Печатные платы: назначение, основные характеристики, виды

Печатные платы: назначение, основные характеристики, виды

Печатная плата – это пластина из материала, не проводящего электрический ток, с расположенной на ней (или в объеме) электросхемой из электрических цепей. Основное назначение данной пластины – механическое или электрическое соединение электронных элементов какого-либо устройства или механизма. В большинстве случаев такие элементы соединяются с рисунком печатной платы посредством обычной пайки.

В отличие от навесного монтажа электрических схем, который производится в большинстве случаев вручную, печатная плата является более сложным компонентом, большая часть элементов которой создается механизированным способом. При этом рисунок на плате выполнен из фольги и расположен на твердой надежной основе из диэлектрика.

Виды печатных плат

В зависимости от материала основы и количества слоев проводящего рисунка печатные платы делятся на несколько видов:

• Односторонние

Все проводящие элементы таких плат расположены на одной стороне. Металлизация возможна, но с ней стоимость такого элемента станет сравнима с двухсторонним, поэтому в большинстве случаев это нецелесообразно. Главное достоинство таких плат – высокая точность рисунка и сравнительно невысокая стоимость, при этом ее характеристик достаточно для несложных бытовых приборов. Однако недостатки у данного вида тоже есть: недостаточная надежность и долговечность, а также плохое закрепление элементов на плате, из-за чего со временем они могут отслаиваться.

• Двухсторонние

Особенность двухсторонних печатных плат – рисунок нанесен с обеих сторон элемента. При этом различают платы с неметаллизированными и металлизированными отверстиями. Первый тип по своим свойствам и структуре похож на простейшие односторонние платы, выгодное отличие – возможность компактнее располагать компоненты на плате, благодаря чему уменьшается объем собираемого устройства. Недостаток данного типа – технически сложная передача электричества между разными сторонами элемента. При этом соединение происходит посредством пайки или устройства специальных металлических перемычек. Такое устройство не является надежным, поэтому в большинстве случаев используется при изготовлении макетов будущих сложных устройств или в любительском конструировании электронных деталей.

Металлизированные же платы – это элементы, отверстия для соединения слоев которых металлизированы, то есть покрыты тонким слоем фольги для увеличения прочности без потери качества передачи данных. При этом компактность расположения элементов на плате сохраняется, поэтому в настоящее время при производстве несложных радиоэлектронных устройств и механизмов используются именно двухсторонние металлизированные платы.

• Многослойные

Многослойные платы – отличное решение для изготовления сложных устройств, в которых требуется высокая плотность установки соединяемых на плате элементов, причем количество слоев и рисунок напрямую зависит от назначения платы. Элементы крепятся на двух сторонах платы, а электрические схемы внутри нее служат для их соединения друг с другом посредством сложных переходов через межслойные отверстия. Наибольшее количество слоев такой платы – 32, при этом достигается максимальная плотность монтажа элементов без потери надежности их соединения.

• Гибкие

Гибкие печатные платы могут быть однослойными, двухслойными или многослойными в зависимости от назначения. Они представляют собой тонкие пластины из гибкого материала рекордно маленькой толщины. Они предназначены для соединения отдельных элементов устройств, а так же могут служить заменой кабелю. Довольно легко в процессе монтажа немного менять их форму, поэтому гибкие платы – отличное решение для установки в труднодоступных местах. Кроме того, они подходят для установки в сложных климатических условиях, так как имеют расширенный диапазон рабочих температур.

• Гибко-жесткие

По конструкции они напоминают обычные гибкие платы, однако имеют усиление с тыльной стороны в некоторых местах для обеспечения максимальной надежности.

Рисунок - Структура многослойной гибкой платы.

Изготовление печатной платы

Существует два способа создания печатных плат: аддитивный и субтрактивный. В первом случае фольгированный рисунок наносится на плату химическим способом, во втором – наоборот, вначале поверхность покрывается слоем фольги, затем из него удаляются ненужные места. В настоящее время применяется исключительно второй способ, так как с помощью него можно добиться максимальной точности рисунка.

Процесс производства печатных плат любого типа состоит из нескольких этапов:

1. Производство заготовки.

2. Подготовка заготовки путем ее обезжиривания и зачистки поверхности для удаления всех видов мусора и жира с поверхности для достижения максимального качества будущего покрытия.

3. Нанесение защиты на заготовку.

Данный этап является наиболее важным, так как именно от него зависит качество и долговечность будущей платы. Сделать это можно ручным способом или с использованием специального лазерного принтера. Первый способ подходит только для небольшого объема работ, так как данный процесс является достаточно трудоемким. При применении же второго способа достигается максимальная точность за минимальное время, поэтому в промышленных масштабах используется исключительно он.

1. Удаление лишней меди и защитного покрытия с заготовки.

2. Сверление отверстий и обработка заготовки с целью достижения необходимых электрических свойств.

Возможно химическое, механическое или лазерное нанесение рисунка.

1. Установка и закрепление всех компонентов.

2. Проверка работоспособности элемента.

Последний этап является достаточно важным, так как необходимо проверить все характеристики готового элемента. Ведь упустив хотя бы одну, конечное устройство будет работать некорректно. Проверка происходит с использованием стенда с камерой в несколько этапов:

1. Проверка рисунка и расположения отверстий.

2. Обследование количества и правильности нанесения паяльной пасты.

3. Правильность расположения элементов на плате.

4. Контроль качества пайки.

Многослойные печатные платы

В настоящее время не только в нашей стране, но и во всем мире широко распространены многослойные печатные платы (МПП). Крупные производства уже практически полностью отказались от изготовления однослойных и даже двухслойных элементов, так как промышленность не стоит на месте, и с каждым годом выпускаются все более технически сложные приборы, возможностей простых плат для которых недостаточно.

Сейчас при производстве многослойных (МПП), однослойных и двухслойных плат используется приблизительно одинаковое количество материалов, поэтому себестоимость таких элементов практически равна. Отличается лишь технология производства, из-за сложности которой МПП дороже в несколько раз. Однако с каждым годом производство все больше автоматизируется, разрабатываются новые методы изготовления элементов, благодаря чему происходит удешевление МПП.

Рисунок - Пример многослойных печатных плат (6 слоев).

Рекомендации по проектированию МПП

При проектировании многослойных печатных плат необходимо учесть следующие моменты:

• Не стоит выполнять все проводники минимальной толщины, нужно делать это только там, где есть такая необходимость.
• Необходимо контролировать расстояние от отверстия до металла во внутреннем слое.
• Обязательна проверка корректности подсоединения слоев на предмет наличия минимальных зазоров и изолированных областей.
• Необходимо выдержать расстояние от металла до края платы. То есть нужно оставить достаточный зазор с учетом погрешности фрезерования контура.

Вывод

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются именно многослойные печатные платы. Они способны не только соединить все компоненты и обеспечить высокое качество передачи сигнала, но и создать максимально компактное устройство. А благодаря современным технологиям производства, стоимость таких плат ненамного выше простых однослойных или двухслойных элементов. Подходящих альтернатив печатным платам нет, поэтому они вытеснили кабельные соединения в приборостроении, создавая при этом идеальные условия как для заказчиков, так и для исполнителей.

В отличие от однослойных и двухслойных элементов многослойные платы открывают гораздо больше возможностей для проектирования, поэтому их активно используют при конструировании сложных электрических устройств.

Контрольные вопросы:

1. Назовите виды печатных плат

2. Назовите 2 способа создания печатных плат

3. Какой способ сейчас применяется в производстве?

4. Как изготавливаются многослойные печатные платы (МПП)?

5. Наибольшее количество слоев МПП

6. Материалы для изготовления гибких МПП

Печатные платы: назначение, основные характеристики, виды

Печатная плата – это пластина из материала, не проводящего электрический ток, с расположенной на ней (или в объеме) электросхемой из электрических цепей. Основное назначение данной пластины – механическое или электрическое соединение электронных элементов какого-либо устройства или механизма. В большинстве случаев такие элементы соединяются с рисунком печатной платы посредством обычной пайки.

В отличие от навесного монтажа электрических схем, который производится в большинстве случаев вручную, печатная плата является более сложным компонентом, большая часть элементов которой создается механизированным способом. При этом рисунок на плате выполнен из фольги и расположен на твердой надежной основе из диэлектрика.

Виды печатных плат

В зависимости от материала основы и количества слоев проводящего рисунка печатные платы делятся на несколько видов:

• Односторонние

Все проводящие элементы таких плат расположены на одной стороне. Металлизация возможна, но с ней стоимость такого элемента станет сравнима с двухсторонним, поэтому в большинстве случаев это нецелесообразно. Главное достоинство таких плат – высокая точность рисунка и сравнительно невысокая стоимость, при этом ее характеристик достаточно для несложных бытовых приборов. Однако недостатки у данного вида тоже есть: недостаточная надежность и долговечность, а также плохое закрепление элементов на плате, из-за чего со временем они могут отслаиваться.

• Двухсторонние

Особенность двухсторонних печатных плат – рисунок нанесен с обеих сторон элемента. При этом различают платы с неметаллизированными и металлизированными отверстиями. Первый тип по своим свойствам и структуре похож на простейшие односторонние платы, выгодное отличие – возможность компактнее располагать компоненты на плате, благодаря чему уменьшается объем собираемого устройства. Недостаток данного типа – технически сложная передача электричества между разными сторонами элемента. При этом соединение происходит посредством пайки или устройства специальных металлических перемычек. Такое устройство не является надежным, поэтому в большинстве случаев используется при изготовлении макетов будущих сложных устройств или в любительском конструировании электронных деталей.

Металлизированные же платы – это элементы, отверстия для соединения слоев которых металлизированы, то есть покрыты тонким слоем фольги для увеличения прочности без потери качества передачи данных. При этом компактность расположения элементов на плате сохраняется, поэтому в настоящее время при производстве несложных радиоэлектронных устройств и механизмов используются именно двухсторонние металлизированные платы.

• Многослойные

Многослойные платы – отличное решение для изготовления сложных устройств, в которых требуется высокая плотность установки соединяемых на плате элементов, причем количество слоев и рисунок напрямую зависит от назначения платы. Элементы крепятся на двух сторонах платы, а электрические схемы внутри нее служат для их соединения друг с другом посредством сложных переходов через межслойные отверстия. Наибольшее количество слоев такой платы – 32, при этом достигается максимальная плотность монтажа элементов без потери надежности их соединения.

• Гибкие

Гибкие печатные платы могут быть однослойными, двухслойными или многослойными в зависимости от назначения. Они представляют собой тонкие пластины из гибкого материала рекордно маленькой толщины. Они предназначены для соединения отдельных элементов устройств, а так же могут служить заменой кабелю. Довольно легко в процессе монтажа немного менять их форму, поэтому гибкие платы – отличное решение для установки в труднодоступных местах. Кроме того, они подходят для установки в сложных климатических условиях, так как имеют расширенный диапазон рабочих температур.

• Гибко-жесткие

По конструкции они напоминают обычные гибкие платы, однако имеют усиление с тыльной стороны в некоторых местах для обеспечения максимальной надежности.

Рисунок - Структура многослойной гибкой платы.