdirmək yolu ilə əldə olunur, bu da dövrə sıxlığını artırır və kompüterlər, serverlər və telekommunikasiya avadanlıqları üçün inkişaf etmiş dövrə lövhələrinin istehsalına imkan verir.

PCB Rolu

• Hər bir dövrə dizaynı üçün PCB-nin əsası.
• Komponentlərin yerləşdirilməsi və siqnalların marşrutlaşdırılması üçün xəritə.
• Mürəkkəb elektron cihaz əməliyyatlarının həyata keçirilməsi üçün platforma.

Dövrə Lövhələrinin Növləri və PCB Qatları

Mühəndislər, dizaynerlər və elektronika sənayesinə daxil olan tələbələr üçün müxtəlif növ lövhələri başa düşmək vacibdir.

Ümumi Növlər və Quruluşlar

Peçbord Dizaynında Materiallar və Quruluş

Peçbordun qatlarının düzülüşü və material seçimi elektron cihazların etibarlılığını, performansını və istehsal xərclərini birbaşa müəyyən edir.

Əsas Materiallar

• Mis Qat: Bu, adətən mis folyodan hazırlanmış, lövhədə siqnalların ötürülməsi üçün yol kimi çıxış edən keçirici əsasdır.
• İzolyasiya Materialı: Ümumi substart materialları standart lövhələr üçün FR-4 (şüşəlif epoksi), elastik dövrlər üçün poliimid və yüksək səviyyəli hərbi/tibbi avadanlıqlar üçün keramik substartları əhatə edir.
• Leyka Masası: Mis folyonun üzərini kaplayan, adətən yaşıl rəngli leyka, misi qoruyur və ehtiyat hissənin səthini təyin edir.
• Lak Ekran: Komponentlərin yerləşdirilməsini və sistem diaqnostikasını asanlaşdırmaq üçün pcb səthinə identifikatorlar və istiqamətləndirmələr çap edilir.

İÇP Təbəqələri və Platforma Quruluşu

• PCB Qatı: PCB-nin qatı siqnal, enerji və ya torpaqlama ehtiyacları üçün konfiqurasiya edilə bilər. Dizayn qaydaları və qatların düzülüşü birbaşa siqnal sürətinə, krosstolk-a və EMI idarəetməsinə təsir göstərir.
• PCB İzləri: Dövrə naxışı misin nazik və dəqiq yolları ilə müəyyən olunur. Onların eni və aralığı cərəyan tutumuna və siqnal davranışına böyük təsir göstərir.
• Laylaları birləşdirən və iki tərəfli və çoxlaylı lövhələrdə vacib funksiya yerinə yetirən metallandırılmış dəliklər.

Sadələşdirilmiş Müqayisə

Lövhənin Necə Hazırlandığı və Dizayn Prosesi

Lövhə Dizayn Alətləri və Addımlar

Konsepsiya və Sxem

Dövrəni təyin edin və komponentləri seçin. Altium, Eagle və KiCAD kimi məşhur lövhə dizayn alətləri dəqiq və səhvə yol verməyən düzülüşlər üçün kompüter köməkli dizayn imkanları təqdim edir.

Düzülüş və Marşrutlaşdırma

Sxemi lövhə düzülüşünə çevirin, komponentləri yerləşdirin və birləşdirici izləri çəkin. Əsas məqam – kritik siqnallar üçün iz uzunluğunu minimuma endirməkdir.

Dizaynın İcmalı və Simulyasiya

İstehsal riskini minimuma endirmək üçün Dizayn Qaydalarının Yoxlanılması (DRC) həyata keçirin; siqnal axınını simulyasiya edin ki, kross-tolkun və ya performans itkisi olmasın.

Gerber Faylının Yaradılması

Dizaynı sənayedə standart olan və platanın istehsalı üçün uyğun fayllara çevirin.

İstehsal

Plata mis və izolyasiya materiallarının təbəqələnməsi, dövrənin şəkilləndirilməsi, travlamanın aparılması, keçid dəliklərinin delinməsi, lehim maskasının çəkilərək silkskrin nəşrinin tətbiqi yolu ilə hazırlanır.

Montaj

Komponentlər səthə quraşdırma (SMT) və ya dəlikdən keçirərək quraşdırma (THT) üsulu ilə platanın üzərinə yerləşdirilir və lehimlənir.

Son platlar yoxlanılır, test edilir və göndərilir.

Platadakı komponentlər və dövrlərin necə işlədiyi

Çaplı lövhələr (PCB) müstəqil şəkildə işləyə bilməz, buna görə hər bir çaplı lövhə rezistorlar və kondensatorlar kimi sadə passiv elementlərlə yanaşı, inteqral sxemlər, relyelər, sensorlar və konnektorlar kimi daha mürəkkəb komponentlərdən ibarət olur. Bu komponentlərin yerləşdirilməsi yüksək dərəcədə çevikdir və dizayn tələblərinə uyğun olaraq təşkil edilə bilər. Onlar lövhənin yalnız üst və ya alt təbəqələrində fərdi şəkildə paylana bilər, həmçinin ikitəbəqəli və ya çoxtəbəqəli lövhə strukturlarında hər iki tərəfə birgə quraşdırıla bilər ki, bu da tam funksional dairəvi sistem yaratsın.

• İzlər və Keçidlər: Siqnalların möhkəm və qorunmuş şəkildə lövhənin üzərindən və təbəqələr arasında keçməsinə imkan verir.
• İS: Məntiqi əməliyyatlar, məlumatların saxlanması və siqnal emalı həyata keçirir — müasir ağıllı elektronikanın əsasıdır.
• Passiv Elementlər: Süzgəcləmə, zamana nəzarət və enerji idarəetmə xidməti göstərir.
• Aktiv Komponentlər: Açılanma, gücləndirmə və ya məlumatların emalına nəzarət edir.

Lentalar necə işləyir:

• Güc, mənbədən mis izlər vasitəsilə hər bir komponentə yönəldilir və lentanın dizaynına uyğun olaraq dövrə nümunəsi aktivləşdirilir.
• İşarə yolları, mürəkkəb dövrə dizaynlarında təmiz işləməni təmin etmək üçün yer və enerji təbəqələri ilə ekranlanır/ayrılır.

Müasir Elektronikada Tətbiqlər və Üstünlüklər

Lövhələr təxminən hər sahədə istifadə olunur:

• İstehlak Cihazları: Telefonlarda, noutbuklarda, ağıllı saatlarda və geyilən cihazlarda tək tərəfli, iki tərəfli və yüksək sıxlıqlı çoxlaylı lövhələrdən istifadə olunur.
• Sənaye Elektronikası: Robototexnika, idarəetmə blokları, sensorlar və xüsusilə hərəkətli birləşmələr üçün enerji təchizatında möhkəm sərt PCB dizaynları və bəzən elastik sxemlər tələb olunur.
• Tibbi avadanlıqlar: Diaqnostika maşınlarında və daşınan monitorlarda tez-tez yüksək etibarlılıq tələb olunan çoxlaylı, sərt-elastik və ya HDI PCB-lər tələb olunur.
• Avtomobil və Hava Mühəndisliyi: Titreşimlərə, şiddətli temperaturlara və yüksək elektrik yükünə dözümülüyün təmin edilməsi üçün elastik, çoxlaylı və ya metal əsaslı PCB-lərdən istifadə olunur.

Əsas Üstünlüklər

• Kompakt dizaynlar üçün daha yüksək dövr sıxlığına nail olun.
• Avtomatlaşdırılmış PCB istehsalı və montajla xərcləri azaldın.
• Modul təmir və yeniləmə ilə nasaz lövhələrin əvəzinə asanlıqla qoyun.
• Mis təbəqələrini qoruyun və dövr işləkliyini saxlayın.
• Müasir tələblər üçün mürəkkəb, etibarlı və daha sürətli dövr dizaynlarını asanlaşdırın.

Gələcək Tendensiyalar və Elektron Lövhə Sənayesində Məsləhətlər

Texnologiya inkişaf etdikcə, elektron lövhə sənayesi də inkişaf etməyə davam edir. Burada çap olunmuş elektron lövhələrin inkişafı və tətbiqi sahəsinin növbəti dövrünü formalaşdıran amillər var:

Daha Yüksək Sıxlığa və Kiçilməyə doğru irəliləyiş

• HDI Dizaynı: Daha yüksək dövr sıxlığına olan tələbatın artması, mikro keçidlərə və ultra ince izlərə malik olan, daha az yerə daha çox qoşulmanı yerləşdirməyə imkan verən HDI (Yüksək Sıxlıqlı Qoşulmalar) PCB-lərinin geniş miqyasda istifadəsini təşviq edir. Bu komponentlər ağıllı telefonlarda, planşetlərdə və inkişaf etmiş daşınan cihazlarda mühüm rol oynayır.
• Elastik Substrat & Elastik PCB İnkişafı: Elastik dövrlərin populyarlığı nəticəsində dizaynların sayı artır və indi elastik PCB və ya bərk-elastik həllər tələb olunur ki, elektron cihazlar əyilsin, qatlanaraq əvvəllər mümkün olmayan formada yerləşsin — xüsusilə tibbi implantlar, qatlanan telefonlar və avtomobil sensorları üçün kritik əhəmiyyət daşıyır.

İrəli Səviyyə Materiallar və Ekoloji Diqqət

• Yeni dielektrik materialları və lövhə substratları daim ortaya çıxır və bu materiallar ötürmə itkisini azaltmağa, istilik idarəetmə səmərəliliyini artırmağa və ekoloji cəhətdən daha məsuliyyətli istehsal proseslərinə nail olmağa yönəlib.
• Qurğuşunsuz lehimləmə, qalogenizasiya olunmamış laminatlar və təkrar emal olunan PCB istehsalı, qlobal davamlılıq standartlarını ödəmək üçün artdıqca prioritet kimi nəzərdən keçirilir.

Ağıllı PCB Layihələndirmə və Test etmə

• Kompüterdə Dəstəklənən Layihələndirmə Alətləri: Bunlar, fiziki lövhələr hazırlanmazdan əvvəl sürətli prototipləşdirməyə, səhvlərin proqnozlaşdırılmasına və simulyasiyaya imkan verir və mürəkkəb dövrə lövhələri üçün belə layihə dövrlərini əhəmiyyətli dərəcədə qısaldır, buna görə də bahalı təmir işlərini azaldır.
• Layihələndirmənin Nəzərdən Keçirilməsi və Test Edilməsi: Rəqəmsal ikili və dövrə simulyasiya texnologiyaları real şəraitdə dövrə davranışını dəqiq təkrarlaya bilər və potensial nasazlıqları layihə mərhələsində müəyyən edə bilər.
• Avtomatlaşdırılmış Optik Yoxlama (AOI): PCB istehsaldan sonra test edilir, süni intellekt ilə təchiz olunmuş AOI və elektrik testləri mikro nasazlıqları aşkar edir və missiya-kritik tətbiqlər üçün istehsal hasilatını və etibarlılığı təmin edir.

Nəticə

Əsasən, PCB bütün elektron cihazların görünməz skeletinə bənzəyir. Biz onu gündəlik həyatda tez-tez görmürük, lakin istifadə etdiyimiz hər məhsulun daxilində gizlidir. O, sadəcə elektron komponentləri birləşdirib möhkəmləndirmir. Müxtəlif növləri və dəqiq dizaynı ilə müxtəlif ssenarilərin tələblərinə uyğunlaşır və ağıllı həyatın imkanlarını həqiqətə çevirir.