Opredelitev in pomen tiskanih vezij (PCB)
Tiskana vezja (PCB) so osrednje komponente elektronskih naprav, ki zagotavljajo osnovo za medsebojno povezovanje različnih električnih komponent. Preko zapletenih prevodnih sledi, blazinic in drugih povezovalnih funkcij PCB-ji učinkovito prenašajo signale in moč med fizičnimi napravami. Skratka, PCB so temelj pravilnega delovanja elektronskih naprav in so široko prisotni v različnih elektronskih izdelkih v našem vsakdanjem življenju.
Zgodovina razvoja PCB-jev
Pred pojavom današnje široko uporabljene tehnologije izdelave PCB je bilo ožičenje tokokrogov pogosto izvedeno ročno, kar je bilo neučinkovito. Vse elektronske komponente so bile povezane ena za drugo, kar je povzročilo kompleksno in zapleteno mrežo žic.
To ni zahtevalo le velike količine dela za izdelavo vezij, ampak je tudi naredilo vezja zajetna, zlahka poškodovana in draga. Poleg tega, ker so bile takrat vse komponente povezane z žicami, so se zaradi staranja in pokanja izolacije žic pogosto pojavljale napake na spojih žic, kar je vodilo do kratkih stikov. Jasno je, da tradicionalne metode ne morejo več zadovoljiti potreb sodobnih elektronskih izdelkov.
Ko je elektronika prešla iz dobe vakuumskih elektronk in relejev v dobo silicija in integriranih vezij, so se velikost in stroški elektronskih komponent zmanjšali, medtem ko so zahteve potrošnikov po manjših in cenovno dostopnejših izdelkih še naprej naraščale. Ta pritisk je proizvajalce spodbudil k raziskovanju učinkovitejših rešitev, kar je pripeljalo do razvoja sodobnega tiskanega vezja.
Torej, iz česa točno je izdelan PCB? Izdelan je iz več plasti materialov s postopkom toplotnega-vezovanja in laminacije z lepilom, podobno kot pri pripravi lazanje. Vsaka plast ima edinstveno vlogo in skupaj tvori ključno komponento elektronske naprave.
Substrat (FR4)
Substrat je osnovni material tiskanega vezja, običajno iz steklenih vlaken, pri čemer je najpogostejši tip FR4. V primerjavi z drugimi osnovnimi materiali ima FR4 prednost zaradi svoje odlične vzdržljivosti. Ta substrat s trdnim-jedrom ne zagotavlja samo potrebne togosti in debeline za tiskano vezje, temveč zagotavlja tudi izolacijo drugih plasti. Za PCB-je, ki zahtevajo večjo prožnost, se lahko kot osnovni material uporabi upogljiva visokotemperaturna-plastika, kot je Kapton ali njegovi enakovredni materiali.
Ob substratu je tanka bakrena folija. Odvisno od posebnih zahtev tiskanega vezja se baker lahko nanese na eno ali obe strani podlage. Število bakrenih plasti je ključni dejavnik pri razlikovanju tipov PCB. Dvo- ali dvo-plastne plošče imajo na primer bakrene plasti na obeh straneh podlage, medtem ko imajo eno-stranske plošče baker samo na eni strani. V običajnih PCB-jih je lahko število bakrenih plasti od 1 do 16, pri čemer so najpogostejše dvoslojne bakrene plošče.
Bakrene plasti imajo v PCB prevodno vlogo. S kemičnim jedkanjem je baker skrbno izklesan v več prevodnikov ali sledi, ki se povežejo z blazinicami in tvorijo osnovno arhitekturo vezja na tiskanem vezju. Te sledi ne nadomeščajo le fizičnih žic, ki se uporabljajo v tradicionalnih tokokrogih, ampak tudi izolirajo zrak in substratne materiale, kar zagotavlja stabilnost in varnost vezja. Poleg bakrenih plasti je spajkalna maska, ki je običajno zelena, lahko pa je tudi drugih barv, odvisno od zahtev.
Glavna funkcija maske za spajkanje je izolacija bakrenih sledi in preprečevanje nenamernega stika z drugimi kovinami, spajkami ali prevodnimi elementi. Na tiskanem vezju spajkalna maska pokriva večino področij, vključno z majhnimi sledmi, vendar namerno pušča majhne obroče in blazinice za spajkanje.
Za slojem maske za spajkanje je sloj-natisnjen s sitotiskom. Ta plast je v prvi vrsti za estetske namene, dodajanje črk, številk in simbolov tiskanemu vezju za olajšanje sestavljanja in izboljšanje razumevanja funkcionalnosti plošče. Sitotisk se običajno uporablja za označevanje posebne funkcije posameznega zatiča ali LED, običajno v beli barvi, po potrebi pa se lahko uporabijo tudi druge barve črnila.
Razlika med tiskanim vezjem in razvojno ploščo je v tem, da razvojna plošča tiskanemu vezju doda mikroprocesor ali mikrokrmilnik, skupaj z minimalno, lahko dostopno podporo. To poenostavlja razvojni proces in razvijalcem omogoča, da se osredotočijo na razvoj programske opreme, ne da bi porabili veliko časa za strojno opremo. Skratka, razvojna plošča je specializirano PCB z dodatno strojno in programsko opremo.