Gedruckte Leiterplatte

PCB eines DVD -Players. PCBs können in anderen Farben hergestellt werden.

Teil einer 1984 Sinclair ZX -Spektrum Computerplatine, eine Leiterplatte, die die leitenden Spuren zeigt, Vias (Die Durchschnittswege zur anderen Oberfläche) und einige elektronische Komponenten, die mit der Durchläufungsmontage montiert sind.

A gedruckte Leiterplatte (PCB) oder gedruckte Kabelbrett (PWB) ist eine laminierte Sandwichstruktur von leitenden und isolierenden Schichten. PCBs haben zwei komplementäre Funktionen. Das erste ist zu Affix elektronische Bauteile an ausgewiesenen Orten auf den äußeren Schichten mittels von Löten. Die zweite besteht darin, zuverlässige elektrische Verbindungen (und auch zuverlässige offene Schaltkreise) zwischen den Anschlüssen der Komponente in kontrollierter Weise zu kontrolliert, die häufig als PCB -Design bezeichnet wird. Jede der leitenden Schichten ist mit einem Kunstwerksmuster von gestaltet Leiter (Ähnlich wie bei Drähten auf einer flachen Oberfläche), die elektrische Verbindungen auf dieser leitenden Schicht liefert. Ein weiterer Herstellungsprozess fügt hinzu Vias, durchlagen Löcher, die Verbindungen zwischen Schichten ermöglichen.

PCBs unterstützen mechanisch elektronische Bauteile Verwendung leitfähig Pads in der Form, die für die Annahme der Anschlüsse der Komponente ausgelegt ist, und sie mit Spuren, Flugzeugen und anderen Funktionen elektrisch verbinden geätzt von einem oder mehreren Blattschichten Kupfer laminiert auf und/oder zwischen Blattschichten von a nicht leitend Substrat.^[1] Komponenten sind im Allgemeinen gelötet auf die Leiterplatte, um sie sowohl elektrisch zu verbinden als auch mechanisch daran zu befestigen.

Gedruckte Leiterplatten werden in fast allen elektronischen Produkten verwendet. Alternativen zu PCBs umfassen Drahtverpackung und Punkt-zu-Punkt-Konstruktionbeide einmal beliebt, aber jetzt selten verwendet. PCBs erfordern zusätzliche Konstruktionsanstrengungen, um die Schaltung auszulegen, aber Herstellung und Montage können automatisiert werden. Elektronisches computergestütztes Design Software ist verfügbar, um einen Großteil der Layoutarbeit zu erledigen. Massenproduzierende Schaltungen mit PCBs sind billiger und schneller als bei anderen Kabelmethoden, da die Komponenten in einem Vorgang montiert und verkabelt werden. Eine große Anzahl von PCBs kann gleichzeitig hergestellt werden, und das Layout muss nur einmal erfolgen. PCBs können auch manuell in kleinen Mengen hergestellt werden, mit reduzierten Vorteilen.^[2]

PCBs können einseitig (eine Kupferschicht), doppelseitig (zwei Kupferschichten auf beiden Seiten einer Substratschicht) oder mehrschichtige (äußere und innere Kupferschichten, abwechselnd mit Substratschichten)) sein. Mehrschicht-PCBs ermöglichen eine viel höhere Komponentendichte, da Schaltungsspuren auf den inneren Schichten ansonsten den Oberflächenraum zwischen den Komponenten einnehmen würden. Der Anstieg der Popularität von mehrschichtigen PCBs mit mehr als zwei und insbesondere mit mehr als vier, war mit der Einführung von Kupferebenen gleichzeitig Oberflächenmontage -Technologie. Mehrschichtige PCBs machen jedoch Reparaturen, Analysen und Feldveränderungen von Schaltungen viel schwieriger und normalerweise unpraktisch.

Der Weltmarkt für bloße PCBs überstieg 2014 über 60,2 Milliarden US -Dollar^[3] und wird voraussichtlich bis 2024 79 Milliarden US -Dollar erreichen.^[4][5]

Überblick

Eine grundlegende PCB besteht aus einem flachen Blatt Isoliermaterials und einer Schicht von Kupfer vereiteln, zum Substrat laminiert. Chemische Radierung unterteilt das Kupfer in separate leitende Linien, die als Spuren bezeichnet werden oder Schaltungsspuren, Pads für Verbindungen, VIAS, um Verbindungen zwischen Kupferschichten und Merkmalen wie feste leitfähige Bereiche für zu bestehen elektromagnetische Abschirmung oder andere Zwecke. Die Tracks fungieren als an Ort und Stelle festgelegte Drähte und werden durch Luft- und Board -Substratmaterial voneinander isoliert. Die Oberfläche einer PCB kann eine Beschichtung haben, die das Kupfer vor schützt Korrosion und reduziert die Chancen von Lötmitteln kurze Hose zwischen Spuren oder unerwünschtem elektrischem Kontakt mit streunenden Kabel. Für seine Funktion bei der Vorbeugung von Löthorts wird die Beschichtung als Lötresist oder Lötmaske bezeichnet.

Eine gedruckte Leiterplatte kann mehrere Kupferschichten haben, die fast immer paarweise angeordnet sind. Die Anzahl der Schichten und die zwischen ihnen entworfene Verbindung (VIAS, PTHS) liefern eine allgemeine Schätzung der Komplexität des Boards. Die Verwendung von mehr Schichten ermöglicht mehr Routing -Optionen und eine bessere Kontrolle der Signalintegrität, ist jedoch auch zeitaufwändig und kostspielig. Ebenso ermöglicht die Auswahl der VIAS für die Platine auch eine Feinabstimmung der Boardgröße, die Entkommen von Signalen aus komplexen ICs, Routing und langfristige Zuverlässigkeit, ist jedoch eng mit der Produktionskomplexität und den Kosten der Produktion verbunden.

Eines der einfachsten Boards für die Herstellung ist das zweischichtige Board. Es hat Kupfer auf beiden Seiten, die als externe Schichten bezeichnet werden. Multi -Layer -Boards Sandwich zusätzliche interne Kupfer- und Isolierschichten. Nach zweischichtigen PCBs ist der nächste Schritt die vierschichtige. Die vier Schichtplatte fügt in den internen Schichten deutlich mehr Routing -Optionen im Vergleich zur beiden Schichtplatte hinzu, und häufig wird ein Teil der internen Schichten als verwendet als Erdungsebene oder Leistungsebene, um eine bessere Signalintegrität, höhere Signalfrequenzen, niedrigere EMI und eine bessere Entkopplung der Stromversorgung zu erzielen.

"Durch Loch" werden Bestandteile durch ihre Drahtleitungen montiert, die durch das Brett fahren und auf der anderen Seite zu Spuren gelötet werden. Die Komponenten der "Oberflächenhalterung" werden durch ihre Leitungen an Kupferspuren auf derselben Seite der Platine befestigt. Ein Board kann beide Methoden zur Montagekomponenten verwenden. PCBs mit nur durchlöchern montierten Komponenten sind jetzt ungewöhnlich. Oberflächenmontage wird für verwendet Transistoren, Dioden, IC -Chips, Widerständeund Kondensatoren. Durch einige große Komponenten wie das Durchloch-Befestigen können wie beispielsweise verwendet werden Elektrolytkondensator und Anschlüsse.

Das Muster, das in jede Kupferschicht einer PCB eingraviert werden soll, wird als "Kunstwerk" bezeichnet. Das Ätzen wird normalerweise mit Verwendung durchgeführt Photoresist das auf die PCB überzogen und dann dem im Muster des Kunstwerks projizierten Lichts ausgesetzt ist. Das Resist -Material schützt das Kupfer vor Auflösung in die Ätzlösung. Das geätzte Brett wird dann gereinigt. Ein PCB-Design kann auf ähnliche Weise wie die Art und Weise in Massenproduktion reproduziert werden Fotos kann Massenduklinierung von Filmnegative Verwendung einer Fotografischer Drucker.

In mehrschichtigen Boards werden die Materialebenen in einem abwechselnden Sandwich zusammen Laminiert: Kupfer, Substrat, Kupfer, Substrat, Kupfer usw.; Jede Kupferebene ist geätzt, und alle internen Vias (die sich nicht auf beide äußeren Oberflächen der fertigen Mehrschichtplatine erstrecken) werden durch die Lamination der Schichten übertroffen. Nur die äußeren Schichten müssen beschichtet werden; Die inneren Kupferschichten sind durch die benachbarten Substratschichten geschützt.

FR-4 Glas Epoxid ist das häufigste Isoliersubstrat. Ein anderes Substratmaterial ist Baumwollpapier imprägniert mit Phenolharzoft braun oder braun.

Wenn eine Leiterplatte keine Komponenten installiert hat, wird es weniger mehrdeutig als a genannt gedruckte Kabelbrett (PWB) oder geätzte Kabelbrett. Der Begriff "gedruckter Kabelbrett" ist jedoch nicht ausgebraucht. Eine mit elektronische Komponenten besiedelte Leiterplatte wird als a genannt gedruckte Schaltungsbaugruppe (PCA), Leiterplattenbestückung oder Leiterplattenmontage (PCBA). In informeller Verwendung bedeutet der Begriff "gedruckte Leiterplatte" am häufigsten "gedruckte Schaltungsbaugruppe" (mit Komponenten). Das IPC bevorzugte Laufzeit für eine versammelte Karte ist Leiterkartenbaugruppe (CCA),^[6] und für einen versammelten Backplane es ist Backplane -Baugruppe. "Karte" ist ein weiterer weit verbreiteter informeller Begriff für eine "gedruckte Schaltungsmontage". Zum Beispiel, Erweiterungskarte.

Eine PCB kann mit einer Legende gedruckt werden, die die Komponenten, den Testpunkte oder den identifizierenden Text identifiziert. Ursprünglich, Siebdruckdruck wurde für diesen Zweck verwendet, aber heute werden in der Regel andere, feinere Qualitätsdruckmethoden verwendet. Normalerweise wirkt sich die Legende nicht auf die Funktion einer PCBA aus.

Gedruckte Leiterplatten wurden als Alternative zu ihrer typischen Verwendung für elektronische und Biomedizintechnik Dank der Vielseitigkeit ihrer Schichten, insbesondere der Kupferschicht. PCB -Schichten wurden verwendet, um Sensoren wie kapazitive Drucksensoren und Beschleunigungsmesser, Aktuatoren wie Mikroverfahren und Mikrohäfer sowie Plattformen von Sensoren und Aktuatoren für zu Labor-on-a-Chip (Loc) zum Beispiel zur Ausführung Polymerase Kettenreaktion (PCR) und Brennstoffzellen, um nur einige zu nennen.^[7]

Breakout-Board

Eine minimale PCB für eine einzelne Komponente, verwendet für Prototyp entwickeln, heißt a Breakout-Board. Der Zweck eines Breakout -Boards besteht darin, die Leads einer Komponente in separaten Klemmen auszubrechen, damit manuelle Verbindungen leicht herstellen können. Breakout-Boards werden speziell für Oberflächenmontierungskomponenten oder Komponenten mit feiner Lead-Tonhöhe verwendet.

• 

  Ein Breakout -Board kann eine Verbindung zwischen zwei inkompatiblen Anschlüssen ermöglichen.

• 

  Dieses Breakout -Board erlaubt eine SD-KarteDie Stifte, die leicht zugegriffen werden müssen, während die Karte dennoch heiß gepackt wird.

• 

  Mit einem Breakout -Board kann ein Modul (in diesem Fall ein Bluetooth -Modul) größere Stifte haben.

Fortgeschrittene PCBs können Komponenten enthalten, die in das Substrat eingebettet sind, z. B. Kondensatoren und integrierte Schaltungen, um die Menge an Platz zu verringern, die von Komponenten auf der Oberfläche der PCB einbezogen werden und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften verbessern.^[8]

Eigenschaften

Durchloch-Technologie

Resistenten durch Durchloch (Blei)

Die ersten PCBs verwendeten die Durchlochtechnologie und montierten elektronischen Komponenten von führt durch Löcher auf einer Seite des Bretts eingeführt und auf der anderen Seite auf Kupferspuren gelötet. Boards können einseitig mit einer nicht geschlossenen Komponentenseite oder kompakten doppelseitigen Brettern sein, wobei die Komponenten auf beiden Seiten gelötet werden. Die horizontale Installation von Durchläufteilen mit zwei axialen Leitungen (wie Widerständen, Kondensatoren und Dioden) erfolgt durch Biegung der Leads 90 Grad in die gleiche Richtung, wodurch das Teil in der Karte eingesetzt wird (häufig Biegeleitungen auf der Rückseite des Board in entgegengesetzte Richtungen, um die mechanische Festigkeit des Teils zu verbessern), die Leitungen zu löten und die Enden abzuschneiden. Leads können sein gelötet entweder manuell oder durch a Wellenlöten Maschine.^[9]

Die Durchlögelherstellung ergänzt die Boardkosten, indem viele Löcher genau gebohrt werden müssen, und begrenzt den verfügbaren Routing-Bereich für Signalspuren Auf Schichten unmittelbar unter der oberen Schicht auf mehrschichtigen Brettern müssen die Löcher alle Schichten auf die gegenüberliegende Seite verlaufen. Sobald die Oberflächenmontage verwendet wurde, wurden kleine SMD-Komponenten nach Möglichkeit verwendet, wobei die durch die Oberflächenmontage aufgrund von Leistungsanforderungen oder mechanische Einschränkungen ungeeignete Komponenten nur von Komponenten unanständig groß ist oder mechanischer Spannung ausgesetzt sein kann, was die PCB beschädigen könnte (z. B. durch Heben des Kupfers von der Platineoberfläche).

Oberflächenmontechnologie

Oberflächenmontagekomponenten, einschließlich Widerstände, Transistoren und eine integrierte Schaltung

In den 1960er Jahren trat die Oberflächenmontechnologie auf, gewann in den frühen 1980er Jahren an Dynamik und wurde Mitte der neunziger Jahre weit verbreitet. Die Komponenten wurden mechanisch mit kleinen Metalllaschen oder Endkappen neu gestaltet, die direkt auf die PCB -Oberfläche gelötet werden konnten, anstelle von Drahtleitungen, die durch Löcher gelangen. Die Komponenten wurden viel kleiner und die Platzierung der Komponenten auf beiden Seiten der Platine wurden häufiger als bei der Durchschnittsmontage, was viel kleinere PCB-Baugruppen mit viel höheren Schaltungsdichten ermöglichte. Die Oberflächenmontage eignet sich gut für ein hohes Maß an Automatisierung, senkt die Arbeitskosten und erhöht die Produktionsraten im Vergleich zu Lochscheiben stark. Komponenten können auf Trägerbändern geliefert werden. Die Oberflächenmontagekomponenten können etwa ein Viertel bis ein Zehntel der Größe und des Gewichts von Durchlochkomponenten und passiven Komponenten viel billiger sein. Preise für Halbleiter jedoch Oberflächenmontagegeräte (SMDs) werden mehr durch den Chip selbst als das Paket bestimmt, mit geringem Preisvorteil gegenüber größeren Paketen und einigen kabellendeten Komponenten wie z. 1N4148 Kleinsignalschalterdioden sind tatsächlich signifikant billiger als SMD-Äquivalente.

Eine Platine in a Computermaus: Die Komponentenseite (links) und die gedruckte Seite (rechts)

Schaltungseigenschaften der PCB

Jede Spur besteht aus einem flachen, schmalen Teil der Kupfer Folie, der nach dem Ätzen bleibt. Es ist Widerstand, bestimmt durch ihre Breite, Dicke und Länge, muss für den Strom ausreichend niedrig sein, den der Leiter tragen wird. Kraft- und Bodenspuren müssen möglicherweise breiter sein als Signalspuren. In einer mehrschichtigen Platte kann eine ganze Schicht größtenteils solide Kupfer sein, um als a zu wirken Erdungsebene Für Abschirmung und Stromversuche. Zum Mikrowelle Schaltkreise, Übertragungsleitungen kann eingelegt werden eine planare Form wie zum Beispiel Stripline oder Microstrip mit sorgfältig kontrollierten Abmessungen, um eine konsistente zu gewährleisten Impedanz. In Funkfrequenz und schnellem Schaltkreisschaltungen Induktivität und Kapazität der gedruckten Leiterleiter werden zu erheblichen Schaltungselementen, die normalerweise unerwünscht sind; Umgekehrt können sie als bewusster Teil des Schaltungsdesigns verwendet werden, wie in Distributed-Element-Filter, Antennen, und Sicherungendie Notwendigkeit zusätzlicher diskreter Komponenten. HDI -PCBs (hohe Dichteverbindungen) haben Spuren und/oder VIAS mit einer Breite oder einem Durchmesser von unter 152 Mikrometern. ^[10]

Materialien

ROHS -konforme PCB

In vielen Ländern (einschließlich aller Europäischer Binnenmarkt Teilnehmer,^[11] das Vereinigtes Königreich,^[12] Truthahn, und China), Gesetzgebung beschränkt die Verwendung von führen, Cadmium und Merkur in elektrischen Geräten. In solchen Ländern verkaufte PCBs müssen daher Blei-Fertig-Herstellungsprozesse und ein Blei-freier Lötmittel verwenden, und angehängte Komponenten müssen selbst konform sein.^[13][14]

Laminate

Laminate werden durch Heilung unter Druck- und Temperaturschichten aus Stoff oder Papier mitheilt Thermoset Harz um ein integrales endgültiges Stück gleichmäßiger Dicke zu bilden. Die Größe kann bis zu 4 mal 8 Fuß (2,4 m) in Breite und Länge betragen. Variierende Stoffwebs (Fäden pro Zoll oder cm), Stoffdicke und Harzanteil werden verwendet, um die gewünschte endgültige Dicke zu erreichen und Dielektrikum Eigenschaften. Die verfügbare Standard-Laminatdicke sind in ANSI/IPC-D-275 aufgeführt.^[15]

Das verwendete Tuch oder das verwendete Fasermaterial, das Harzmaterial und das Tuch-zu Harz-Verhältnis bestimmen die Art des Laminats (FR-4, CEM-1, g-10 usw.) und daher die Eigenschaften des erzeugten Laminats. Wichtige Eigenschaften sind die Ebene, für die das Laminat ist feuerdämmend, das Dielektrizitätskonstante (e_r), das Verlusttangente (tan δ), die, die Zugfestigkeit, das Schiere Stärke, das Glasübergangstemperatur (T_g) und die Z-Achse Expansionskoeffizient (Wie viel ändert sich die Dicke mit der Temperatur).

Es gibt viele verschiedene Dielektrika, die ausgewählt werden können, um je nach Anforderungen der Schaltung unterschiedliche Isolierwerte bereitzustellen. Einige dieser Dielektrika sind Polytetrafluorethylen (Teflon), FR-4, FR-1, CEM-1 oder CEM-3. Bekannte Pre-Preg-Materialien, die in der PCB-Branche verwendet werden, sind FR-2 (Phenolte Baumwollpapier), FR-3 (Baumwollpapier und Epoxidwesen), FR-4 (gewebtes Glas und Epoxid), FR-5 (gewebtes Glas und Epoxy), FR-6 (Mattglas und Polyester), G-10 (gewebter Glas und Epoxid), CEM-1 (Baumwollpapier und Epoxid), CEM-2 (Baumwollpapier und Epoxid), CEM-3 (nicht gewebter Glas und Epoxid), CEM-4 (gewebtes Glas und Epoxid), CEM-5 (gewebtes Glas und Polyester). Wärmeausdehnung ist insbesondere mit wichtiger Überlegung Kugelgitteranordnung (BGA) und nackte Stanztechnologien sowie Glasfaser bieten die beste dimensionale Stabilität.

FR-4 ist bei weitem das heute gebräuchlichste Material. Der Board-Bestand mit einem ungeteilten Kupfer heißt "Kupferbekleidet Laminat".

Mit abnehmender Größe der Brettmerkmale und zunehmenden Frequenzen, kleine Nichthomogenitäten wie ungleichmäßige Verteilung von Glasfaser oder anderen Füllstoff, Dickenschwankungen und Blasen in der Harzmatrix und die damit verbundenen lokalen Variationen in der Dielektrizitätskonstante gewinnen an Bedeutung.

Schlüsselsubstratparameter

Die Circuitboard -Substrate sind normalerweise dielektrische Verbundwerkstoffe. Die Verbundwerkstoffe enthalten eine Matrix (normalerweise ein Epoxidharz) und eine Verstärkung (normalerweise ein gewebtes, manchmal nicht verwobener Glasfasern, manchmal sogar Papier), und in einigen Fällen wird ein Füllstoff zum Harz hinzugefügt (z. B. Keramik; Titanatkeramik kann verwendet werden die Dielektrizitätskonstante erhöhen).

Der Verstärkungstyp definiert zwei Hauptklassen von Materialien: gewebt und nicht gewebt. Gewebte Verstärkungen sind billiger, aber die hohe Dielektrizitätskonstante von Glas ist für viele höherfrequente Anwendungen möglicherweise nicht günstig. Die räumlich nicht homogene Struktur führt auch lokale Variationen der elektrischen Parameter aufgrund des unterschiedlichen Harz -Glass -Verhältnisses in verschiedenen Bereichen des Webmusters ein. Verstärkte Verstärkungen oder Materialien mit niedriger oder gar nichter Bewehrung sind teurer, aber für einige RF/Analog -Anwendungen besser geeignet.

Die Substrate sind durch mehrere Schlüsselparameter gekennzeichnet, hauptsächlich thermomechanisch (Glasübergangstemperatur, Zugfestigkeit, Schiere Stärke, Wärmeausdehnung), elektrisch (Dielektrizitätskonstante, Verlusttangente, Dielektrizitätspannung, Leckstrom, Tracking -Widerstand ...) und andere (z. B. Feuchtigkeitsabsorption).

Bei der Glasübergangstemperatur Das Harz in der Verbundheit wird weicher und erhöht die thermische Expansion signifikant; überschreiten t_g Üben Sie dann mechanische Überlastung auf die Board -Komponenten aus - z. die Gelenke und die Vias. Unter t_g Die thermische Ausdehnung des Harzes entspricht grob mit Kupfer und Glas, darüber wird erheblich höher. Während die Verstärkung und Kupfer das Board entlang der Ebene einschränken, projiziert praktisch alle Volumenerweiterungen die Dicke und belastet die durchliegenden Löcher. Wiederholtes Löten oder eine andere Ausstellung zu höheren Temperaturen kann zu einem Versagen der Beschichtung führen, insbesondere bei dickeren Brettern. Dicke Bretter erfordern daher eine Matrix mit einem hohen t_g.

Die verwendeten Materialien bestimmen die Dielektrizitätskonstante des Substrats. Diese Konstante hängt auch von der Frequenz ab und nimmt normalerweise mit der Frequenz ab. Da diese Konstante die bestimmt Signalausbreitungsgeschwindigkeit, Frequenzabhängigkeit führt eine Phasenverzerrung in Breitbandanwendungen ein. Da eine flache Dielektrizitätskonstante gegen Frequenzeigenschaften wie erreichbar ist, ist dies hier wichtig. Die Impedanz von Übertragungsleitungen nimmt mit Frequenz ab, daher spiegeln schnellere Kanten von Signalen mehr als langsamere.

Dielektrische Breakdown -Spannung bestimmt den maximalen Spannungsgradienten, dem das Material vor einem Durchbruch (Leitung oder Lichtbogen durch das Dielektrikum) ausgesetzt werden kann.

Der Verfolgungswiderstand bestimmt, wie das Material die elektrischen Hochspannungs -Entladungen widersetzt, die über die Platineoberfläche kriechen.

Der Verlusttangenten bestimmt, wie viel der elektromagnetischen Energie aus den Signalen in den Leitern im Brettmaterial absorbiert wird. Dieser Faktor ist für hohe Frequenzen wichtig. Niedrig-Verlustmaterialien sind teurer. Die Auswahl unnötig niedriger Verlustmaterial ist ein häufiger technischer Fehler beim digitalen Design mit hohem Frequenz. Es erhöht die Kosten der Boards ohne entsprechenden Nutzen. Signalabbau durch Verlusttangenten und Dielektrizitätskonstante kann leicht durch ein bewertet werden Augenmuster.

Feuchtigkeitsabsorption tritt auf, wenn das Material hoher Luftfeuchtigkeit oder Wasser ausgesetzt ist. Sowohl das Harz als auch die Verstärkung können Wasser aufnehmen; Wasser kann auch durch Kapillarkräfte durch Hohlräume in den Materialien und entlang der Verstärkung getränkt werden. Epoxids der FR-4-Materialien sind nicht zu anfällig, wobei nur 0,15%aufgenommen werden. Teflon hat eine sehr geringe Absorption von 0,01%. Polyimide und Cyanatester auf der anderen Seite leiden unter hoher Wasserabsorption. Absorbiertes Wasser kann zu einem signifikanten Abbau der Schlüsselparameter führen. Es beeinträchtigt den Verfolgungswiderstand, die Breakdown -Spannung und die dielektrischen Parameter. Die relative Wasserkonstante des Wassers beträgt ungefähr 73, verglichen mit etwa 4 für gemeinsame Leiterplattenmaterialien. Die absorbierte Feuchtigkeit kann sich auch beim Erhitzen wie beim Löten verdampfen und zu Rissen und Delaminierung führen.^[16] Der gleiche Effekt, der für "Popcorning" -Schaden bei nassen Verpackungen von elektronischen Teilen verantwortlich ist. Möglicherweise ist ein sorgfältiges Backen der Substrate erforderlich, um sie vor dem Löten zu trocknen.^[17]

Gemeinsame Substrate

Oft auf Materialien gestoßen:

• FR-2, Phenolpapier oder phenolisches Baumwollpapier, mit a imprägniertes Papier Phenolformaldehydharz. Häufig in Unterhaltungselektronik mit einseitigen Brettern. Elektrische Eigenschaften, die von FR-4 unterlegen sind. Schlechter Bogenwiderstand. Im Allgemeinen auf 105 ° C bewertet.
• FR-4, ein gewebtes Glasfaser mit einer imprägniertes Tuch Epoxidharz. Niedrige Wasserabsorption (bis zu 0,15%), gute Isolationseigenschaften, guter Bogenresistenz. Sehr gewöhnlich. Es stehen mehrere Klassen mit etwas unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung. Typischerweise auf 130 ° C bewertet.
• Aluminium, oder Metallkernbrett oder Isoliertes Metallsubstrat (IMS), mit thermisch leitfähigem dünnem Dielektrikum verkleidet - verwendet für Teile, die erhebliche Abkühlungsschalter und LEDs benötigen. Besteht aus normalerweise einzelner, manchmal doppelter Schicht -Dünnschaltungsplatine basierend auf z. FR-4, auf Aluminiumblech laminiert, üblicherweise 0,8, 1, 1,5, 2 oder 3 mm dick. Die dickeren Laminate werden manchmal auch mit dickerer Kupfermetallisation geliefert.
• Flexible Substrate - Kann eine eigenständige Kupferfolie sein oder zu einer dünnen Versteifung laminiert werden, z. 50-130 µm
  • Kapton oder UPILEX,^[18] a Polyimid vereiteln. Benutzt für Flexible gedruckte Schaltungen, in dieser Form in kleiner Form-Faktor-Verbraucherelektronik oder bei flexiblen Verbindungen. Resistent gegen hohe Temperaturen.
  • Pyralux, eine Polyimid-Fluoropolymer-Verbundfolie.^[19] Kupferschicht kann während des Lötens delaminieren.

Weniger offene Materials:

• FR-1, wie FR-2, typischerweise auf 105 ° C angegeben, einige Noten von 130 ° C. Zimmertemperatur polsterbar. Ähnlich wie Pappe. Schlechter Feuchtigkeitsbeständigkeit. Niedriger Bogenwiderstand.
• FR-3, Baumwollpapier mit Epoxidhaben imprägniert. Typischerweise auf 105 ° C bewertet.
• FR-5, gewebter Glasfaser und Epoxid, hohe Festigkeit bei höheren Temperaturen, typischerweise auf 170 ° C angegeben.
• FR-6, Mattglas und Polyester
• G -10, gewebter Glas und Epoxidhöhe - hohe Isolationsresistenz, niedrige Feuchtigkeitsabsorption, sehr hohe Bindungsfestigkeit. Typischerweise auf 130 ° C bewertet.
• G -11, gewebter Glas und Epoxidhöhe - hohe Resistenz gegen Lösungsmittel, hohe Biegefestigkeit bei hohen Temperaturen.^[20] Typischerweise auf 170 ° C bewertet.
• CEM-1, Baumwollpapier und Epoxid
• CEM-2, Baumwollpapier und Epoxid
• CEM-3, nicht gewebter Glas und Epoxid
• CEM-4, Gewebglas und Epoxid
• CEM-5, Gewebglas und Polyester
• Ptfe, ("Teflon") - teurer, niedriger dielektrischer Verlust für Hochfrequenzanwendungen, sehr niedrige Feuchtigkeitsabsorption (0,01%), mechanisch weich. Schwer zu laminieren, selten in mehrschichtigen Anwendungen eingesetzt.
• PTFE, Keramik gefüllt - teurer, niedriger dielektrischer Verlust für Hochfrequenzanwendungen. Variierender Keramik/PTFE -Verhältnis ermöglicht die Einstellung der Dielektrizitätskonstante und die thermische Expansion.
• RF-35, mit Glasfaser verstärkte mit Keramik gefüllte PTFE. Relativ günstigere, gute mechanische Eigenschaften, gute hochfrequente Eigenschaften.^[21][22]
• Aluminiumoxid, eine Keramik. Hart, spröde, sehr teuer, sehr hohe Leistung, gute thermische Leitfähigkeit.
• Polyimid, ein Hochtemperaturpolymer. Teuer, Hochleistungs. Höhere Wasserabsorption (0,4%). Kann von kryogenen Temperaturen bis über 260 ° C verwendet werden.

Kupferdicke

Kupferdicke von PCBs kann direkt oder als Kupfergewicht pro Fläche (in Unze pro Quadratfuß) angegeben werden, was leichter zu messen ist. Einer Unze pro Quadratfuß ist 1,344 mil oder 34 Mikrometerdicke. Schweres Kupfer ist eine Schicht, die mehr als drei Unzen Kupfer pro ft überschreitet²oder ungefähr 0,0042 Zoll (4,2 mil, 105 μm) dick. Starke Kupferschichten werden für hohen Strom verwendet oder um die Wärme abzulösen.

Auf den gemeinsamen FR-4-Substraten 1 oz Kupfer pro ft² (35 µm) ist die häufigste Dicke; 2 Unzen (70 µm) und 0,5 oz (17,5 µm) sind häufig eine Option. Weniger häufig sind 12 und 105 µm, 9 µm sind manchmal bei einigen Substraten verfügbar. Flexible Substrate haben typischerweise eine dünnere Metallisation. Metall-Core-Boards für Hochleistungsgeräte verwenden üblicherweise dickeres Kupfer. 35 µm sind üblich, aber auch 140 und 400 µm können auftreten.

In den USA wird eine Kupferfoliendicke in Einheiten von angegeben Unzen pro Quadratfuß (oz/ft²), üblicherweise einfach als als Unze. Häufige Dicken sind 1/2 oz/ft² (150 g/m²), 1 oz/ft² (300 g/m²), 2 oz/ft² (600 g/m²) und 3 oz/ft² (900 g/m²). Diese funktionieren in Dicken von 17,05 μm (0,67) du), 34,1 μm (1,34) du), 68,2 & mgr; m (2,68 Tho) bzw. 102,3 μm (4,02 Tho). 1/2 oz/ft² Folie wird nicht als fertiges Kupfergewicht verwendet, sondern für Außenschichten verwendet² Kupferfolie mit einer Dicke von 35 μm (kann auch als 35 μ, 35 bezeichnet werden Mikronoder 35 Mikrofon).

• 1/0 - bezeichnet 1 oz/ft² Kupfer eine Seite, ohne Kupfer auf der anderen Seite.
• 1/1 - bezeichnet 1 oz/ft² Kupfer auf beiden Seiten.
• H/0 oder H/H - bezeichnet 0,5 oz/ft² Kupfer auf einer oder beiden Seiten.
• 2/0 oder 2/2 - bezeichnet 2 oz/ft² Kupfer auf einer oder beiden Seiten.

Sicherheitszertifizierung (USA)

Sicherheitsstandard UL 796 deckt die Sicherheitsanforderungen für die Komponenten für gedruckte Kabelbretter zur Verwendung als Komponenten in Geräten oder Geräten ab. Testanalysen Merkmale wie Entflammbarkeit, maximal Betriebstemperatur, elektrische Verfolgung, Wärmeablenkung und direkte Unterstützung von lebenden elektrischen Teilen.

Entwurf

Ein Vorstand, das 1967 entworfen wurde; Die kehrenden Kurven in den Spuren sind ein Beweis für das Freihanddesign mit Klebeband

Anfänglich wurden PCBs manuell durch Erstellen von a entworfen Fotomaske klare Mylar Blatt, normalerweise bei zwei- oder viermal so großer Größe. Ausgehend von dem schematischen Diagramm wurden die Komponentenstiftpolster auf der Mylar angelegt und dann wurden Spuren geleitet, um die Pads zu verbinden. Reiben Trockentransfers von gemeinsamen Komponenten -Fußabdrücken erhöhte die Effizienz. Spuren wurden mit selbstklebendem Band gemacht. Vorgedruckte nicht reproduzierende Netze auf der Mylar assistierte im Layout. Das fertige Fotomask war photolithografisch reproduziert auf eine photoresistische Beschichtung auf den leeren kupferverkleideten Brettern.

Moderne PCBs sind in der Regel in den folgenden Schritten mit dedizierter Layout -Software ausgelegt:^[23][24]

1. Schematische Erfassung durch ein elektronische Designautomatisierung (Eda) Werkzeug.
2. Kartenabmessungen und Vorlagen werden basierend auf den erforderlichen Schaltkreisen und dem Gehäuse der PCB entschieden.
3. Die Positionen der Komponenten und Temperatur fällt werden bestimmt.
4. Der Schichtstapel der Leiterplatte wird je nach Komplexität entschieden, ein bis zehn Schichten. Boden und Machtebenen werden entschieden. Eine Leistungsebene ist das Gegenstück zu einer Grundebene und verhält sich als eine AC Signal modellieren während der auf der Leiterplatte montierten Schaltkreise DC -Leistung bereitstellen. Signalverbindungen werden auf Signalebenen verfolgt. Signalebenen können sowohl auf den äußeren als auch auf inneren Schichten sein. Für optimal EMI Hochfrequenzsignale der Leistung werden in internen Schichten zwischen Strom- oder Erdungsebenen weitergeleitet.^[25]
5. Linienimpedanz wird unter Verwendung einer dielektrischen Schichtdicke, der Routing Kupferdicke und der Spurenbreite bestimmt. Bei Differentialsignalen wird auch die Spurentrennung berücksichtigt. Microstrip, Stripline oder Dual Stripline kann verwendet werden, um Signale zu verhindern.
6. Komponenten werden platziert. Thermische Überlegungen und Geometrie werden berücksichtigt. Vias und Länder sind markiert.
7. Signalspuren sind Routed. Electronic Design Automation Tools erzeugen normalerweise automatisch Freigaben und Verbindungen in Strom- und Bodenebenen.
8. Herstellungsdaten bestehen aus einem Satz von Gerber -Dateien, eine Bohrdatei und eine Pick-and-Place-Datei.^[24]

Herstellung

Die PCB -Herstellung besteht aus vielen Schritten.

PCB CAM

Die Fertigung beginnt mit den Herstellungsdaten, die von generiert wurden, Computer unterstütztes Designund Komponenteninformationen. Die Herstellungsdaten werden in die CAM -Software (Computer Aided Manufacturing) gelesen. CAM führt die folgenden Funktionen aus:

1. Eingabe der Herstellungsdaten.
2. Überprüfung der Daten
3. Kompensation für Abweichungen in den Herstellungsprozessen (z. B. Skalierung zur Kompensation von Verzerrungen während der Laminierung)
4. Pensionierung
5. Ausgabe der digitalen Tools (Kupfermuster, Bohrdateien, Inspektion und andere)

Pensionierung

Für die Verarbeitung als Panel können mehrere kleindrucke Leiterplatten zusammengefasst werden. Ein Panel, das aus einem Design dupliziert ist n-Times wird auch als eine genannt n-Panel, während a Multi-Panel Kombiniert mehrere verschiedene Designs auf einem einzigen Panel. Der äußere Werkzeugstreifen enthält häufig Werkzeuglöcher, einen Satz von Panel -Genauigkeit, a Testkuponund kann einschließen geschlüpfter Kupfergieß oder ähnliche Muster für eine gleichmäßige Kupferverteilung über das gesamte Panel, um Biegen zu vermeiden. Die Assembler montieren häufig Komponenten auf Panels und nicht auf einzelnen PCBs, da dies effizient ist. Eine Distanzierung kann auch für Boards mit Komponenten in der Nähe einer Brettkante erforderlich sein, da die Platine sonst während der Montage nicht montiert werden konnte. Die meisten Montagegeschäfte benötigen einen kostenlosen Bereich von mindestens 10 mm rund um das Brett.

Das Panel wird schließlich in einzelnen PCBs entlang Perforationen oder Rillen im Panel unterteilt^[26] Durch Mahlen oder Schneiden. Bei gemahlenen Panels beträgt ein häufiger Abstand zwischen den einzelnen Boards 2 bis 3 mm. Heute wird das Depaneling oft von Lasern durchgeführt, die das Board ohne Kontakt schneiden. Laserdepaneling reduziert die Belastung der fragilen Schaltkreise und verbessert die Ausbeute an fehlerfreien Einheiten.

Kupfermuster

Der erste Schritt besteht darin, das Muster im CAM -System des Herstellers auf einer Schutzmaske auf den Kupferfolien -Leiterplattenschichten zu replizieren. Nachfolgender Ätzen entfernt das ungewollte Kupfer, das von der Maske ungeschützt ist. (Alternativ kann eine leitfähige Tinte in einer leeren (nicht leitenden) Tafel in Tintenverfolgung abgebrochen werden. Diese Technik wird auch bei der Herstellung von verwendet Hybridschaltungen.))

1. Seidens -Siebdruck Verwendet ätzungsbeständige Tinten, um die Schutzmaske zu erstellen.
2. PhotoEngraving Verwendet eine Fotomaske und einen Entwickler, um eine UV-sensitive Photoresist-Beschichtung selektiv zu entfernen und somit eine photoresistische Maske zu erstellen, die das darunter liegende Kupfer schützt. Direkte Bildgebungstechniken werden manchmal für hochauflösende Anforderungen verwendet. Experimente wurden mit thermischer Resist durchgeführt.^[27] Ein Laser kann anstelle einer Fotomaske verwendet werden. Dies ist bekannt als als Maskenlose Lithographie oder direkte Bildgebung.
3. PCB -Mahlen Verwendet ein mechanisches Fräsensystem von zwei oder drei Achsen, um die Kupferfolie aus dem Substrat zu entfernen. Eine PCB -Fräsmaschine (als "PCB -Prototyper" bezeichnet) arbeitet ähnlich wie a Plotter, Empfangen Sie Befehle aus der Host -Software, die die Position des Fräskopfs in X, Y und (falls relevant) Z -Achse steuert.
4. Laserresist -Ablation Sprühen Sie schwarze Farbe auf Kupferbeschwerte, legen Sie sie in CNC Laser -Plotter. Die Laser-Raster-Scans der PCB und die Ablate (verdampft) die Farbe, wo kein Widerstand gewünscht wird. (Hinweis: Die Laserkupferablation wird selten verwendet und wird als experimentell angesehen.^{[Klarstellung erforderlich]})
5. Laserätzen Das Kupfer kann direkt von einem CNC -Laser entfernt werden. Wie das obere PCB -Mahlen wird hauptsächlich für Prototypen verwendet.
6. EDM Radierung verwendet an elektrische Entladung um ein Metall aus einem in a eingetauchten Substrat zu entfernen Dielektrikumflüssigkeit

Die ausgewählte Methode hängt von der Anzahl der zu erzeugenden Boards und der erforderlichen Auflösung ab.

Großes Volumen

• Seidens -Siebdruck - verwendet für PCBs mit größeren Funktionen
• PhotoEngraving - verwendet, wenn feinere Funktionen erforderlich sind

Kleines Volumen

• Drucken Sie auf transparentes Film und verwenden Sie als Fotomaske zusammen mit fotosensibilisierten Brettern und ätzen dann. (Verwenden Sie alternativ einen Filmfotoplotter)
• Laserresist -Ablation
• PCB -Mahlen
• Laserätzen

Hobbyist

• Lasergedruckter Widerstand: Laserdruck auf Tonerübertragungspapier, Wärmeübertragung mit einem Eisen oder einem modifizierten Laminator auf nacktem Laminat, in Wasserbad einweichen, mit einem Marker und dann mit einem Ätzen einbinden.
• Vinylfilm und widerstehen Sie, nicht gewaschenen Marker, einige andere Methoden. Arbeitsintensiv, nur für Einzelbretter geeignet.

Subtraktive, additive und semi-additive Prozesse

Die beiden Verarbeitungsmethoden zur Herstellung eines doppelseitigen PWB mit Plattierlöchern

Subtraktive Methoden entfernen Kupfer aus einer vollständig kupferbeschichteten Platine, um nur das gewünschte Kupfermuster zu hinterlassen. In additiven Methoden ist das Muster elektropliert Auf ein bloßes Substrat mit einem komplexen Prozess. Der Vorteil der additiven Methode besteht darin, dass weniger Material benötigt wird und weniger Abfall erzeugt wird. Im vollständigen additiven Prozess ist das nackte Laminat mit einem photosensitiven Film bedeckt, der abgebildet ist (Licht durch eine Maske ausgesetzt und dann entwickelt, was den nicht exponierten Film beseitigt). Die exponierten Bereiche werden in einem Chemiebad sensibilisiert, das normalerweise Palladium enthält und dem für die Durchlagerung des Lochs verwendet wird, wodurch der exponierte Bereich in der Lage ist, Metallionen zu verbinden. Das Laminat wird dann in den sensibilisierten Bereichen mit Kupfer plattiert. Wenn die Maske abgezogen wird, ist die Leiterplatte fertig.

Semi-Additive ist das häufigste Prozess: Das ungeschickte Board hat bereits eine dünne Kupferschicht. Anschließend wird eine umgekehrte Maske angewendet. (Im Gegensatz zu einer subtraktiven Prozessmaske enthüllt diese Maske die Teile des Substrats, die letztendlich zu den Spuren werden.) Zusätzliches Kupfer wird dann in den entlarvten Bereichen auf die Platine plattiert. Kupfer kann auf ein gewünschtes Gewicht verteilt werden. Anschließend werden Zinn- oder andere Oberflächenplatten aufgetragen. Die Maske wird entfernt und ein kurzer Radschritt entfernt das inzwischen exponierte nackte ursprüngliche Kupferlaminat aus der Platine, das die einzelnen Spuren isoliert. Auf diese Weise werden einige einseitige Boards hergestellt, die durch die Löcher überzogen sind. General Electric In den späten 1960er Jahren wurden Verbraucher -Radio -Sets mit Additivplatten gemacht.

Der (semi-) Additivprozess wird üblicherweise für mehrschichtige Boards verwendet, da es die erleichtert Überzug-durch die Löcher zur Produktion leitend Vias in der Leiterplatte.

PCB -Kupferelektroplantenlinie im Prozess des Musterkupfers

PCBs im Prozess der Kupfermuster plattiert (beachten Sie den blauen trockenen Filmresist)

Chemische Ätzen

Chemische Ätzen wird normalerweise mit Ammonium Persulfat oder Eisenchlorid. Für PTH (plattierte Löcher) zusätzliche Schritte von elektrololessende Ablagerung werden nach dem Bohren der Löcher erledigt, dann wird Kupfer elektropliert, um die Dicke aufzubauen, die Bretter abgeschirmt und mit Zinn/Blei plattiert. Das Zinn/Blei wird zum Widerstand, als das nackte Kupfer weggeätzt wird.^[28]

Die einfachste Methode, die für die Produktion kleiner und häufig von Hobbyisten verwendet wird, ist das Eintauchen, bei dem das Board in Ätzlösung wie Eisenchlorid eingetaucht ist. Im Vergleich zu Methoden, die für die Massenproduktion verwendet werden, ist die Ätzzeit lang. Wärme und Aufregung können auf das Bad aufgetragen werden, um die Ätzrate zu beschleunigen. Beim Bubble -Ätzen wird Luft durch das Ätzmittelbad geleitet, um die Lösung zu bewegen und das Ätzen zu beschleunigen. Das Splash-Radfahren verwendet ein motorisches Paddel, um Bretter mit Ätzmittel; Das Verfahren ist kommerziell veraltet geworden, da es nicht so schnell ist wie Sprühätzchen. Beim Sprühätzchen wird die Ätzmittellösung durch Düsen über die Bretter verteilt und durch Pumpen recirculiert. Die Einstellung des Düsenmusters, der Durchflussrate, der Temperatur und des Ätzmittelzusammensetzung ergibt eine vorhersehbare Kontrolle über die Ätzrate und hohe Produktionsraten.^[29]

Da mehr Kupfer aus den Brettern konsumiert wird, wird das Ätzmittel gesättigt und weniger effektiv; Verschiedene Ätzmittel haben unterschiedliche Kapazitäten für Kupfer, wobei einige bis zu 150 Gramm Kupfer pro Liter Lösung. Im kommerziellen Gebrauch können Ästantente regeneriert werden, um ihre Aktivitäten wiederherzustellen, und das gelöste Kupfer erholt und verkauft. Das Ätzen in kleinem Maßstab erfordert die Aufmerksamkeit für die Entsorgung des Gebrauchsätzmittels, das aufgrund ihres Metallgehalts korrosiv und giftig ist.^[30]

Das Ätzmittel entfernt Kupfer auf allen Oberflächen, die nicht durch den Resist geschützt sind. "Unterkut" tritt auf, wenn das Ätzmittel die dünne Kupferkante unter dem Widerstand angreift; Dies kann die Leiterbreiten reduzieren und offene Kreislauf verursachen. Eine sorgfältige Kontrolle über die Ätzzeit ist erforderlich, um eine Unterschnitte zu verhindern. Wenn die Metallic-Beschichtung als Resist verwendet wird, kann es "Überhang" verwendet, was zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Spuren führen kann, wenn sie eng verteilt sind. Überhang kann nach dem Ätzen durch Drahtbrust der Platine entfernt werden.^[29]

Laminierung

Schneiden Sie ein SDRAM-Modul durch, eine mehrschichtige PCB. Beachten Sie das über, sichtbar wie ein helles, kupferfarbenes Band zwischen den oberen und unteren Schichten des Bretts.

Multi-Layer-gedruckte Leiterplatten haben Spurenschichten innerhalb der Platine. Dies wird erreicht, indem ein Materialstapel in einer Presse laminiert wird, indem Druck und Wärme für einen bestimmten Zeitraum ausgeübt werden. Dies führt zu einem untrennbaren One -Stück -Produkt. Beispielsweise kann eine Vierschicht-PCB durch Beginn eines zweiseitigen Kupferlaminats hergestellt werden, die Schaltkreise auf beiden Seiten ätzen und dann nach oben und unten vor der PREG- und Kupferfolie laminieren. Es wird dann wieder gebohrt, plattiert und erneut geätzt, um Spuren oben und unterer Schichten zu erhalten.^[31]

Die inneren Schichten erhalten vor der Laminierung eine vollständige Maschineninspektion, da Fehler danach nicht korrigiert werden können. AOI -Maschinen (Automatische optische Inspektion) vergleichen ein Bild der Karte mit dem digitalen Bild, das aus den ursprünglichen Entwurfsdaten generiert wird. Automatische Maschinen für optische Formungen (AOS) können dann mit einem Laser fehlendes Kupfer hinzufügen oder überschüssiges Kupfer entfernen, wodurch die Anzahl der zu verworfenen PCBs reduziert wird.^[32] PCB -Tracks können eine Breite von nur 10 Mikrometern haben.

Bohren

Ösen (hohl)

Löcher durch eine Platine werden typischerweise mit gebohrt Bohrbits aus soliden beschichtet Wolfram -Carbid. Beschichtetes Wolfram -Carbid wird verwendet, da die Boardmaterialien abrasiv sind. Hochgeschwindigkeitsstahlbits würden schnell stumpfen, das Kupfer riss und das Brett ruinierten. Die Bohrungen erfolgen durch computergesteuerte Bohrmaschinen mit a Bohrdatei oder Exzellente Datei Das beschreibt die Position und Größe jedes Bohrlochs.

Löcher können durch Elektroplatten oder Einfügen von Höhlen -Metall -Ösen leitend gemacht werden, um Brettschichten zu verbinden. Einige leitende Löcher sind für die Einführung von Durchleitungsleitungen vorgesehen. Andere, die verwendet wurden, um Brettschichten zu verbinden, werden genannt Vias.

Wenn VIAS mit einem Durchmesser von kleiner als 76,2 Mikrometern erforderlich ist, ist das Bohren mit mechanischen Bits aufgrund der hohen Verschleiß- und Bruchraten unmöglich. In diesem Fall können die vias sein Laser gebohrt–Verzahlung durch Laser. Lasergebohrte Vias weisen typischerweise eine minderwertige Oberfläche im Loch auf. Diese Löcher werden genannt Mikrovias und kann Durchmesser von nur 10 Mikrometern haben.^[33][34] Es ist auch möglich mit kontrollierte Tiefe Bohrungen, Laserbohrungen oder durch Vorbereitung der einzelnen Blätter der PCB vor der Lamination, um Löcher zu produzieren, die nur einige der Kupferschichten verbinden, anstatt durch das gesamte Board zu gehen. Diese Löcher werden genannt Blind Vias Wenn sie eine interne Kupferschicht mit einer äußeren Schicht verbinden, oder begrabene Vias Wenn sie zwei oder mehr interne Kupferschichten und keine äußeren Schichten anschließen. Laserbohrmaschinen können Tausende von Löchern pro Sekunde bohren und entweder UV oder CO verwenden₂ Laser.^[35][36]

Die Lochwände für Bretter mit zwei oder mehr Schichten können leitfähig gemacht und dann mit Kupfer zu bilden, um zu bilden Durchgeschaltete Löcher. Diese Löcher verbinden die leitenden Schichten der PCB elektrisch. Für mehrschichtige Boards produzieren die Bohrungen mit drei Schichten oder mehr eine Bohrung Abstrich der Hochtemperatur -Zersetzungsprodukte des Bindungsmittels im Laminatsystem. Bevor die Löcher durchgesetzt werden können, muss dieser Abstrich von einer Chemikalie entfernt werden De-Smear Prozess oder durch Plasmaketch. Der De-Smear-Prozess stellt sicher, dass eine gute Verbindung zu den Kupferschichten hergestellt wird, wenn das Loch durchgesetzt wird. Auf hohen Zuverlässigkeitstabeilen wird ein Verfahren namens Etch-Back chemisch mit einem Kalium-Permanganat-Ätzmittel oder Plasma-Ätzen durchgeführt. Der Rad-Back entfernt Harz und Glasfasern, so dass sich die Kupferschichten in das Loch erstrecken und mit dem Loch mit dem abgelagerten Kupfer integriert wird.

Beschichtung und Beschichtung

Die ordnungsgemäße Auswahl der Beschichtung oder Oberflächenbearbeitung kann für die Prozessertrag, die Höhe der Nacharbeit, die Feldausfallrate und die Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung sein.^[37]

PCBs können mit Löten, Zinn oder Gold über Nickel plattiert werden.^[38][39]

Nachdem die PCBs geätzt und dann mit Wasser gespült wurden, wird die Lötmaske aufgetragen, und dann wird jedes exponierte Kupfer mit Lötmittel, Nickel/Gold oder einer anderen Antikorrosionsbeschichtung beschichtet.^[40]

Ein mattes Lötmittel wird normalerweise fusioniert, um eine bessere Bindungsoberfläche für bloßes Kupfer zu bieten. Behandlungen wie Benzimidazolethiol verhindern die Oberflächenoxidation von bloßem Kupfer. Die Orte, an denen die Komponenten montiert werden, werden typischerweise plattiert, da sich unbehandeltes bloßes Kupfer schnell oxidiert und daher nicht leicht lötbar ist. Traditionell wurde jedes exponierte Kupfer mit Lot beschichtet von Hot Air (Lötung) Leveling (Hasl alias Hal). Das Hasl -Finish verhindert die Oxidation aus dem zugrunde liegenden Kupfer und garantiert dadurch eine lettbare Oberfläche. Dieser Lötmittel war ein Zinn-führen Legierung, aber neue Lötverbindungen werden jetzt verwendet, um die Einhaltung der Einhaltung der Rohs Richtlinie in der EU, was die Verwendung von Blei einschränkt. Eine dieser Blei-freien Verbindungen ist SN100CL, besteht aus 99,3% Zinn, 0,7% Kupfer, 0,05% Nickel und einem Nominal von 60 ppm Germanium.

Es ist wichtig, Lötmittel sowohl mit der PCB als auch mit den verwendeten Teilen kompatibel zu verwenden. Ein Beispiel ist Kugelgitteranordnung (BGA) Verwenden von Blechkugeln mit Blechkästen für Verbindungen, die ihre Kugeln auf nackten Kupferspuren verlieren oder mit Blei-freier Lötpaste.

Andere verwendete Platten sind Bio -Lötfähigkeit Konservierungsmittel (OSP),, Eintauchen Silber (IAG), Immersionszinn (ISN), elektrololes Nickel -Eintauchgold (Enig) Beschichtung, elektrololes Nickel Elektrololless Palladium Immersion Gold (Enepig) und direkt Vergoldung (über Nickel). Kantenanschlüsse, platziert entlang einer Kante einiger Bretter, werden dann oft nickelgepasst vergoldet Verwenden von Enig. Eine weitere Überlegung von Beschichtungen ist die schnelle Verbreitung von Beschichtungsmetall in Blechlot. Zinn bildet Intermetallik wie Cu₆Sn₅ und Ag₃Cu, der sich in den Tin Liquidus oder Solidus (bei 50 ° C) auflösen, Oberflächenbeschichtung abziehen oder Hohlräume hinterlassen.

Elektrochemische Migration (ECM) ist das Wachstum von leitenden Metallfilamenten auf oder in einer gedruckten Leiterplatte (PCB) unter dem Einfluss einer Gleichspannungsspannung.^[41][42] Silber, Zink und Aluminium sind dafür bekannt, dass sie wachsen Schnurrhaare unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Silber wächst auch in Gegenwart von Halogenid und anderen Ionen durch die leitenden Oberflächenwege, was es zu einer schlechten Wahl für die Verwendung von Elektronik macht. Zinn wächst "Schnurrhaare" aufgrund von Spannungen in der plattierten Oberfläche. Zinn- oder Lötenbeschichtung wächst auch Schnurrhaare, die nur durch Reduzierung des Zinnprozentsatzes reduziert werden. Reflow, um Löten oder Zinnplatte zu schmelzen, um die Oberflächenspannung zu lindern, senkt die Inzidenz des Whiskens. Ein weiteres Problem mit der Beschichtung ist Blechpestdie Umwandlung von Zinn zu einem pudrigen Allotrop bei niedriger Temperatur.^[43]

Lötmittelresist -Anwendung

Bereiche, die nicht gelötet werden sollten Lötmittelresist (Lötmaske). Die Lötmaske verleiht den PCBs ihre charakteristische grüne Farbe, obwohl sie auch in mehreren anderen Farben erhältlich ist, wie Rot, Blau, Lila, Gelb, Schwarz und Weiß. Einer der am häufigsten verwendeten Resisten des Lötes heißt "LPI" (LPI "(flüssiger photoimagierbarer Lötmaske).^[44]Eine photoempfindliche Beschichtung wird auf die Oberfläche der PWB aufgetragen, dann durch den Lötmaskenbildfilm Licht ausgesetzt und schließlich dort entwickelt, wo die nicht exponierten Bereiche weggewaschen werden. Trockenfilmlötmaske ähnelt dem Trockenfilm, mit dem die PWB zum Überbeziehen oder Radieren vorgestellt wird. Nachdem sie auf die PWB -Oberfläche laminiert wurde, wird sie als LPI abgebildet und entwickelt. Einmal, aber nicht mehr häufig verwendet, besteht aufgrund seiner geringen Genauigkeit und Auflösung die Siebdruck -Epoxid -Tinte. Lötresist schützt nicht nur das Lötmittel, sondern auch Schutz vor der Umwelt vor dem Kupfer, das sonst ausgesetzt wäre.

Legendendruck

Eine Legende wird häufig auf einer oder beiden Seiten der Leiterplatte gedruckt. Es enthält die Komponentenbezeichnungen, Schaltereinstellungen, Testpunkte und andere Indikationen hilfreich beim Zusammenbau, Testen, Wartung und manchmal mit der Leiterplatte.

Es gibt drei Methoden, um die Legende zu drucken.

1. Seidens -Siebdruck Epoxy -Tinte war die etablierte Methode. Es war so häufig, dass die Legende oft Seide oder Siebdruck fehlbeschriftet wird.
2. Flüssigfoto -Bildgebung ist eine genauere Methode als Screen -Druck.
3. Tintenstrahldruck wird zunehmend verwendet. Tintenstrahl kann variable Daten drucken, die für jede PWB -Einheit eindeutig sind, z. B. Text oder a Barcode mit einer Seriennummer.

Bare-Board-Test

Boards ohne installierte Komponenten sind normalerweise BARE-Board getestet für "Shorts" und "öffnet". Das nennt man Elektrischer test oder PCB E-Test. Ein kurzer Zusammenhang ist eine Verbindung zwischen zwei Punkten, die nicht verbunden werden sollten. Ein offenes ist eine fehlende Verbindung zwischen Punkten, die angeschlossen werden sollten. Für die Produktion mit hoher Volumen eine Leuchte wie ein "Nägelbett" in a Starres Nadeladapter Nimmt Kontakt mit Kupferländern auf dem Vorstand auf. Das Gerät oder Adapter sind erhebliche Fixkosten und diese Methode ist nur für die Produktion mit hoher Volumen oder hoher Wert wirtschaftlich. Für kleine oder mittlere Volumenproduktion fliegende Sonde Tester werden verwendet, wenn Testsonden von einem XY -Laufwerk über die Tafel bewegt werden, um Kontakt mit den Kupferländern aufzunehmen. Es besteht keine Notwendigkeit für ein Gerät und daher sind die Fixkosten viel niedriger. Das CAM -System unterrichtet Der elektrische Tester, um eine Spannung nach Bedarf auf jeden Kontaktpunkt anzuwenden und zu überprüfen, ob diese Spannung auf den entsprechenden Kontaktpunkten und nur für diese angezeigt wird.

Montage

PCB mit Testverbindungskissen

In der Montage ist die nackte Platine mit elektronischen Komponenten besiedelt (oder "gefüllt"), um eine Funktion zu bilden gedruckte Schaltungsbaugruppe (PCA), manchmal als "gedruckte Leiterplattenbaugruppe" (PCBA) bezeichnet.^[45][46] Im Durchloch-TechnologieDie Komponentenleitungen sind in Löcher eingefügt, die von leitfähig umgeben sind Pads; Die Löcher halten die Komponenten an Ort und Stelle. Im Oberflächenmontechnologie (SMT) wird die Komponente auf die Leiterplatte platziert Pads oder Länder auf den Oberflächen der PCB; Lötpaste, die zuvor auf die Pads aufgetragen wurde, hält die Komponenten vorübergehend an Ort und Stelle. Wenn Oberflächenmontierungskomponenten auf beide Seiten der Platine angewendet werden, werden die unteren Komponenten an die Platine geklebt. In beiden durch Loch- und Oberflächenhalterungen sind die Komponenten dann gelötet; Nach dem Abkühlen und verfestigt hält der Lötmittel die Komponenten dauerhaft an Ort und Stelle und verbindet sie elektrisch mit der Platine.

Es gibt eine Vielzahl von einer Vielzahl von Löten Techniken, die zum Anbringen von Komponenten an einer PCB verwendet werden. Die Produktion mit hoher Volumen erfolgt normalerweise mit a Pick-and-Place-Maschine und Massenwellenlöt für Durchschnittsteile oder Reflow -Öfen Für SMT-Komponenten und/oder Durchleitungsteile, aber qualifizierte Techniker können sehr winzige Teile von Hand klären (beispielsweise 0201 Pakete, die 0,02 Zoll zu 0,01 Zoll sind).^[47] unter einem Mikroskopmit Pinzetten und einer Feinspitze Lötkolben, für kleine Volumenprototypen. Selektives Löten kann für empfindliche Teile verwendet werden. Einige SMT -Teile können nicht von Hand gelötet werden, wie z. BGA Pakete. Alle durchläufigen Komponenten können von Hand verkettet werden, wodurch sie für Prototypen bevorzugt werden, wo Größe, Gewicht und die Verwendung der genauen Komponenten, die in der Produktion mit hoher Volumen verwendet werden, keine Bedenken sind.

Oft müssen die Konstruktion von Durchloch- und Oberflächenmontagen in einer einzigen Baugruppe kombiniert werden, da einige erforderliche Komponenten nur in Oberflächenmontagepaketen erhältlich sind, während andere nur in Durchlochpaketen erhältlich sind. Oder selbst wenn alle Komponenten in Durchloch-Paketen erhältlich sind, kann es erwünscht sein, die Größe, das Gewicht und die Kostensenkungen zu nutzen, indem einige verfügbare Oberflächenmontagegeräte verwendet werden. Ein weiterer Grund für die Verwendung beider Methoden ist, dass die durchläufige Montage für Komponenten die erforderliche Festigkeit liefern kann, die wahrscheinlich physikalische Belastungen erleiden (z. Schnittstelle), während Komponenten, von denen erwartet wird, dass sie unberührt werden, mithilfe von Oberflächenmontechniken weniger Platz einnehmen. Zum weiteren Vergleich siehe die SMT -Seite.

Nachdem das Board bevölkert wurde, kann es auf verschiedene Arten getestet werden:

• Während die Kraft ausgeschaltet ist, Visuelle Inspektion, automatisierte optische Inspektion. JEDEC Richtlinien für die Platzierung, Lötung und Inspektion von PCB -Komponenten werden häufig zur Aufrechterhaltung verwendet Qualitätskontrolle In dieser Phase der PCB -Herstellung.
• Während die Kraft ausgeschaltet ist, Analoge Signaturanalyse, Power-Off-Test.
• Während die Kraft eingeschaltet ist, In-Circuit-Test, wo physikalische Messungen (z. B. Spannung) durchgeführt werden können.
• Während die Kraft eingeschaltet ist, FunktionstestÜberprüfen Sie nur, ob die PCB das tut, wofür sie konzipiert wurde.

Um diese Tests zu erleichtern, können PCBs mit zusätzlichen Pads ausgelegt werden, um temporäre Verbindungen herzustellen. Manchmal müssen diese Pads mit Widerständen isoliert sein. Der In-Circuit-Test kann auch trainieren Grenzübersicht Testmerkmale einiger Komponenten. In-Circuit-Testsysteme können auch zum Programmieren verwendet werden Nichtflüchtiger Gedächtnis Komponenten auf der Tafel.

Bei den Grenztestetests wurden in verschiedene ICs in der Platine integrierte temporäre Verbindungen zwischen den PCB -Spuren in verschiedene ICs integriert, um zu testen, ob die ICs korrekt montiert sind. Bei Grenz -Scan -Tests müssen alle zu testeten ICs ein Standard -Testkonfigurationsverfahren verwenden, wobei am häufigsten die gemeinsame Testaktionsgruppe für gemeinsame Testaktionen ist (Jtag) Standard. Das Jtag Die Testarchitektur bietet ein Mittel, um Verbindungen zwischen integrierten Schaltungen auf einer Platine zu testen, ohne physische Testsonden zu verwenden, indem Schaltkreise in den ICs verwendet werden, um die IC -Stifte selbst als Testsonden zu verwenden. Jtag Werkzeuganbieter bieten verschiedene Arten von Stimuli und anspruchsvolle Algorithmen, nicht nur, um die fehlerhaften Netze zu erkennen, sondern auch die Fehler auf bestimmte Netze, Geräte und Stifte zu isolieren.

Wenn Boards den Test nicht bestehen, können Techniker möglicherweise Entmieter und fehlgeschlagene Komponenten ersetzen, eine Aufgabe, die als bekannt ist überarbeiten.

Schutz und Verpackung

PCBs für extreme Umgebungen haben häufig a Schutzlack, das durch Eintauchen oder Sprühen nach der Lötung der Komponenten aufgetragen wird. Der Schicht verhindert Korrosions- und Leckströmungen oder Verknüpfungen aufgrund von Kondensation. Die frühesten konformen Mäntel waren Wachs; Moderne konforme Mäntel sind normalerweise verdünnte Lösungen von Silikonkautschuk, Polyurethan, Acryl oder Epoxid. Eine weitere Technik zur Anwendung einer konformen Beschichtung besteht darin, dass Kunststoff so ist Sputter auf die Leiterplatte in einer Vakuumkammer. Der Hauptnachteil von konformen Beschichtungen ist, dass die Wartung des Boards äußerst schwierig ist.^[48]

Viele zusammengebaute PCBs sind statisch sensibel, und deshalb müssen sie in platziert werden Antistatische Taschen während des Transports. Beim Umgang dieser Boards muss der Benutzer sein geerdet (geerdet). Unsachgemäße Handhabungstechniken können eine angesammelte statische Ladung über die Tafel übertragen und Komponenten beschädigen oder zerstören. Der Schaden beeinträchtigt möglicherweise nicht sofort die Funktion, kann jedoch später zu einem frühen Versagen führen, zeitweise Betriebsfehler verursachen oder eine Verengung des Bereichs der Umwelt- und elektrischen Bedingungen verursachen, unter denen die Board ordnungsgemäß funktioniert. Sogar nackte Bretter sind manchmal statisch empfindlich: Spuren sind so fein geworden, dass es möglich ist, eine Spur (oder ihre Eigenschaften zu ändern) mit einer statischen Entladung zu blasen. Dies gilt insbesondere für nicht-traditionelle PCBs wie z. MCMs und Mikrowellen -PCBs.

Cordwood -Konstruktion

Ein Cordwood -Modul

Cordwood Construction wurde in verwendet Proximity Fuzes.

Cordwood Construction kann erheblichen Platz sparen und wurde häufig mit verwendet Kabelbauteile in Anwendungen, in denen der Platz für eine Prämie war (wie z. Fuzes, Raketenanleitung und Telemetriesysteme) und in Hochgeschwindigkeiten Computers, wo kurze Spuren wichtig waren. Bei der Konstruktion von Cordwood wurden axial beliebte Komponenten zwischen zwei parallelen Ebenen montiert. Die Komponenten wurden entweder zusammen mit Jumper -Draht gelötet oder sie wurden durch dünnes Nickelband mit dem rechten Winkel an den Komponentenleitungen mit anderen Komponenten verbunden.^[49] Um zu vermeiden, dass verschiedene Verbindungsschichten zusammengefügt wurden, wurden dünne Isolierkarten zwischen ihnen platziert. Perforationen oder Löcher in den Karten ermöglichten die Komponente dazu, bis zur nächsten Verbindungsschicht zu projizieren. Ein Nachteil dieses Systems war das besondere Nickel-LEAD -Komponenten mussten verwendet werden, um zuverlässige Verbindungsschweißungen zu ermöglichen. Die differentielle thermische Expansion der Komponente konnte Druck auf die Leitungen der Komponenten und die PCB -Spuren ausüben und mechanische Schäden verursachen (wie in mehreren Modulen des Apollo -Programms zu sehen war). Zusätzlich sind Komponenten im Innenraum schwer zu ersetzen. Einige Versionen von Cordwood Construction verwendeten einseitige PCBs als Verbindungsmethode (wie abgebildet), sodass die Verwendung normaler Komponenten zu Kosten für die schwierige Entfernung der Bretter oder die Ersetzung von Komponenten, die sich nicht am Rand befinden, nur schwer zu entfernen sind.

Vor dem Aufkommen von integrierte SchaltkreiseDiese Methode ermöglichte die höchstmögliche Dichte der Packungsdichte der Komponenten; Aus diesem Grund wurde es von einer Reihe von Computeranbietern verwendet, einschließlich Steuerungsdatengesellschaft. Die Konstruktionsmethode Cordwood wurde nur selten verwendet, wenn die PCBs weit verbreitet wurden, hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt oder in einer anderen extrem hohen Dichteelektronik.

Multiwire Boards

MultiWire ist eine patentierte Verbindungstechnik, bei der in einer nicht leitende Matrix (häufig Kunststoffharz) eingebettete maschinellgestellte isolierte Drähte verwendet werden.^[50] Es wurde in den 1980er und 1990er Jahren verwendet. Ab 2010 war Multiwire noch über Hitachi erhältlich.

Da es ziemlich einfach war, Verbindungen (Drähte) innerhalb der Einbettungsmatrix zu stapeln, ermöglichte es dem Ansatz den Designer, die Routing von Drähten (normalerweise ein zeitaufwändiger Betrieb von PCB-Design) zu vergessen: Überall überall, wo der Designer eine Verbindung benötigt, wird die Maschine willen Zeichnen Sie einen Draht in einer geraden Linie von einer Position/Pin zum anderen. Dies führte zu sehr kurzen Konstruktionszeiten (keine komplexen Algorithmen, die auch für Konstruktionen mit hoher Dichte verwendet werden können) und reduziert Übersprechen (Was schlimmer ist, wenn die Drähte parallel zueinander laufen - was in Multiwire fast nie vorkommt), obwohl die Kosten zu hoch sind, um mit billigeren PCB -Technologien zu konkurrieren, wenn große Mengen erforderlich sind.

Korrekturen können leichter an ein Multiwire -Board -Layout vorgenommen werden als an einem Layout von PCB.^[51]

Es gibt andere wettbewerbsfähige diskrete Verkabelungstechnologien, die entwickelt wurden.

Geschichte

Vor der Entwicklung von Druckschaltplatten waren elektrische und elektronische Schaltungen Wired Point-to-Point Auf einem Chassis. Typischerweise war das Chassis ein Blechrahmen oder eine Pfanne, manchmal mit einem Holzboden. Die Komponenten wurden an das Chassis befestigt, normalerweise von Isolatoren, wenn der Verbindungspunkt auf dem Chassis Metall war und ihre Leitungen direkt oder mit verbunden waren oder mit Jumperdrähte durch Lötenoder manchmal verwenden Sie Crimp Anschlüsse, Kabelanschluss leicht an Schraubenklemmen oder anderen Methoden. Die Schaltkreise waren groß, sperrig, schwer und relativ zerbrechlich (selbst die bruchbaren Glasumschläge der Vakuumröhrchen, die häufig in die Schaltkreise enthalten waren), und die Produktion war arbeitsintensiv, sodass die Produkte teuer waren.

Die Entwicklung der in modernen Druckschaltplatten verwendeten Methoden begann Anfang des 20. Jahrhunderts. Im Jahr 1903 beschrieb ein deutscher Erfinder, Albert Hanson, flache Folienleiter, die in mehreren Schichten in ein Isolierbrett laminiert waren. Thomas Edison experimentiert mit chemischen Methoden zur Überlagerung von Leitern auf Leinenpapier im Jahr 1904. Arthur Berry 1913 patentierte ein Print-and- und-ätzen Methode in Großbritannien und in den USA erhielt Max Schoop ein Patent^[52] Durch eine gemusterte Maske auf ein Brett auf ein Brett flammen. Charles Ducas im Jahr 1925 patentierte eine Methode zum elektroplanten Schaltungsmustern.^[53]

Der österreichische Ingenieur Paul Eisler Erfunden Sie den gedruckten Schaltkreis im Rahmen eines Funkgeräts, während er um 1936 in Großbritannien arbeitete Magneteinfluss Marineminen. Um 1943 begannen die USA, die Technologie in großem Maßstab zu nutzen, um sie zu machen Proximity Fuzes Für den Einsatz im Zweiten Weltkrieg.^[53]

Proximity Fuze Mark 53 Produktionslinie 1944

Nach dem Krieg veröffentlichten die USA 1948 die Erfindung für den kommerziellen Gebrauch. Gedruckte Schaltungen wurden in der Unterhaltungselektronik erst Mitte der 1950er Jahre nach der Auto-Sembly Der Prozess wurde von der US -Armee entwickelt. Etwa zur gleichen Zeit in Großbritannien wurde die Arbeit in ähnlicher Weise von der Arbeit durchgeführt Geoffrey Dummerdann am Rrde.

Motorola war ein frühzeitiger führender Anbieter, der den Prozess in die Unterhaltungselektronik einbrachte, und kündigte im August 1952 die Einführung von "plattierten Schaltungen" in Heimfunkgeräten nach sechs Jahren Forschung und einer Investition von 1 Mio. USD an.^[54] Motorola begann bald mit seiner Markenzeit für den Prozess, Placir, in seinen Consumer -Funkwerbung.^[55] Hallicrafters veröffentlichte am 1. November 1952 sein erstes "Foto-Ech" -Printkreisprodukt, ein Clock-Radio.^[56]

Auch als Leiterbretter verfügbar wurden, blieb die Point-to-Point-Chassis-Konstruktionsmethode in der Industrie (wie TV- und Hi-Fi-Sets) bis mindestens Ende der 1960er Jahre gemeinsam eingesetzt. Gedruckte Leiterplatten wurden eingeführt, um die Größe, das Gewicht und die Kosten der Teile der Schaltung zu verringern. 1960 könnte ein kleiner Verbraucher -Radio -Empfänger mit all seinen Schaltkreisen auf einer Leiterplatte gebaut werden, aber ein TV -Set würde wahrscheinlich ein oder mehrere Leiterplatten enthalten.

Ein Beispiel für handgezeichnete Spuren auf einer Leiterplatte auf einer Leiterplatte

Die Erfindung der gedruckten Schaltung und ähnlich im Geiste war, war John Sargrove's 1936–1947 Elektronische Schaltungsausrüstung (ECME), die Metall auf a sprühten Bakelit Plastikplatte. Die ECME konnte drei Radiosards pro Minute produzieren.

Während des Zweiten Weltkriegs erforderte die Entwicklung der Flugabwehrnähe eine elektronische Schaltung, die aus einer Waffe standhalten konnte und in der Menge hergestellt werden konnte. Die Centralab Division of Globe Union reichte einen Vorschlag ein, der die Anforderungen erfüllte: Eine Keramikplatte wäre Siebdruck mit metallischer Farbe für Leiter und Kohlenstoffmaterial für Widerständemit Keramikscheibenkondensatoren und Subminiatur -Vakuumröhrchen, die an Ort und Stelle gelötet wurden.^[57] Die Technik erwies sich als lebensfähig, und das resultierende Patent auf dem von der US -Armee klassifizierten Prozess wurde der Globe Union zugeordnet. Erst 1984 die Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE) mit Harry W. Rubinstein als ausgezeichnet CLEDO BRUNETTI Award Für frühe wichtige Beiträge zur Entwicklung gedruckter Komponenten und Leiter zu einem gemeinsamen Isoliersubstrat. Rubinstein wurde 1984 von seiner Alma Mater, der Universität von Wisconsin-Madisonfür seine Innovationen in der Technologie gedruckter elektronischer Schaltkreise und der Herstellung von Kondensatoren.^[58][59] Diese Erfindung stellt auch einen Schritt in der Entwicklung von dar Integrierter Schaltkreis Die Technologie, die nicht nur Verkabelung, sondern auch passive Komponenten auf dem Keramiksubstrat hergestellt wurde.

Eine Leiterplatte als Design auf einem Computer (links) und realisiert als Board -Montage, die mit Komponenten (rechts) besiedelt wurden. Das Board ist doppelseitig, mit Durchlochbeschichtung, grünem Lot und einer weißen Legende. Es wurden sowohl Oberflächenhalterungen als auch Durchlochkomponenten verwendet.

Ursprünglich hatte jede elektronische Komponente Draht führtund eine Platine hatte Löcher für jeden Kabel jeder Komponente gebohrt. Die Komponentenleitungen wurden dann durch die Löcher eingeführt und gelötet Zu den Kupfer -Leiterplattenspuren. Diese Montagemethode wird genannt Durchschnitt Konstruktion. 1949 entwickelten Moe Abramson und Stanislaus F. Danko vom US -Armee -Signal Corps die Auto-Sembly Prozess, in dem Komponentenleitungen in ein Kupferfolienverbindungsmuster eingeführt wurden und Lötendemt. Das Patent, das sie 1956 erhalten hatten, wurde der US -Armee zugewiesen.^[60] Mit der Entwicklung des Vorstandes Laminierung und Radierung Techniken, dieses Konzept hat sich zu dem heute verwendeten Standard -Fertigungsprozess für gedruckte Leiterplatten entwickelt. Das Löten kann automatisch durchgeführt werden, indem das Board über eine Welle oder Welle von geschmolzenem Lötmittel in a geleitet wird Wellenaufnahme Maschine. Die Drähte und Löcher sind jedoch ineffizient, da das Bohrlöcher teuer ist und Bohrerbits verbraucht und die hervorstehenden Drähte abgeschnitten und verworfen werden.

Ab den 1980er Jahren wurden Zunehmend mit kleinen Oberflächenmontagenteilen anstelle von Durchlochkomponenten verwendet. Dies hat zu kleineren Boards für eine bestimmte Funktionalität und niedrigere Produktionskosten geführt, jedoch mit einigen zusätzlichen Schwierigkeiten bei der Wartung fehlerhafter Boards.

In den 1990er Jahren wurde die Verwendung von mehrschichtigen Oberflächenbrettern häufiger. Infolgedessen wurde die Größe weiter minimiert und sowohl flexible als auch starren PCBs in verschiedenen Geräten eingebaut. 1995 begannen die PCB -Hersteller zu verwenden Microvia Technologie zur Herstellung von HDI-PCBs mit hoher Dichte.^[61]

Die HDI -Technologie ermöglicht ein dichteres Design auf der PCB und deutlich kleinere Komponenten. Infolgedessen können Komponenten näher und die Wege zwischen ihnen kürzer sein. HDIs verwenden blind/begrabene Vias oder eine Kombination, die Mikrovias enthält. Bei mehrschichtigen HDI-PCBs ist die Zusammenfassung von gestapelter VIAS noch stärker, wodurch die Zuverlässigkeit unter allen Bedingungen verbessert wird. Die häufigsten Anwendungen für die HDI -Technologie sind Computer- und Mobiltelefonkomponenten sowie medizinische Geräte und militärische Kommunikationsgeräte. Eine 4-layer-HDI-Microvia-PCB entspricht einer 8-Schicht-PCB. Die Kosten sind jedoch viel niedriger.^{[unverständlich]}

Jüngste Fortschritte in 3d Drucken haben dazu geführt, dass es mehrere neue Techniken bei der Erstellung von PCB gibt. 3D -gedruckte Elektronik (PES) kann verwendet werden, um Elemente Layer für Schicht zu drucken, und anschließend kann das Element mit einer flüssigen Tinte gedruckt werden, die elektronische Funktionen enthält.

Hersteller unterstützen möglicherweise keine Reparatur von Druckkomponenten auf Komponentenebene, da die gedruckten Leiterplatten im Vergleich zu Zeit und Kosten für die Fehlerbehebung auf ein Komponentenniveau relativ geringe Kosten ersetzen können. In der Reparatur auf Brettebene identifiziert der Techniker die Karte (PCA), auf der sich der Fehler befindet, und ersetzt sie. Diese Verschiebung ist aus Sicht eines Herstellers wirtschaftlich effizient, aber auch wesentlich verschwenderisch, da eine Leiterplatte mit Hunderten von funktionellen Komponenten verworfen und ersetzt werden kann, weil ein kleiner und kostengünstiger Teil wie ein Widerstand oder Kondensator ausgeschlossen ist. Diese Praxis ist ein wesentlicher Beitrag zum Problem von E-Abfall.^[62]

Siehe auch

• Brotbrett
• C.I.D.+
• Design für die Herstellbarkeit (PCB)
• Elektronische Verpackung
• Elektronischer Abfall
• Mikrofonik
• Multi-Chip-Modul
• OCCAM -Prozess - Ein weiterer Prozess für die Herstellung von PCBs
• Punkt-zu-Punkt-Konstruktion
• Gedruckte Elektronik - Schaffung von Komponenten durch Drucken
• Gedruckte Leiterplattenfräsen
• Gedruckter elektronischer Schaltkreis - ähnlicher Name, unterschiedlicher Teil
• Stempelstempelplatte
• Strippboard
• Veroboard
• Drahtverpackung

PCB -Materialien

• Leitfähige Tinte
• Laminieren Materialien:
  • BT-Epoxy
  • Zusammengesetzter EpoxidmaterialCEM-1,5
  • Cyanatester
  • FR-2
  • FR-4, das häufigste PCB -Material
  • Polyimid
  • Ptfe, Polytetrafluorethylen (Teflon)

PCB -Layout -Software

• Liste der EDA -Unternehmen
• Comparison of EDA software

Verweise

Weitere Lektüre

• Tavernier, Karel (September 2015). "PCB -Herstellungsdaten - Konstruktion der Herstellungsdatenübertragung" (PDF). V6. Archiviert (PDF) vom Original am 2022-03-08. Abgerufen 2022-05-09. (45 Seiten)
• "Die Gerberformatspezifikation" (PDF).Revision 2019.06.UCAMCO NV.Juni 2019. Archiviert (PDF) vom Original am 2022-04-01. Abgerufen 2022-05-09. (194 Seiten)
• Colotti, James (2022). "Analog-, RF- und EMC -Überlegungen in gedruckter Kabelbehörde (PWB) Design" (PDF).Revision 5. IEEE, Long Island Section. Archiviert (PDF) vom Original am 2022-05-08. Abgerufen 2022-05-09. (81 Seiten)

Externe Links