Схема печатной платы

Печатные платы представляют собой специальные пластины из диэлектрического материала, на которых размещаются цепи электронной схемы. Такая плата позволяет соединить различные электрические и механическое комплектующие схемы, чтобы обеспечить правильную работу всех ее компонентов. Детали проводящего рисунка соединяются между собой в соответствии с принципиальной схемой.

Основные виды и принцип изготовления плат

Наиболее распространенным материалом в производстве печатных плат является диэлектрическая плита – обычно для этого используется стеклотекстолит либо гетинакс. Основание может быть металлическим с диэлектрическим покрытием – такие платы изготавливают из анодированного алюминия. На диэлектрик наносится слой фольги в виде дорожек. Этот вариант чаще используется в силовых электрических установках, он обеспечивает наиболее эффективное отведение тепла.

Изготовление печатных плат осуществляется несколькими способами:

1. Односторонние платы. Такой вариант наиболее простой – проводники располагаются на одной поверхности и связываются дорожками. Они изготавливаются из фольги на медной основе. В результате на изделии образуется проводящий рисунок, соединяющий компоненты.
2. Двухсторонние. Их схема значительно сложнее, так как дорожки проходят с обеих сторон, а на самом материале платы выполняются сквозные отверстия для монтажа на устройства.
3. Многослойные платы повышенной сложности. На них образуется несколько слоев проводящего рисунка: они располагаются не только на обеих сторонах, но и во внутренних слоях. Это дает возможность разместить большое количество компонентов со сложной схемой соединения.

Многослойные печатные платы могут иметь до 24 и более слоев – это позволяет создавать управляющие элементы и контроллеры наиболее сложных устройств.

Электронные компоненты собираются в единую схему с помощью пайки – в результате этого процесса образуется прочное неразъемное соединение. Детали и припой подвергаются нагреву до определенной температуры: припой плавится и наносится на соединяемые элементы, и они прочно скрепляются между собой, образуя электропроводную цепь. В крупносерийном производстве активно используется штыревой монтаж, когда выводы компонентов проводятся через отверстия и припаиваются к контактным площадкам платы.

Материалы изготовления

В основном платы изготавливаются из стеклотекстолита FR4, его рабочий температурный диапазон составляет от -50 до +110 градусов по Цельсию. Диэлектрическая постоянная такого материала может колебаться от 3,8 до 4,5 – это зависит от марки производителя и некоторых других факторов. Если изделие предстоит применять в условиях высокого нагрева, то основой для него может стать высокотемпературный текстолит FR4 High Tg.

Если же плата должна быть рассчитана на очень высокий температурный уровень, то основа для ее изготовления должна быть из полиимида. Этот материал обладает повышенной электрической прочностью. Такие платы нередко применяются для производства электроники, военной техники, установок с использованием гидроаккумуляторов и т.д.

Если плата работает с цепями сверхвысокой частоты (СВЧ) более 2 ГГц, то для ее производства используются специальные СВЧ-материалы. Их выпускают такие изготовители, как Rogers, Alron и др. При выборе материала также учитывается волновое сопротивление, структура отверстий, стоимость и другие параметры.

Типы покрытия площадок для печатных плат

Самым распространенным типом покрытий остается олово-свинец. Такой припой выравнивается горячим воздухом и создает оптимальную площадку. Однако его использование ограничивается специальной директивой RoHS, которая уже получила широкое распространение в европейских странах. Свинец является токсичным веществом, поэтому его применение требуют ограничить по современным нормам экологии. Это вынуждает производителей создавать более совершенные покрытия для площадок печатных плат, в которых отсутствуют ядовитые вещества. Однако в России директива пока не принята, и припой из олова и свинца все еще широко применяется.

Для создания более ровной поверхности при сохранении хорошей паяемости применяют иммерсионное олово. Его единственным минусом можно назвать небольшой срок пригодности для паяния.

Если контакты разъемов при использовании печатной платы постоянно подвергаются трению, то для защиты их покрывают прочным слоем золота. Нижний слой выполняется из никеля, чтобы предотвратить диффузию слоя золота.

Дополнительные защитные покрытия

Поверхности, не используемые для паяния, оснащаются специальными покрытиями для увеличения срока использования:

1. Паяльная маска – специальный слой, предотвращающий попадание грязи на проводники и защищающий их от замыкания.
2. Маркировка – знаки, которые наносятся на поверхность шелкографическим или иным способом. Маркировка содержит информацию о производителе платы, ее отдельных компонентах или иные полезные сведения.
3. Отслаиваемая маска – изготавливается из резиноподобного вещества и наносится на оборотную сторону платы, чтобы защитить нужные участки от пайки. При необходимости она легко снимается.
4. Контактное покрытие из карбона – его используют на печатных платах клавиатур, чтобы обеспечить восприятие сигнала. Оно устойчиво к окислению, поэтому пригодно для длительной эксплуатации.
5. Резистивные графитовые элементы – могут использоваться как дополнительные резисторы, однако обладают невысокой точностью.
6. Контактные перемычки из серебра – применяются в качестве дополнительных проводников, если на самой плате недостаточно пространства для нанесения трасс.

Виды корпусов электронных компонентов платы

Для большинства печатных плат используются компоненты с тремя основными видами корпусов:

• Thru-Hole – корпусы, применяемые при сквозной установке. Выводы проводятся через монтажные отверстия. Компоненты такого типа устанавливаются на одной стороне и подвергаются пайке на противоположной;
• SMD / SMT – этот тип корпусов подходит для использования при поверхностной установке. Элементы могут монтироваться на обе стороны печатной платы и  паяются только на одной стороне. Их важное преимущество в более компактных размерах – с их помощью можно собирать небольшие платы с высокой сложностью схемы;
• BGA – такая аббревиатура расшифровывается буквально как «массив шариков». Корпус оснащается множеством выводов в виде миниатюрных шариков из припоя. Они помещаются на контактную площадку и подвергаются воздействию высокой температуры, в результате чего шарики плавятся, а поверхностное натяжение фиксирует компонент там, где он должен находиться. Компоненты, выполненные по технологии BGA, обеспечивают наибольший контакт, а за счет небольшого размера минимизируют помехи при передаче сигнала. В итоге увеличивается скорость обработки данных и улучшается тепловой контакт.

«Центр технического обеспечения и сервиса» поставляет современное оборудование, оснащенное сложными электрическими схемами. Современные измерительные приборы работают на основе приема и обработки цифровых сигналов, обеспечивая высокую точность измерений. Многослойные печатные платы предоставляют широкие возможности обработки информации.