Виды печатных плат и описание процесса проектирования
Печатная плата являет собой пластину из диэлектрика, на поверхности которой в объемном виде сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатные платы используются для того, чтобы электрическим и механическим способом соединять различные электронные компоненты.
Выводы электронных компонентов с элементами проводящего рисунка соединяются обычно с помощью пайки.
Электропроводящий рисунок выполняется из фольги, которая располагается на твердой изолирующей основе. В каждой печатной плате должны быть отверстия для монтажа, а так же контактные площадки, что дает возможность монтажа планарных или выводных компонентов.
Если плата имеет несколько слоев, тогда в ней обязательно должны быть переходные отверстия для электрического соединения участков фольги, расположенных на разных слоях платы.
С внешней стороны платы обычно наносится так званая “паяльная маска”, что являет собой защитное покрытие. Так же каждая плата обязана иметь маркировку, то есть текст и вспомогательный рисунок, который выполняется согласно конструкторской документации.
Рис 1. Внешний вид печатной платы
Виды печатных плат
Условно печатные платы можно разделить на 3 группы, среди которых есть свои различные виды:
Односторонние печатные платы
Они являют собой изоляционное основание, проводящий рисунок на котором выполнен только на одной стороне. В них имеются сквозные неметаллизированные отверстия, благодаря которым происходит механическая фиксация. Все печатные проводники заканчиваются контактными площадками, которые используются для присоединения. Если в такой плате возникает конфликт пересекающихся трасс, то его решают путем установки навесных проводных перемычек.
Двусторонние платы
Состоят из одного основания, но проводящие рисунки выполняются на обеих сторонах. При необходимости выполнения электрических соединений с двух сторон, используются сквозные металлизированные отверстия. В случае, когда возникает конфликт пересекающихся соединений, его удается решить с помощью переноса конфликтующей трассы в обход на другую сторону печатной платы.
Многослойные печатные платы
В таких платах тонкие изоляционные подложки с нанесенными на них проводящими рисунками физически соединяются в одно многослойное основание.Когда в многослойном основании возникает необходимость осуществить электрические соединения, их делают с помощью сквозных или глухих отверстий.
В многослойных платах каждый слой имеет свою функцию:
- Для монтажа электронных компонентов используются наружные монтажные слои.
- На сигнальных слоях располагается топологическая схема сигнальных межсоединений.
- Слои, которые выполняют теплоотводящие и тепловыравнивающие функции.
- Слои питания и земли стараются выполнять большими полигонами с минимальным индуктивным и омическим сопротивлением. Эти слои используют в качестве электрических экранов, которые заземляются по высокой частоте развязывающими емкостями.
Существует и другая классификация печатных плат. В зависимости от сложности печатных плат, выделяют:
Гибкие печатные платы
Основание на таких платах является тонким и гибким. Такие платы применяются в случаях, когда возникает необходимость соединить различные части электронных устройств, которые выполняются на жестком основании. Также гибкие платы используются как база для антенны, катушек индуктивности и т.д.
Гибко-жесткие печатные платы
При производстве таких плат используется технология как гибкой, так и жесткой платы. Такие платы очень сложно производить и поэтому изготовить их могут не так много компаний.
Платы с несквозными переходными отверстиями
Рис 1. Плата с несквозными переходными отверстиями
Если рассматривать платы на металлической основе, то их можно разделить на такие виды:
Печатные платы на металлической основе
Если брать изделия, в который необходимо рассеивать большую тепловую мощность, то рекомендуют применять именно такие платы. В них очень часто используются мощные SMD светодиоды
Печатные платы для СВЧ применений
Используются в сверхвывсокочастотных устройствах. Как базовый материал при изготовлении таких плат часто используется тефлон, фторопласт или другие материалы, которые основаны на политетрафтроэтилена, а так же и другие.
Печатные платы для светодиодных решений
Чаще всего находят свое применение в светодиодной технике.
Печатные платы HDI
Такие платы имеют очень высокую плотность межсоединений.
Бесцветная технология печатных плат. Используются, когда определенными нормами запрещается использовать в производстве материалы, которые вредят окружающей среде. Одним из таких материалов является свинец. Поэтому бесцветная технология печатных плат подразумевает не использование свинца.
Разработка печатных плат – процесс длительный и состоит из нескольких этапов. На протяжении всего цикла разработки платы необходимо учитывать стандарты IPC, требования для производства и тестирования, а так же анализировать тепловой режим работы устройства.
Как происходит проектирование печатных плат:
- Вы предоставляете исходные данные – техническое задание.
Для начала работы по проектированию печатной платы необходимо получить от заказчика следующие данные:
- Схема электрическая принципиальная. Вы можете дать нам ее в любом виде и формате.
- Перечень электронных компонентов со ссылкой на документы, предоставляемые фирмой-производителем (“Datasheet”) и указанным позиционным обозначением – в любом формате.
- Чертеж платы с указанием размеров габаритов, конфигурации платы, крепежных отверстий, мест установки разъемов, кнопок, высоты установки светодиодов, зон без трассировки, зон без установленных компонентов, мест с ограниченной высотой монтажа и т.д. – в любом формате.
- Информация непосредственно по самой трассировке – количество слоев, параметры групп цепей (дифференциальные пары, сигналы синхронизации,высоковольтные цепи, силовые цепи и т.д.), элементы с высокой рассеиваемой мощностью и т.д.
2. Создается библиотека компонентов.
Формирование посадочных мест происходит согласно нормам JEDEC или IPC.
3. Происходит предварительная компоновка.
- Компоненты располагаются согласно требованиям.
- Фиксируются компоненты, которые имеют жесткое расположение.
- Принимаются предложения по изменению габаритов печатной платы.
- Обсуждаются остальные требования
На этом этапе вы уже видите 3D модель платы. Мы согласовываем с вами все нюансы, получаем одобрения, ии начинаем трассировку плат.
4. Трассировка печатных плат.
- Проводится окончательная компоновка элементов.
- Осуществляется оптимизация связей.
- Задаются параметры цепей и правила трассировки.
- Производится разводка трасс.
Рис 3. Трассировка печатных плат
5. Моделирование печатных плат.
- проводится анализ целостности сигналов;
- анализируется электромагнитная совместимость;
- производится тепловое моделирование;
- проводится анализ целостности питания.
6. Верификация печатных плат.
Технические эксперты должны проводить дополнительный контроль смоделированного устройства, чтобы уменьшить количество вероятных ошибок.
7. Непосредственная сдача печатной платы.
Оформляются все документы и файлы, и передаются заказчику.