Grundlagen der Leiterplatte

Was ist PCB?

PCB ist eine kupferlaminierte und nicht leitende Leiterplatte, bei der alle elektrischen und elektronischen Komponenten in einer gemeinsamen Platine miteinander verbunden sind und alle Komponenten mit Platinenbasis physisch unterstützt werden. Wenn keine Leiterplatte entwickelt wird, werden zu diesem Zeitpunkt alle Komponenten mit einem Draht verbunden, der die Komplexität erhöht und die Zuverlässigkeit der Schaltung verringert. Auf diese Weise können wir keine sehr große Schaltung wie eine Hauptplatine herstellen. In der Leiterplatte sind alle Komponenten ohne Kabel verbunden, alle Komponenten sind intern verbundenDies reduziert die Komplexität des gesamten Schaltungsdesigns. PCB wird verwendet, um Strom und Konnektivität zwischen den Komponenten bereitzustellen, wodurch es so funktioniert, wie es entworfen wurde. Leiterplatten können für alle Spezifikationen an die Benutzeranforderungen angepasst werden. Es kann in vielen elektronischen Geräten wie gefunden werden; TV, Mobile, Digitalkamera, Computer Teile wie; Grafikkarten, Motherboard usw. Es wird auch in vielen Bereichen wie verwendet; Medizinprodukte, Industriemaschinen, Automobilindustrie, Beleuchtung usw.

Arten von Leiterplatten:

Für die Schaltung stehen verschiedene Arten von Leiterplatten zur Verfügung. Aus diesen Leiterplattentypen müssen wir den für unsere Anwendung geeigneten Leiterplattentyp auswählen.

Einschichtige Leiterplatte
Doppelschicht-Leiterplatte
Mehrschichtige Leiterplatte
Flexible Leiterplatte
Leiterplatte mit Aluminiumrücken
Flex-starre Leiterplatte

1) Einschichtige Leiterplatte:

Eine einschichtige Leiterplatte wird auch als einseitige Leiterplatte bezeichnet. Diese Art von Leiterplatte ist einfach und wird am häufigsten verwendet, da diese Leiterplatten einfach zu konstruieren und herzustellen sind. Eine Seite dieser Leiterplatte ist mit einer Schicht aus einem beliebigen leitenden Material beschichtet. Im Allgemeinen wird Kupfer als leitendes Material für Leiterplatten verwendet, da Kupfer sehr gute leitende Eigenschaften aufweist. Eine Schicht Lötmaske schützt die Leiterplatte vor Oxidation, gefolgt von einem Siebdruck, um alle Komponenten auf der Leiterplatte zu markieren. Bei dieser Art von Leiterplatte wird nur eine Seite der Leiterplatte verwendet, um verschiedene Arten von elektrischen oder elektronischen Komponenten wie Widerstand, Kondensator, Induktivität usw. zu verbinden. Diese Komponenten sind verlötet. Diese Leiterplatten werden in kostengünstigen und Massenfertigungsanwendungen wie Taschenrechnern, Funkgeräten, Druckern und dem Solid-State-Laufwerk verwendet.

2) Doppelschichtplatine:

Doppelschicht-Leiterplatten werden auch als doppelseitige Leiterplatten bezeichnet. Wie der Name schon sagt, wird bei dieser Art von Leiterplatte eine dünne Schicht aus leitendem Material wie Kupfer sowohl auf die Ober- als auch auf die Unterseite der Leiterplatte aufgebracht. In PCB bestehen auf unterschiedlichen Leiterplatten durch, die zwei Pads in entsprechender Position auf unterschiedlichen Schichten aufweisen. Diese sind elektrisch durch ein Loch durch die Platine verbunden, das in Abbildung 2b dargestellt ist. Flexibler, relativ kostengünstiger und der wichtigste Vorteil dieser Art von Leiterplatte ist ihre reduzierte Größe, die die Schaltung kompakt macht. Diese Art von Leiterplatte wird hauptsächlich in industriellen Steuerungen, Wandlern, USV-Systemen, HLK-Anwendungen, Telefon-, Verstärker- und Leistungsüberwachungssystemen verwendet.

3) Mehrschichtplatine:

Mehrschichtige Leiterplatten bestehen aus mehr als zwei Schichten. Dies bedeutet, dass dieser PCB-Typ mindestens drei leitende Kupferschichten aufweist. Zur Sicherung der Platine wird Klebstoff zwischen die Isolierschicht eingelegt, um sicherzustellen, dass die überschüssige Wärme keine Komponente des Stromkreises beschädigt. Diese Art der Leiterplattenkonstruktion ist sehr komplex und wird bei sehr komplizierten und großen elektrischen Aufgaben auf engstem Raum und in kompakten Schaltkreisen eingesetzt. Diese Art von Leiterplatte wird in großen Anwendungen wie GPS-Technologie, Satellitensystem, medizinischen Geräten, Dateiserver und Datenspeicherung verwendet.

4) Flexible Leiterplatte:

Flexible Leiterplatten werden auch als Flex-Schaltungen bezeichnet. Diese Art von Leiterplatte verwendete flexibles Kunststoffmaterial wie Polymid, PEEK (Polyetheretherketon) oder transparente leitfähige Polyesterfolie. Die Leiterplatte wird im Allgemeinen gefaltet oder verdreht eingelegt. Dies ist ein sehr komplexer PCB-Typ, der auch verschiedene Schichten wie einseitige Flexschaltung, doppelseitige Flexschaltung und mehrseitige Flexschaltung enthält. Flex-Schaltungen werden in organischen Leuchtdioden, in der LCD-Fertigung, in flexiblen Solarzellen, in der Automobilindustrie, in Mobiltelefonen, in Kameras und in komplexen elektronischen Geräten wie Laptops verwendet.

5) Starre Leiterplatte:

Starre Leiterplatten bestehen aus festem Material, das ein Verdrehen der Leiterplatte verhindert. Wie die flexible Leiterplatte hat auch die starre Leiterplatte unterschiedliche Schichtkonfigurationen wie Einzelschicht-, Doppelschicht- und mehrschichtige starre Leiterplatten. Die Form dieser Platine ändert sich nach der Installation nicht. Diese Platine kann nicht entsprechend der Form der Basis gebogen werden, weshalb diese Platine als RIGID PCB bezeichnet wird. Die Lebensdauer dieses PCB-Typs ist sehr hoch, daher wird dies in vielen Teilen des Computers wie RAM, GPU und CPU verwendet. Einfach im Design und die am häufigsten verwendete und am häufigsten hergestellte Leiterplatte ist eine einseitige starre Leiterplatte. Mehrschichtige starre Leiterplatten können kompakter sein, indem sie 9-10 Schichten enthalten.

6) Flex-starre Leiterplatte:

Die Kombination aus flexibler Schaltung und starrer Schaltung ist die wichtigste Platine. Flex-starre Platten bestehen aus mehreren Schichten flexibler Leiterplatten, die an einer Reihe starrer Leiterplattenschichten befestigt sind. Flex-starre Platte ist wie in Abbildung gezeigt. Es wird in Mobiltelefonen, Digitalkameras und Automobilen usw. verwendet.

Arten von Leiterplatten nach Montagesystem

Durchgangsplatine
Aufputzplatine

1) Durchgangsplatine:

Bei dieser Art von Leiterplatte müssen wir mit einem Bohrer auf der Leiterplatte ein Loch bohren. In diesen Löchern werden Kabel von Bauteilen montiert und an Pads gelötet, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte befinden. Diese Technologie ist am nützlichsten, da sie elektrische Komponenten mechanischer unterstützt und eine sehr zuverlässige Technologie für die Montage von Komponenten bietet. Durch Bohren in Leiterplatten wird sie jedoch teurer. Bei einschichtigen Leiterplatten ist diese Montagetechnologie einfach zu implementieren, bei doppelschichtigen und mehrschichtigen Leiterplatten ist es jedoch schwieriger, ein Loch herzustellen.

2) Aufputzplatine:

Bei diesem Leiterplattentyp sind die Komponenten klein, da diese Komponenten ein sehr kleines Kabel haben oder für die Montage auf der Platine keine Kabel erforderlich sind. Hier werden bei dieser Technologie SMD-Komponenten direkt auf der Oberfläche der Platine montiert und müssen kein Loch in die Platine bohren.

Verschiedene Teile der Leiterplatte:

Pad: Pad ist nichts anderes als ein Stück Kupfer, auf dem Kabel von Bauteilen montiert sind und auf dem gelötet wird. Das Pad bietet die mechanische Unterstützung für die Komponenten.

Trace: In PCB werden Komponenten nicht mit Hilfe von Drähten verbunden. Alle Komponenten sind mit einem leitenden Material wie Kupfer verbunden. Dieser Kupferteil der Leiterplatte, mit dem alle als Trace bezeichneten Komponenten verbunden werden. Die Spur sieht wie in der folgenden Abbildung aus.

Schichten: Je nach Anwendung, Kosten und verfügbarem Platz auf der Schaltung kann der Benutzer die Schicht der Leiterplatte auswählen. Am einfachsten im Aufbau, am einfachsten zu entwerfen und am nützlichsten in der Routine ist die einschichtige Leiterplatte. Für sehr große und komplexe Schaltungen wird jedoch eine Doppelschicht-Leiterplatte oder eine Mehrschicht-Leiterplatte gegenüber einer Einzelschicht-Leiterplatte am meisten bevorzugt. Heute können auf mehrschichtigen Leiterplatten 10 bis 12 Schichten verbunden werden. Am wichtigsten ist die Kommunikation zwischen den Komponenten in verschiedenen Schichten.

Seidenschicht: Die Seidenschicht wird zum Drucken von Linien, Texten oder anderen Kunstwerken auf die Oberfläche von Leiterplatten verwendet. Normalerweise wird für den Siebdruck Epoxidtinte verwendet. Die Seidenschicht kann in der oberen und / oder unteren Schicht der Leiterplatte gemäß den Benutzeranforderungen verwendet werden, die als Siebdruck oben und Siebdruck unten bekannt sind.

Obere und untere Schicht: In der oberen Schicht der Leiterplatte sind alle Komponenten in dieser Schicht der Leiterplatte montiert. Im Allgemeinen ist diese Schicht grün gefärbt. In der unteren Leiterplattenschicht werden alle Komponenten durch das Loch gelötet, und das Blei der Komponenten wird als untere Leiterplattenschicht bezeichnet. Irgendwann wird die Leiterplatte in der oberen und / oder unteren Schicht mit einer grünen Farbschicht beschichtet, die als Lötmaske bekannt ist.

Lötmaske: Auf der Kupferschicht befindet sich eine zusätzliche Schicht, die als Lötmaske bezeichnet wird. Diese Schicht hat im Allgemeinen eine grüne Farbe, kann aber jede Farbe haben. Diese Isolierschicht dient dazu, einen versehentlichen Kontakt von Pads mit anderen leitfähigen Materialien auf Leiterplatten zu verhindern.

PCB-Materialien:

Das Hauptelement ist ein dielektrisches Substrat, das starr oder flexibel ist. Dieses dielektrische Substrat wird mit leitendem Material wie Kupfer verwendet. Als dielektrisches Material werden die Glas-Epoxid-Laminate oder Verbundmaterialien verwendet.

1) FR4:

FR steht für FIRE RETARDENT. Für alle Arten der Leiterplattenherstellung ist FR4 das am häufigsten verwendete glaslaminierte Material. FR4 basiert auf gewebten Glas-Epoxid-Verbindungen und ist ein Verbundwerkstoff, der am nützlichsten ist, da er eine sehr gute mechanische Festigkeit bietet.

FR4	Glasübergangstemp.
Standard	130	Am häufigsten und am weitesten verbreitet Am billigsten
Mit höherer Glasübergangstemperatur	170-180	Kompatibel mit der bleifreien Reflow-Technologie
Halogen frei	- -	Kompatibel mit der bleifreien Reflow-Technologie

2) FR-1 und FR-2:

Dieses Material besteht aus Papier und Phenolverbindungen und dieses Material wird nur für einschichtige Leiterplatten verwendet. Sowohl FR1 als auch FR2 haben ähnliche Eigenschaften, der einzige Unterschied ist die Glasübergangstemperatur. FR1 hat im Vergleich zu FR2 eine höhere Glasübergangstemperatur. Diese Materialien sind auch unterteilt in Standard, halogenfrei und nicht hydrophob.

3) CEM-1:

Dieses Material besteht aus Papier und zwei Schichten gewebter Glas-Epoxid- und Phenolverbindungen. Dieses Material wird nur für einseitige Leiterplatten verwendet. CEM-1 kann anstelle von FR4 verwendet werden, aber der Preis für CEM1 ist höher als für FR4.

4) CEM-3:

Dieses Material ist eine weiß gefärbte Glas-Epoxid-Verbindung, die hauptsächlich in Doppelschicht-Leiterplatten verwendet wird. CEM-3 hat im Vergleich zu FR4 eine geringere mechanische Festigkeit, ist jedoch billiger als FR4. Dies ist also eine gute Alternative zu FR4.

5) Polyimid:

Dieses Material wird in flexiblen Leiterplatten verwendet. Dieses Material besteht aus Keepon, Rogers, Dupont. Dieses Material hat gute elektrische Eigenschaften, Glückseligkeit, einen weiten Temperaturbereich und eine hohe chemische Beständigkeit. Die Arbeitstemperatur dieses Materials beträgt -200 ° C bis 300 ° C.

6) Prepreg:

Prepreg bedeutet vorimprägniert. Es ist eine mit Harz imprägnierte Glasfaser. Diese Harze werden vorgetrocknet, so dass sie beim Erhitzen fließen, haften bleiben und vollständig eingetaucht sind. Prepreg hat eine Klebeschicht, die eine ähnliche Festigkeit wie FR4 ergibt. Es gibt viele Versionen dieses Materials nach Harzgehalt, SR-Standardharz, MR-Mediumharz und HR-Hochharz. Dies wird entsprechend der erforderlichen Dicke, Schichtstruktur und Impedanz gewählt. Dieses Material ist auch in hoher Glasübergangstemperatur und halogenfrei erhältlich.

PCB-Design-Software:

Im Folgenden finden Sie einige der beliebtesten PCB-Design-Software. Weitere Informationen zu dieser PCB-Design-Software finden Sie hier.

Adler:

EAGLE ist die beliebteste und einfachste Methode zum Entwerfen von Leiterplatten. EAGLE steht für Easy Applicable Graphical Layout Editor, das zuvor von CadSoft Computer entwickelt wurde und derzeit von Autodesk als Entwickler dieser Software entwickelt wird. Für die Gestaltung des Schaltplans verfügt EAGLE über einen Schaltplaneditor. Die Dateierweiterung EAGLE ist.SCH und verschiedene Teile und Komponenten sind in der Erweiterung.LBR definiert. Die Board-Dateierweiterung lautet.BRD.

Multisim:

Multisim ist auch eine sehr leistungsfähige und einfach zu lernende Software. Das ursprünglich von Electronics Workbench entwickelte Produkt ist jetzt eine Abteilung von National Instruments (NI). Es enthält eine Mikrocontrollersimulation (MultiMCU) und integrierte Import-Export-Funktionen für die PCB-Layout-Software. Diese Software ist in der akademischen und auch in der Industrie für die Schaltungsausbildung weit verbreitet.

EasyEDA:

EasyEDA ist eine Software, mit der Schaltungen entworfen und simuliert werden. Diese Software ist ein integriertes Tool für die schematische Erfassung und SPICE-Schaltungssimulation, basierend auf dem Ngspice- und PCB-Layout. Der wichtigste Vorteil dieser Software ist, dass es sich um eine webbasierte Software handelt, die im Browserfenster verwendet wird. Diese Software ist also unabhängig vom Betriebssystem.

Altium Designer:

Diese Software wurde vom australischen Softwareunternehmen Altium Limited entwickelt. Das Hauptmerkmal dieser Software ist die schematische Erfassung, das 3D-PCB-Design, die FPGA-Entwicklung und das Release / Datenmanagement. Dies ist die erste Software, die eine 3D-Visualisierung und Freigabeprüfung von Leiterplatten direkt über den Leiterplatteneditor bietet.

KiCad: Diese Software wurde von Jean-Pierre Charras entwickelt. Diese Software verfügt über Tools, mit denen BoM (Bill of Material), Bildmaterial und 3D-Ansicht der Leiterplatte sowie aller in der Schaltung verwendeten Komponenten erstellt werden können. In der Bibliothek dieser Software sind viele Komponenten verfügbar, und der Benutzer kann seine benutzerdefinierten Komponenten hinzufügen. Diese Software unterstützt viele menschliche Sprachen.

CircuitMaker: Diese Software wurde ebenfalls von Altium entwickelt. Der Schaltplaneditor dieser Software enthält die grundlegende Platzierung von Komponenten. Diese Software wird zum Entwerfen erweiterter Mehrkanal- und hierarchischer Schaltpläne verwendet. Der gesamte Schaltplan wird auf den Server hochgeladen und diese Dateien können von jedem angezeigt werden, sofern Sie ein CircuitMaker-Konto benötigen.