EN
A Ploščica na tiskani ploščici (PCB) je ena najosnovnejših sestavin pri načrtovanju tiskanih ploščic načrtovanje tiskanega vezja . Vsak element, nameščen na ploščici, za stabilno električno in mehansko povezavo potrebuje ploščico na tiskani ploščici (PCB). Če ploščica na tiskani ploščici ni pravilno načrtovana, se zvarek razpadejo, signali se poslabšajo in elementi se lahko odpnejo zaradi toplotnega ali mehanskega obremenitve. Razumevanje, kaj je ploščica na tiskani ploščici (PCB), in kako deluje, je bistveno znanje za vsakega inženirja, načrtovnika ali strokovnjaka za nabavo, ki dela v proizvodnji elektronskih naprav.
Ploščica PCB je majhna izpostavljena površina bakra na površini tiskane vezje, kjer se z vajnom založi vodnik ali priključek sestavnega dela. Vsaka ploščica PCB deluje kot pristajalna površina za vajno, s čimer pritrdi sestavni del na mestu in ustvari prevodno pot v vezje plošče. Geometrija, material, končna obdelava in postavitev ploščice PCB so natančno izdelani tako, da ustrezajo odtisu sestavnega dela in uporabljenemu procesu sestavljanja. Ta vodnik zajema vse, kar bi morali vedeti o ploščicah PCB – od osnovne definicije do njihovih vrst, načel oblikovanja in pogostih uporab.
Osnovna definicija in funkcija ploščice PCB
Kaj ploščica PCB dejansko počne
Na najosnovnejši ravni ima ploščica za vezavo na tiskani vezni plošči (PCB) dve funkciji: zagotavlja površino, na katero je mogoče zlepati sestavni del, ter električno povezuje ta sestavni del z ostankom vezja. Ploščica za vezavo na tiskani vezni plošči predstavlja vmesnik med fizičnim sestavnim delom in prevodnimi sledmi, ki so izvedene po plošči. Med sestavljanjem, ko se nanese lepilo, le to teče na ploščico za vezavo na tiskani vezni plošči, navlaži bakreno površino in poveže priključek sestavnega dela z desko. Ta spoj mora biti mehansko dovolj trpežen, da prenese vibracije, termične cikle in ročno obratovanje, hkrati pa mora ostati električno neprekinjen celotno življenjsko dobo izdelka.
Vsak tlak na tiskani vezju je določen v konstrukcijskih datotekah plošče z uporabo knjižnice odtiskov. Odtisk določa natančne dimenzije, obliko in razmik vsakega tlaka na tiskani vezju, ki je povezan z določeno komponento. Pravilna določitev teh dimenzij je ključnega pomena, saj tlak na tiskani vezju, ki je premajhen, morda ne bo zanesljivo zadržal lepljenja, medtem ko lahko prevelik tlak na tiskani vezju povzroči mostičenje med sosednjimi priključki. Konstruktorji morajo geometrijo tlakov na tiskani vezju uskladiti z podatkovnim listom komponente in z dopustnimi odstopki procesa montaže, da zagotovijo visoko izkoristek in zanesljivost.
Vloga bakra in površinske končne obdelave tlaka na tiskani vezju
Osnovni material vsakega tlaka PCB je baker, običajno debeline 1 oz ali 2 oz na kvadratni čevelj. Surov baker hitro oksidira, kar poslabša sprememljivost. Zato vsak tlak PCB prejme obdelavo površinskega premaza med izdelavo. Pogosti površinski premazi za tlake PCB vključujejo HASL (nivojanje lepljenja z vročim zrakom), ENIG (elektrolitski nikl z nanašanjem zlata), OSP (organsko sredstvo za ohranitev sprememljivosti) in ENEPIG. Vsak premaz vpliva na trajnost, sprememljivost, ravnost in stroške tlaka PCB. ENIG je široko priporočen za razporeditve tlakov PCB z majhnim razmikom, saj ponuja ravno in zanesljivo površino, ki omogoča natančno namestitev komponent.
Vrste tlakov PCB in njihove oblikovne različice
Tlaki SMD nasproti tlakom za skozi-vrtanje
Dve glavni kategoriji ploščic za tiskane vezje (PCB) sta ploščice za površinsko montažo (SMD) in ploščice za vstavljanje skozi luknjo. Ploščica SMD za tiskano vezje je ravna bakrena površina na površini plošče brez izvrtane luknje. Komponente z ravnimi priključki, kot so uporniki, kondenzatorji in integrirana vezja v paketih QFP ali QFN, se namestijo neposredno na te ploščice. Oblikovanje ploščic SMD za tiskana vezja je v sodobnih visokogostotnih sestavah prednostno, saj omogoča namestitev komponent na obeh straneh plošče in učinkovito podpira avtomatizirane postopke izbiranja in postavljanja.
Ploščica za vstavljanje skozi ploščo (through-hole) vključuje izvrtano luknjo skozi ploščo, ki jo obdaja bakrena obročasta obroča. Vodnik komponente se vstavi skozi luknjo in zvarita na nasprotni strani. Ploščice za vstavljanje skozi ploščo zagotavljajo odlično mehansko trdnost, zato so primerni za priključke, priključke za napetost in komponente, ki so izpostavljene mehanskim obremenitvam. Širina obročaste obroče ploščice za vstavljanje skozi ploščo mora izpolnjevati minimalne zahteve, da se ohrani zanesljiva prevodnost tudi po upoštevanju toleranc pri vrtanju med izdelavo.
Specializirani formati ploščic za tiskane vezje
Poleg standardnih oblik SMD in skozi-vzorčnih (through-hole) priključkov obstaja več specializiranih vrst priključkov za tiskane vezje (PCB), ki se uporabljajo v naprednih načrtih plošč. Priključek z vgrajenim vodnikom (via-in-pad) je priključek za tiskano vezje, ki vključuje izpolnjen ali pozlavljen vodnik neposredno znotraj površine priključka in omogoča visokogostotno usmerjanje pod komponentami, kot so paketi BGA. Ta oblika priključka za tiskano vezje je pogosta v kompaktnih napravah, kjer je prostor za usmerjanje izjemno omejen. Toplotni priključki so še ena pomembna različica, ki se običajno nahajajo pod integriranimi vezji za upravljanje moči (power management ICs) in se uporabljajo za odvajanje toplote od komponente v bakrene ravnine plošče. Testni priključek je namensko določen priključek za tiskano vezje, postavljen na strategskih mestih, da omogoča stik s sondami za testiranje v toku (in-circuit testing) brez motenja sestave.
Razmisljanja o oblikovanju priključkov za tiskano vezje za zanesljivo sestavo
Pravila za velikost, obliko in razmik priključkov
Pravilno oblikovanje ploščice na tiskani vezni plošči (PCB) zahteva pozornost glede velikosti, oblike in razdalje med ploščicami. Velikost ploščice na PCB mora zagotavljati dovolj površine za lepljenje, da se okoli priključka komponente oblikuje trdno kapljico lepila. Industrijski smernici in standardi IPC določajo najmanjše in optimalne dimenzije ploščic na PCB za vsako vrsto komponente in ohišje. Za ploščice SMD so pogosto priporočene zaokrožene vogale, saj zmanjšujejo koncentracijo napetosti lepila. Razdalja med sosednjimi ploščicami na PCB mora upoštevati dopustne odstopanja za masko za lepljenje in odprtine za pasto v cevnem predlogu, da se prepreči mostičenje med postopkom taljenja lepila.
Odprtina za zaščitno smolo okoli ploščice na tiskani vezij (PCB) je enako pomembna. Ploščica na tiskani veziji, določena z zaščitno smolo (SMD), ima odprtino, ki je manjša od bakrene površine, kar pomeni, da se material zaščitne smole prekriva s robovi ploščice. Ploščica na tiskani veziji brez zaščitne smole (NSMD) ima odprtino zaščitne smole, ki je večja od bakrene površine, kar pomeni, da je celotna ploščica na tiskani veziji razkrita. Konfiguracije NSMD so na splošno priporočljive za komponente z majhnim razmikom kontaktov, saj zagotavljajo bolj enotno geometrijo lepljenih spojev. Izbor med SMD in NSMD za vsako vrsto ploščice na tiskani veziji naj bo usklajen s specifikacijami pakiranja komponent in možnostmi izdelave.
Toplotna izolacija in povezave z medeno polnitvijo
Ko se ploščica PCB poveže z veliko bakreno površino, se običajno dodajo toplotne izreliefne (termične izreliefne) žice. Brez toplotnega izreliefa se toplota med spajkanjem preveč hitro razprši v bakreno polnilo, kar prepreči, da bi se ploščica PCB segrela do temperature, potrebne za ustvarjanje pravilnega spajkalnega spoja. Vzorci toplotnega izreliefa povežejo ploščico PCB z bakreno površino prek ozkih žičastih odsekov, s čimer upočasniš transfer toplote dovolj, da omogočijo enakomerno spajkanje. V primerih visokotokovnih aplikacij pa so lahko trdne povezave med ploščico PCB in bakrenimi površinami prednostne, saj zmanjšujejo upornost; za kompenzacijo je potrebna višja temperatura spajkanja.
Pogosto zastavljena vprašanja
Kakšna je razlika med ploščico PCB in vrtinico?
Ploščica PCB je bakrena površina na površini plošče, ki se uporablja za spajkanje komponente. Vrtinica je izvrtana in prevlečena luknja, ki se uporablja za prenašanje signalov med plastmi plošče. Vrtinica v ploščici (via-in-pad) združi obe funkciji tako, da se vrtinica namesti neposredno znotraj ploščice PCB; to je koristno pri visokogostotnih postavitvah, kjer je potreben prostor za usmerjanje pod komponentami.
Zakaj je velikost ploščice na tiskani ploščici (PCB) pomembna za kakovost sestave?
Velikost ploščice na tiskani ploščici neposredno vpliva na kakovost spajalnega spoja. Premajhna ploščica na tiskani ploščici morda ne more zadržati dovolj lega za ustvarjanje zanesljivega spoja, kar lahko povzroči hladne ali šibke povezave. Prevelika ploščica na tiskani ploščici pa lahko povzroči neenakomerno raztekanje lega ali premostitev med sosednjimi ploščicami. Pravilna velikost ploščice na tiskani ploščici, določena na podlagi odtisa komponente in standardov IPC, je ključnega pomena za visoko izkoriščenost pri sestavi.
Katera površinska obdelava je najboljša za ploščico na tiskani ploščici?
Najboljša površinska obdelava za ploščico na tiskani ploščici je odvisna od uporabe. ENIG je široko priporočen za ploščice na tiskani ploščici z majhnim razmikom zaradi ravne površine in odlične spajalnosti. HASL je cenovno ugoden za standardne aplikacije s skozi ploščico vstavljenimi komponentami. OSP ponuja dobro spajalnost z manjšim okoljskim bremenom. Izbor ustrezne površinske obdelave za vsako vrsto ploščice na tiskani ploščici naj bi upošteval zahteve glede roka trajanja, postopka sestave in proračunskih omejitev.