Jak vyrobit jednoduchou desku s plošnými spoji

Jak vyrobit jednoduchou desku s plošnými spoji

Pokud si chcete vyrobit vlastní desku s plošnými spoji, zde je několik kroků, které můžete dodržet. Zahrnují materiály, které budete potřebovat, výpočet impedance a pájení. Jakmile tyto kroky zvládnete, můžete projekt posunout dál a vyrobit složitější desku plošných spojů.

Kroky k výrobě desky s plošnými spoji

Výroba desky plošných spojů probíhá v několika krocích. Prvním krokem je příprava schématu. To vám umožní naplánovat rozmístění součástek. Jakmile máte schéma hotové, importujte jej do systému CAD. Poté umístěte otisky součástek do obrysu desky. Tyto otisky budou zobrazovat síťová spojení jako obrázky s duchovitými čarami, které naznačují, které součástky jsou vzájemně propojeny. Poté umístěte součástky na desku plošných spojů s ohledem na nejlepší umístění pro dosažení nejlepšího výkonu, například minimalizaci elektrického šumu a nadměrného tepla. Rovněž je třeba vzít v úvahu všechny fyzické překážky, jako jsou kabely, konektory nebo montážní hardware.

Jakmile jsou vrstvy připraveny, odstraní se měděný substrát. Měděná vrstva bude sloužit jako základ desky s plošnými spoji. Vnější vrstvy k ní budou připojeny pomocí kolíků. Po umístění vrstev bude deska připravena k lepení. Materiálem vnější vrstvy bude materiál ze skleněných vláken předem impregnovaný epoxidovou pryskyřicí. Tento materiál také zakryje původní substrát a případné leptané měděné stopy. Posledním krokem je sestavení desky pomocí těžkého ocelového stolu. Při montáži se vrstvy k sobě přichytí pomocí kolíků, čímž se zajistí, že se při zarovnávání neposunou.

Požadované materiály

Chcete-li vyrobit desku s plošnými spoji, musíte si nejprve zakoupit desku s plošnými spoji (PCB). DPS se skládá ze tří vrstev: vodivé vrstvy (obvykle měděné), která je obalena dvěma vrstvami nevodivého materiálu. Nakonec jsou zde vodiče, které spojují jednotlivé části obvodu. Tyto vodiče mohou mít různé barvy a délky a některé mají na jednom konci svorky nebo svorky.

Desky plošných spojů se vyrábějí z mnoha různých materiálů, a proto je důležité zvolit správný materiál pro váš obvod. Různé materiály mají různé vlastnosti a mohou zlepšit výkon vašeho obvodu. Některé materiály jsou například vhodnější pro vysokorychlostní aplikace než jiné, zatímco jiné jsou vhodnější pro aplikace při vysokých teplotách.

Pájení

Pokud uvažujete o výrobě vlastních elektronických obvodů, můžete začít mnoha způsoby, včetně pájení jednoduchých desek s plošnými spoji. Použití správných nástrojů je nezbytnou součástí tohoto procesu, protože správné vybavení a techniky vám umožní úspěšně dokončit úkol. K řezání přívodních vodičů můžete například použít řezačku drátů. Tento nástroj by měl být ostrý a mít zkosené ostří, aby umožnil čistý a rovný řez. To pomůže minimalizovat pravděpodobnost vzniku zkratu. Při stříhání vodičů nezapomeňte přebytečný vodič přidržet, aby se nedostal všude.

Před pájením nezapomeňte očistit okolí každé součástky vlhkou houbou. K čištění hrotu žehličky můžete použít i běžnou houbičku. Musíte se také ujistit, že máte správnou páječku, která by měla mít teplotu 400 stupňů Celsia. Nezapomeňte také řádně označit všechny součástky a správně je rozložit. Měli byste také používat uzemněný pásek na zápěstí, abyste snížili množství statické elektřiny.

Montáž

Sestavení jednoduché desky s plošnými spoji zahrnuje sestavení mnoha součástek na jednom kusu desky s plošnými spoji. Tyto součástky jsou obvykle vyrobeny z kovu a jsou k desce připevněny pomocí kovových výstupků. Mohou být na desku osazeny ručně a připájeny k podložkám na druhé straně desky, nebo mohou být na desku osazeny pomocí automatického osazovacího stroje. Ať už jsou namontovány ručně, nebo ne, montáž povrchovou montáží umožňuje vysokou hustotu obvodu a minimalizuje velikost hotového výrobku.

Sady desek plošných spojů obvykle obsahují 5 kompletních desek plošných spojů, ale často si jich můžete objednat více. Většina lidí nelituje, že si objednala více, než potřebuje, protože při testování nebo ladění často nakonec použije další součástky. Nepoužité součástky jsou často označeny DNP neboli "Do Not Populate", což znamená, že nejsou součástí výrobního návrhu.

Proč desky s plošnými spoji

Proč desky s plošnými spoji

Desky s plošnými spoji se používají již dlouho a mají řadu aplikací. Dnes se používají téměř ve všech průmyslových odvětvích, včetně výroby, elektroniky a dalších. Poskytují platformu pro montáž elektronických součástek a výrazně zjednodušují výrobní proces. Zde je několik způsobů, jak můžete tuto důležitou součástku využít.

Desky s plošnými spoji jsou klíčovými součástmi elektronických zařízení.

Desky s plošnými spoji jsou důležitou součástí elektronických zařízení, protože umožňují tok elektřiny z jedné součástky do druhé. Mohou obsahovat cokoli od jednoduchého tranzistoru až po složitý mikroprocesor. Všechny desky s plošnými spoji mají na jedné straně vodivé dráhy a na druhé straně povrch pro elektrické spoje. To umožňuje snadné přidávání a odebírání součástek.

Desky s plošnými spoji mají oproti tradičním kabelovým obvodům mnoho výhod, mimo jiné jsou lehké a spolehlivé. Kromě toho jsou levné a snadno se udržují. Desky s plošnými spoji mají širokou škálu využití v různých průmyslových odvětvích, včetně lékařské elektroniky a počítačů. Používají se například v přístrojích magnetické rezonance, které jsou díky svým elektronickým schopnostem stále sofistikovanější a cenově výhodnější.

Desky s plošnými spoji jsou vyrobeny z tenkých obdélníkových substrátů, které jsou pokryty měděnými vodiči. Poskytují také mechanickou podporu elektronickým součástkám a umožňují montáž zařízení do skříně. Je důležité, aby design desky s plošnými spoji odpovídal designu elektronické součástky, protože musí fungovat ve shodě s holou deskou, obalem integrovaných obvodů a výrobním procesem.

Umožňují propojení elektronických součástek

Desky s plošnými spoji jsou běžným způsobem propojení elektronických součástek. Mohou obsahovat jednoduchý tranzistor nebo pokročilý mikroprocesor. Protože jsou postaveny na rovném povrchu, mohou obsahovat mnoho součástek a umožňují snadné přidávání nebo odebírání. Desky s plošnými spoji jsou také užitečným experimentálním nástrojem.

Desky s plošnými spoji se vyrábějí v různých velikostech a tvarech. Některé mají otvory, jiné malé plošky. Elektronika je k desce připojena prostřednictvím pájecích plošek. Pájecí plošky mohou být buď průchozí, nebo povrchové. Zařízení pro povrchovou montáž se k desce připojují pomocí roztavené pájky.

Desky s plošnými spoji jsou důležité pro výrobu elektronických zařízení. Umožňují konstruktérům zpružnit obvody a snížit náklady na balení elektroniky. Univerzálnost desek s plošnými spoji umožňuje kreativnější návrhy, zejména pokud jde o nositelnou elektroniku.

Zjednodušují výrobní proces

Výroba desek s plošnými spoji může probíhat subtraktivním nebo aditivním způsobem. Subtraktivní proces zahrnuje leptání oblastí substrátu, které nejsou součástí požadovaného vzoru. To zjednodušuje výrobní proces a snižuje náklady. Desky s plošnými spoji se používají v široké škále aplikací.

Existují dva hlavní typy desek s plošnými spoji: jednostranné a vícevrstvé. Jednostranné desky mají dvě vrstvy obvodů, zatímco oboustranné desky mají více vrstev. Jednostranné desky mají na jedné straně součástky a na druhé straně oboustranné obvody. Vícevrstvá deska má více vrstev mědi a izolačního materiálu a používá se ve většině typů elektronických zařízení. Součástky jsou k těmto vrstvám připojeny technologií průchozí nebo povrchové montáže.

Desky s plošnými spoji se běžně vyrábějí z vrstvených kompozitních materiálů, například z mědi. Měď je umístěna na nevodivém materiálu, jako je skleněný nebo plastový substrát. Měděné obvody jsou pak na tento povrch připájeny, přičemž pájecí maska chrání měď před zkraty a jinými chybami při pájení.

Používají se v mnoha průmyslových odvětvích

Desky s plošnými spoji se používají v mnoha průmyslových odvětvích, včetně lékařských přístrojů a spotřební elektroniky. Poptávka po těchto deskách je vysoká a musí být odolné i cenově výhodné. Desky plošných spojů se používají v široké škále lékařských přístrojů, od malých zařízení, jako jsou kardiostimulátory, až po velké přístroje, jako jsou CT.

Nejdůležitější součástí desky plošných spojů je obvod. Obvod je kompletní cesta pro elektrony, které musí proudit v uzavřené smyčce. Desky s plošnými spoji mají kovová vedení, která tvoří vodivé cesty, a mají různé odpory. Odpor obvodu závisí na typu kovu použitého pro vedení.

Existuje mnoho různých typů desek s plošnými spoji. Desky s plošnými spoji jsou obvykle jednoduché a levné. Snižují náklady na elektronické obaly a jsou ideální pro nositelná a jednorázová elektronická zařízení. Dávají také elektrotechnickým návrhářům větší volnost při kreativním navrhování.

Jak číst desku plošných spojů

Jak číst desku plošných spojů

Když se snažíte pochopit, jak číst desky plošných spojů, měli byste vědět několik základních věcí. Musíte například vědět, co je to rezistor. Rezistor je kus kovu, který má měřitelný odpor. Obvykle je rezistor označen značkou pro měření ohmů. Symbol ohmu vypadá jako řecké písmeno Omega. Hodnota 100MO znamená sto megaohmů. Měli byste také vědět, jak poznat kondenzátor. Nakonec může být deska označena stopami nebo součástkami.

Analýza desky podél toku signálu

Návrh desky plošných spojů může být komplikovaný. Mnoho komponent je vrstvených s různým tokem signálů. To může způsobit problémy s integritou signálu, když vysokorychlostní přenosové linky musí procházet hustými průchozími oblastmi nebo dělenými rovinami. Analýza desky podél toku signálu vám může pomoci určit, které komponenty by měly být umístěny kde, aby se minimalizovaly problémy s integritou signálu.

Distribuční vlastnosti desky plošných spojů výrazně ovlivňují signál, zejména při vysokých frekvencích. Například vysokofrekvenční komunikační systémy budou často trpět zpětným zemním rázem, který vzniká, když se proud signálu rychle mění s vnějším magnetickým polem. To způsobuje zpětný tok proudu v okolních vodičích. Tento jev znázorňuje schéma zemní roviny.

Identifikace součástí

Prvním krokem při identifikaci součástek na desce plošných spojů je identifikace desky. Existuje mnoho desek plošných spojů označených kódy a zkratkami, které vám pomohou určit použití. Například deska DMCB je hlavní řídicí deska DOS pro počítač GE Mark V. Dalším příkladem je dceřiná deska, která se připojuje k základní desce a umožňuje přístup k procesoru a paměti.

Každá součást má na svém těle a obalu označení. Toto označení udává její hodnotu, polaritu a toleranci. Kromě toho může být barevně označený pásek, který udává odpor. V materiálovém listu budou rovněž uvedeny součásti a jejich množství. Existují také referenční označení, která ukazují, kde se jednotlivé součásti nacházejí.

Identifikace stop

Při čtení desky plošných spojů je třeba identifikovat stopy. Nejedná se o vodiče, ale o cesty, kterými protéká elektrický proud. Každá cesta má specifický odpor a při volbě šířky stop je důležité to zohlednit. Odpor cesty lze určit podle jejího teplotního nárůstu, který ukazuje, jak moc se stopa zahřeje, když jí protéká proud. Teplotní nárůst je obvykle rozdíl mezi provozní teplotou a maximální provozní teplotou.

Signální puls na stopě se ve vzduchu šíří rychlostí 84-85 pikosekund na palec. Ve vakuu se signál šíří rychlostí přibližně 11,8 palce za nanosekundu a u běžného dielektrika přibližně 145 pikosekund za palec. Zpoždění šíření elektrického signálu závisí na specifikacích návrhu, ale existuje obecné vodítko, kterým se můžete řídit u většiny desek plošných spojů.

Čištění desky

Čištění desek plošných spojů je choulostivý proces, který vyžaduje určitou péči. Většina znečištění DPS je způsobena zbytky tavidel, které se hromadí po montáži. Chcete-li se jich zbavit, můžete k důkladnému vyčištění desky použít rozpouštědlo nebo abrazivo. Dobrou volbou jsou papírové utěrky a kimové ubrousky, které rozpouštědlo nebo brusivo nasáknou. Po vyčištění nezapomeňte desku otřít, abyste odstranili všechny zbývající žmolky.

K čištění DPS se používají různé typy rozpouštědel. Některá z těchto rozpouštědel jsou mírná, zatímco jiná jsou hořlavá. Čištění DPS rozpouštědlem může zlepšit její výkon. Můžete použít pěnové nebo vatové tampony, které jsou napuštěny mírným rozpouštědlem. Tento typ čisticího rozpouštědla se prodává v mnoha dávkovačích s pumpičkou. Lze použít také předem nasycené ubrousky, které obsahují izopropylalkohol.

Oprava desky

Jedním ze způsobů opravy desky plošných spojů je odstranění poškozených součástek a lepidla, které je na desku lepí. To může být obtížné, pokud je lepidlo suché nebo staré. Můžete použít čisticí prostředky na pracovní stůl, což jsou obvykle spotřební výrobky.

Po odstranění poškozených součástek můžete pomocí osciloskopu zkontrolovat spojitost obvodu na desce. Pokud najdete spálenou oblast, znamená to, že součástka selhala a je třeba ji vyměnit. Pokud nevíte, kde se porouchaná součástka nachází, můžete ji pomocí pinzety zvednout a vyměnit.

Jak naprogramovat desku plošných spojů

Jak naprogramovat desku plošných spojů

Programování desek plošných spojů

Programování desek plošných spojů zahrnuje různé metody. Je důležité zvolit správnou metodu pro velikost, tvar a typ desky plošných spojů a také pro počet panelů, které bude třeba naprogramovat. Každá metoda má své silné a slabé stránky. Přečtěte si několik tipů, které vám pomohou odvést práci správným způsobem.

Prvním krokem je pochopit, jak deska s plošnými spoji funguje. To zahrnuje pochopení schémat stavebních bloků pro každou hlavní skupinu součástek. To vám pomůže určit, jak jsou moduly vzájemně propojeny a kolik napětí protéká jednotlivými stupni. Poté můžete přejít k programování jednotlivých desek. Dobrý program pro návrh desek plošných spojů bude mít také importér dat.

Po vytvoření návrhu desky umístěte komponenty ve správném pořadí. Nejběžnější obvody se skládají ze dvou vrstev. Jedna vrstva je určena pro součástky a druhá pro bezpečnost. Čím více vrstev použijete, tím pevnější budou vaše obvody. Různé programy však mají různé limity pro počet povolených vrstev.

Použití programovacího přípravku

Použití programovacího přípravku je skvělý způsob, jak snadno a rychle vytvořit návrh desky plošných spojů. Abyste mohli desku naprogramovat, umístěte ji do programovacího přípravku vytištěného na 3D tiskárně a připojte k ní příslušné vodiče. Jakmile máte zapojené vodiče, můžete ji naprogramovat pomocí ladicího programu. Abyste si usnadnili práci, umístěte elektroniku na přípravek pomocí pružinových (pogo) kolíků. Tyto kolíky zarovnají elektroniku na desce s atrapou cílové desky.

Programovací přípravek je užitečný zejména pro velkosériovou výrobu. K elektrickému kontaktu mezi deskou s plošnými spoji a deskou plošných spojů používá pružinové kontakty. Přípravek je obvykle nastaven tak, aby bylo možné programovat celé panely najednou. Je však dražší než jiné techniky programování a investice do samotného programovacího přípravku není levná. Většina programovacích přípravků se používá pro středně až velkosériovou výrobu.

Předběžný návrh desky s plošnými spoji

Předběžný návrh desky plošných spojů je důležitým krokem v procesu návrhu. Zahrnuje definování funkce, vlastností, propojení a umístění součástek na desce plošných spojů. Zahrnuje také otázky životního prostředí spojené s návrhem. Je také nezbytné vytvořit schéma obvodu, které obsahuje názvy a hodnoty jednotlivých elektrických součástek.

Velikost a počet vrstev desky plošných spojů závisí na konečném výrobku a jeho funkčnosti. Vzhledem k tomu, že se elektronická zařízení zmenšují, zmenšují se i desky s plošnými spoji. Před zahájením procesu návrhu je důležité provést kvalifikovaný odhad velikosti desky. Například návrh propojení s vysokou hustotou nemusí být správnou volbou, pokud je deska příliš velká.

Použití kódu k programování desky plošných spojů

Pokud znáte programování v jazyce C, můžete k programování desek plošných spojů používat rozhraní IDE. Budete také muset znát rozložení desek plošných spojů nebo zásuvných desek. Ty propojují funkce zařízení. Příklad rozložení desky plošných spojů můžete vidět v syntetizátoru Moog.

Nejoblíbenějším způsobem programování desky plošných spojů jsou vyhrazené programovací hlavičky. Ty usnadňují koncovému uživateli provádění změn a aktualizací softwaru. Mají také jednoduché připojení, což usnadňuje programování desky plošných spojů. Jednou z nevýhod je vysoká cena konektorových sestav, a proto je programování přes USB oblíbenou možností pro výrobu.

Pájení desky s plošnými spoji

Při pájení desky plošných spojů pro programování je třeba dbát na to, abyste použili správný typ pájky pro konkrétní součástky, které používáte. Měkké pájení je nejlepší pro malé součástky, protože používá nízkou teplotu zkapalnění, která pájku rozbije, pokud je nanesena na horký povrch. Budete také potřebovat tavidlo, což je chemická látka, která pomáhá pájce roztavit se a spojit se s povrchem.

Nejprve je třeba izolovat piny mikrokontroléru. To se provádí ohnutím vývodů tak, aby se hroty rezistorů dotýkaly podložky desky. Jakmile je to hotovo, použijte páječku k roztavení pájky. Po vychladnutí pájky vyjměte rezistor a odstřihněte přebytečný drát. Tento postup opakujte i u ostatních součástek.

Pokud se při výrobě zařízení používají desky s plošnými spoji

Pokud se při výrobě zařízení používají desky s plošnými spoji

Pokud se desky s plošnými spoji používají při výrobě zařízení, označují se jako desky s plošnými spoji. Existuje mnoho různých typů desek s plošnými spoji. Patří mezi ně desky s měděným pláštěm, technologie povrchové montáže a galvanicky pokovené otvory. Pochopení rozdílů mezi jednotlivými typy desek s plošnými spoji vám pomůže učinit informované rozhodnutí o tom, který typ potřebujete pro vaše konkrétní zařízení.

Ovíjení drátu

Ovinutí drátu je jedním z nejrychlejších způsobů instalace desky s plošnými spoji. Vyžaduje však určitou úroveň odborných znalostí. Při správném provedení bude mít ovinutý drát podobný kontaktní odpor jako pájený spoj. Je také poměrně snadné jej upravit. Při použití nástroje pro ovíjení drátu je důležité použít pouze tři ovinutí na jeden sloupek. Při ovíjení vodičů byste se také měli vyvarovat vytváření řetězců.

Ovinutí drátu je proces, při kterém se dva elektrické kontakty spojí ovinutím měděného drátu. Jedná se o velmi spolehlivý způsob propojení, který je často prvním krokem pro začátečníky v oblasti elektroniky. Můžete použít buď ruční nástroj, nebo stroj na wire wrapping.

Měděná plátovaná deska

Měděné plátované desky se běžně používají při výrobě elektronických zařízení, protože mohou poskytovat mechanickou podporu a elektrické spojení mezi součástkami v obvodu. Měď je dobrým vodičem elektrické energie, takže je ideálním materiálem pro oplášťování desek plošných spojů. Její použití v elektronických zařízeních je stále častější a mnoho desek plošných spojů nyní obsahuje mědí plátované desky plošných spojů.

Proces výroby mědí plátovaného laminátu zahrnuje žíhání laminátu. Tento postup snižuje koeficient tepelné roztažnosti a snižuje dielektrickou konstantu.

Technologie povrchové montáže

Technologie povrchové montáže je nový způsob výroby desek s plošnými spoji. Tato technologie je efektivnější a vyžaduje méně kroků k výrobě desky s plošnými spoji. Umožňuje konstruktérům umístit více prvků na menší plochu desky. Díky tomu je proces nákladově efektivnější. Kromě toho jsou komponenty pro povrchovou montáž široce dostupné a relativně levné. Lze je také vyrobit v mnohem kratším čase než jiné technologie.

Technologie povrchové montáže se široce používá pro výrobu desek s plošnými spoji. Proces začíná fází návrhu, která zahrnuje výběr součástek a návrh SMT. K dispozici jsou různé softwarové nástroje, které pomáhají s procesem návrhu. Poté se data desky s plošnými spoji odešlou do výrobní společnosti. Zasílají se také údaje o povrchové úpravě.

Galvanicky pokovené otvory

Pokovování je proces, při kterém se otvory v deskách plošných spojů stávají vodivými. Měď se do otvorů nanáší galvanickým pokovováním. Proces je přísně kontrolován a desky s plošnými spoji se střídavě ponořují do čisticích roztoků a do roztoků pro pokovování. Přebytečná měď se poté odstraní. Tento proces je také známý jako průchozí pokovování.

Galvanicky pokovené otvory v deskách plošných spojů jsou důležité pro celkový úspěch rozložení. Nesprávné umístění může způsobit výrobní problémy a zhoršit výkon konečného výrobku. Abyste se těmto problémům vyhnuli, je nutné otvory správně použít.

Ztrátová tečna

Aby bylo možné určit ztrátový tangens, měli by inženýři zabývající se integritou signálu znát materiál, z něhož jsou desky s plošnými spoji vyrobeny. Používané materiály jsou často kombinací skla a pryskyřice. Různé typy těchto materiálů mají různé ztrátové tangenty. V některých případech nemusí výrobce poskytovat hodnoty ztrátového tangentu pro materiály, které používá, takže inženýři integrity signálu je musí určit sami.

Ztrátový tangens materiálu je měřítkem množství elektromagnetické energie, kterou materiál pohlcuje při určité frekvenci. Materiály s nízkým ztrátovým tangentem snižují přenosové ztráty. Mezi další faktory, které mohou ovlivnit výkon, patří drsnost povrchu a rozlišení nanášení vrstev. Kromě toho je dalším důležitým faktorem tepelná vodivost, která určuje, jak dobře materiál vede teplo. Špatná tepelná vodivost omezuje výkon zařízení a může omezit výkonnost zásobníku.

Dielektrická konstanta

Při výrobě desek plošných spojů je důležité znát dielektrickou konstantu použitých materiálů. Jedná se o důležitý parametr, protože vám pomůže vybrat správný laminát. Většina dodavatelů laminátů vám tuto informaci poskytne, stejně jako frekvenci a obsah pryskyřice. Dielektrickou konstantu desky plošných spojů můžete také vypočítat pomocí aplikace, jako je Altium Designer. Případně můžete použít simulační nástroj, jako je Simberian.

Materiály desek plošných spojů se obvykle vyrábějí ze skleněné tkaniny, mědi nebo plastu. Různé typy těchto materiálů mají různé dielektrické konstanty, které ovlivňují jejich elektrické vlastnosti. Dielektrická konstanta (nazývaná také rozptylový faktor) udává množství náboje, které může existovat mezi dvěma vodiči, když je mezi nimi přivedeno napětí. Tato vlastnost určuje rychlost, jakou ve vodiči teče proud.

Zkoušky vlivu prostředí na desky s plošnými spoji

Výroba elektronických zařízení, jako jsou desky s plošnými spoji, musí projít řadou testů vlivu prostředí, včetně testů vlhkosti a teplotních šoků. Tyto testy určí, zda deska s plošnými spoji odolá působení vlhkosti a koroze. Deska plošných spojů může být rovněž podrobena funkční zkoušce. Tento typ testu simuluje skutečné provozní podmínky a poskytuje okamžitou zpětnou vazbu o kvalitě projektu. Stále častěji se používá pro malosériovou výrobu, aby se zajistilo, že každá deska splňuje všechny požadavky na kvalitu pro použití v provozu.

Zkoušky vlivu prostředí na desky s plošnými spoji používané při výrobě elektroniky jsou nezbytné pro zajištění jejich spolehlivosti. Ačkoli tyto zkoušky nejsou vždy vyžadovány zákonem, jsou nezbytné pro spolehlivost elektronických výrobků a zajišťují, že fungují tak, jak mají. Je důležité vybrat si zkušeného smluvního výrobce elektroniky, který má k provádění těchto testů potřebné vlastní vybavení.

Jak vytisknout desku plošných spojů

Jak vytisknout desku plošných spojů

V tomto článku se dozvíte, jak vytisknout desku plošných spojů. Dozvíte se také o materiálech, funkcích a kontrole pravidel návrhu. Během několika hodin si budete moci vytvořit vlastní desku plošných spojů. Dalším krokem je příprava desky plošných spojů pro proces leptání. Nejprve je třeba odříznout přebytečnou měď z jádra. Poté budete muset zakrýt měď, která bude vystavena působení chemické látky.

Deska s plošnými spoji

Deska s plošnými spoji je pevná plochá deska, na které jsou umístěny elektronické součástky v zařízení. Skládá se z několika vrstev, které jsou navzájem propojeny měděnými cestami. Desky s plošnými spoji se běžně používají v počítačích a dalších elektronických zařízeních. Existují dva základní typy desek s plošnými spoji: hlavní systémová deska, známá také jako základní deska, a menší desky, které se zapojují do slotů na hlavní desce. Dalším typem jsou ohebné desky s plošnými spoji.

Desky s plošnými spoji se vyrábějí z různých materiálů včetně mědi. Téměř vždy jsou uspořádány v párech. Počet vrstev a provedení propojení napovídá o složitosti desky. Větší počet vrstev obvykle umožňuje větší flexibilitu směrování a lepší kontrolu integrity signálu. Více vrstev však také zvyšuje náklady a složitost výrobního procesu. Počet průchodek na desce s plošnými spoji je rovněž důležitý pro určení velikosti a složitosti desky. Průchodky se používají k usnadnění úniku signálů ze složitých integrovaných obvodů.

Funkce

Základem většiny elektronických zařízení jsou desky s plošnými spoji (PCB). Tyto desky jsou vyrobeny z mědi a poskytují mechanickou podporu a elektronické cesty pro elektronické součástky, které tvoří zařízení. Tyto desky existují téměř stejně dlouho jako technologie samotná. Proto jsou nezbytné pro mnoho různých elektronických aplikací, od televizorů až po kalkulačky.

DPS se skládá z několika vrstev vodivého a izolačního materiálu. Vodivé vrstvy jsou obvykle měděné plechy, které jsou laminovány na nevodivý podklad. Tyto vrstvy slouží k řízení toku elektrického proudu.

Kontrola pravidel pro navrhování

Jedním z nejdůležitějších kroků před tiskem desky plošných spojů je provedení kontroly návrhových pravidel. Tento postup umožňuje konstruktérům zajistit, aby jimi vytvořený návrh splňoval všechny potřebné výrobní a rozměrové tolerance. Vzhledem k tomu, že výrobní proces bude vždy obsahovat odchylky, musí s nimi konstruktéři ve svých návrzích počítat. Tato rezerva zvyšuje pravděpodobnost správně fungujících dílů.

Provedení této kontroly je dobrým zvykem při návrhu desky plošných spojů. Návrh DPS může být složitý a časově náročný. Provedení kontroly návrhových pravidel vám může ušetřit mnoho času a úsilí.

Tuhost

Pevná deska s plošnými spoji je vyrobena pomocí několika vrstev vodivých materiálů o stejné tloušťce na obou stranách. Jedná se o univerzální konstrukční variantu, která využívá leptané měděné plechy a spojovací cesty pro podporu elektrických komponent. Tento typ desky lze navrhnout a vytisknout pomocí inkoustové nebo laserové tiskárny. Důležitým faktorem, který je třeba mít na paměti při vytváření pevné desky plošných spojů, je udržet všechny elektrické součástky na stejném místě.

Přestože mají pevné desky plošných spojů široké využití, nejsou vhodné pro každý návrh. Například zdravotnická zařízení jsou často vystavena vysoké vlhkosti a nepříznivým teplotám. Pevné desky plošných spojů jsou však preferovaným řešením v průmyslových odvětvích, kde musí komponenty zůstat pevně na místě, jako jsou například stroje v kokpitech letadel a pomocné energetické jednotky.

Bezbarvý tisk

Pokud chcete tisknout na desku plošných spojů bez použití barevného inkoustu, existuje několik metod. Tisk na desky plošných spojů spočívá v nanesení průhledné fólie, na kterou je nanesena fotocitlivá fólie. Fólie obsahuje chemické látky, které reagují s ultrafialovými paprsky a vytvrzují fotorezistenci pod ní. Čirá fólie umožňuje světlu proniknout do určitých oblastí desky a fotorezistence na mědi pod ní ztvrdne. Poté se k čištění fólie použije alkalický roztok.

Inkoustový tisk

Inkoustový tisk je nový způsob výroby desek plošných spojů. Eliminuje potřebu nákladného a časově náročného zpracování fotografií a dalších kroků ve výrobním procesu. Tento proces také snižuje plýtvání materiálem, protože odpadá potřeba fotomateriálů a s nimi spojené náklady a nároky na skladování. Jeho schopnost přímého tisku na desku umožňuje tisknout vodivé stopy na desku bez leptání materiálu.

Proces inkoustového tisku na desku plošných spojů není náročný a lze jej provést pouze pomocí laserové nebo termální tiskárny. Inkoustové barvy mohou vytvářet prvky o velikosti 75 um nebo menší. Jsou také chemicky odolné a nelepí se. Jejich tvrdost se pohybuje v rozmezí tří až čtyř H, díky čemuž jsou odolné vůči mnoha běžným leptadlům.

Jak sledovat desky plošných spojů

Jak sledovat desky plošných spojů

Šířka stopy PCB

Jedním z nejdůležitějších prvků návrhu desky plošných spojů je šířka stopy. Šířka stopy je vzdálenost mezi dvěma sousedními součástkami na desce plošných spojů. Správná šířka stopy zabraňuje přechodným zkratům a rušení signálu. Obecným pravidlem je ponechat mezi paralelně běžícími stopami trojnásobek šířky stopy. Mezi další důležité aspekty při volbě šířky stopy patří to, kudy by měly vést napájecí, zemnicí a signální stopy. Nejlepší je nevést napájecí stopy od jedné součástky k druhé v řetězové konfiguraci. Kromě toho je třeba správnou šířku stopy vypočítat na základě očekávaných proudových požadavků desky s plošnými spoji.

Šířku stopy lze určit pomocí kalkulátoru šířky stopy na desce plošných spojů. Tato kalkulačka používá k odhadu šířky stopy PCB různé hodnoty, jako je tloušťka mědi, plocha průřezu a vodivý materiál. Široká stopa může přispívat k nerovnoměrnému zahřívání, což má za následek špatné pájecí spoje. Navíc malé dvoukolíkové součástky, které jsou připojeny k velké části kovu na podložce, mohou být při přetavování pájky na jednom konci vytaženy nahoru. Tento problém se nazývá tombstoning a vyžaduje ruční přepracování.

Tloušťka stopy PCB

Tloušťka stopy na desce plošných spojů je důležitým faktorem při návrhu. Nesprávná tloušťka by mohla vést k jiskření a poškození připojených součástek. Naštěstí existují kalkulačky tloušťky stop plošných spojů, které konstruktérům pomáhají určit nejlepší tloušťku stop pro konkrétní návrh. Tyto kalkulačky mohou také pomoci určit šířku stopy DPS.

Nejběžnější tloušťka stopy PCB je 1 oz, i když může být o něco silnější se speciální specifikací. Měděné stopy mají tendenci se zahřívat, když jimi protéká proud, proto je důležité použít vhodnou tloušťku pro návrh desky plošných spojů. Kromě určení tloušťky stopy DPS je důležité, aby celková smyčka obvodu byla tepelně stabilní.

Kromě šířky stopy byste měli vzít v úvahu také průtok napětí a proudu deskou plošných spojů. Tyto dva faktory jsou důležité, protože určují, jak dobře deska zvládne tok proudu. Norma IPC-2221 obsahuje hodnoty pro tloušťku stopy, vnitřní a vnější vrstvy a teplotu stopy. Tyto hodnoty se měří v ampérech a voltech. Použití správné šířky stopy může výrazně zlepšit výkon vašeho elektronického zařízení.

Proud ve stopě DPS

Sledování proudu na desce plošných spojů je při návrhu klíčovým úkolem. Je důležité vypočítat proudovou zatížitelnost desky plošných spojů, což lze provést pomocí vzorců. Proudová zatížitelnost desky plošných spojů závisí na několika faktorech, včetně provozní teploty a velikosti proudu, který musí procházet každou stopou. Kromě toho je třeba vzít v úvahu také šířku stopy.

Desky plošných spojů s vysokými jmenovitými proudy musí být tepelně izolovány, proto je vhodné použít tepelně odlehčující spoje a výřezy na desce, aby se zabránilo přehřátí součástek. Také pokud je stopa příliš úzká nebo má příliš málo mědi, můžete použít další pájku. Tím se zvětší tloušťka stopy a sníží její odpor, čímž se umožní průchod většího proudu.

Spojení stop na desce plošných spojů

Vazba mezi stopami na desce plošných spojů označuje přeslechy, ke kterým dochází mezi dvěma signály, které procházejí stejnou vrstvou na desce. Vzdálenost mezi dvěma stopami na stejné vrstvě určuje, jak velká je vazba. Čím větší je vzdálenost mezi stopami, tím menší je vazba. Délka jedné stopy je úměrná frekvenci signálu.

Když proud protékající jednou stopou desky plošných spojů protne sousední stopu, vytvoří elektrické pole a vyvolá elektromotorickou sílu. Tento jev se řídí druhým Faradayovým indukčním zákonem a může ohrozit integritu signálu na stejné stopě.

Použití DMM k měření odporu stopy

Trace resistance je odpor stop desky plošných spojů. Je to důležitý parametr, protože příliš vysoký nebo příliš nízký odpor stop může ovlivnit funkčnost obvodu. Může také vést k problémům při návrhu nebo realizaci. Proto je důležité porozumět stopovému odporu, abyste zajistili bezproblémový chod obvodů.

Nejjednodušší metodou měření odporu stopy je použití digitálního multimetru. DMM rozumí Ohmovu zákonu a dokáže vypočítat odpor jednoduše změřením úbytku napětí. Tento přístup však funguje pouze v případě, že je rezistor izolovaný. Budete muset připojit sondy multimetru k rezistoru a poté obvod zapnout.

Použití DMM k měření odporu stop na desce plošných spojů vám pomůže zjistit, zda určitá součástka selhává. Pokud je stopový odpor na desce plošných spojů příliš vysoký, můžete zjistit, zda je součástka vadná. Odpor součástky se zvyšuje s rostoucí teplotou.

Jak vytvářet spoje na desce plošných spojů

Jak vytvářet spoje na desce plošných spojů

Na desce plošných spojů lze vytvořit spoje mnoha různými způsoby. Tento článek se zabývá různými metodami, například použitím pájecího hrnce a myšího kousátka. Tato metoda je také užitečná při připojování součástek nebo testování součástek. Postup není složitý a vyžaduje jen velmi málo znalostí. Před zahájením je nejlepší pečlivě sledovat pokyny.

Pájecí pasta

Pájecí pasta se používá při osazování prototypů desek plošných spojů a při hromadném osazování desek plošných spojů k vytváření elektrických spojů na deskách plošných spojů. Šablona vede pájecí pastu do požadovaných oblastí. Pastu je třeba nanášet v tenké vrstvě na povrch desky plošných spojů. Tím se zabrání tomu, aby pokryla celou desku, což může mít za následek odpadávání součástek. Před použitím je třeba nechat pastu dosáhnout teploty 22 až 28 stupňů. Pokud je pasta příliš studená, nepřilne k desce plošných spojů a způsobí odpadnutí součástek. Pastu nelze rychle zahřívat, aby se zvýšila její teplota. Musí se nechat pomalu vychladnout.

Výrobci pájecích past poskytují doporučení pro teplotní profil přetavení. Ideální teplotní profil zahrnuje postupný nárůst teploty, který aktivuje tavidlo. Jakmile se tavidlo aktivuje, pájka se roztaví. Tato doba, nazývaná doba nad kapalinou (TAL), musí být doprovázena rychlým ochlazením.

Pájecí hrnec

Než začnete pájet spoje na desce plošných spojů, musíte nastavit pájecí hrnec na správnou teplotu. Ideální teplota je přibližně 250-260 stupňů Celsia. O správné teplotě pájky se přesvědčíte tak, že do pájecího hrnce vložíte proužek novin a budete sledovat změnu barvy. Pájka by se měla jevit jako světle hnědá, zatímco černá, hořící nebo žádná změna je považována za špatnou. Ujistěte se, že pájka má správnou konzistenci a že neobsahuje strusku, což je matný nebo zkorodovaný povrch. Pokud této teploty nedosáhnete, musíte přidat další pájku a pracovat tak dlouho, dokud nedosáhnete požadované teploty.

Pájecí nádoba 10 má zpravidla obdélníkový tvar a vstupní a výstupní tunel. Obsahuje také čerpací zařízení pro čerpání pájky do vln. V tomto typu hrnce se používá motor a řemenový pohon k pohonu oběžného kola, které je umístěno ve spodní části hrnce. Čerpací zařízení obsahuje těsnicí klapku umístěnou nad vstupním a výstupním tunelem a horní část, která je izolovaná. Čerpací mechanismus má kryt ve tvaru obráceného pohárku, který zabraňuje přístupu vzduchu během nanášení pájky.

Myší kousnutí

Myší kousnutí jsou malé otvory na desce plošných spojů, které vám pomohou vytvořit spojení. Běžně se nacházejí v rozích. Mohou být také užitečné pro umístění součástek v jedné řadě. Musíte si však být jisti, že jsou dobře umístěny a nebudou způsobovat problémy. Pokud jsou otvory příliš malé nebo příliš velké, může dojít k poškození součástek. Proto je důležité pečlivě naplánovat rozložení desky plošných spojů, než začnete vrtat.

Velikost otvorů ve vylamovacích kartách se u jednotlivých desek liší. Obecně má deska pět otvorů, přičemž každý z nich má průměr zhruba 0,020 palce nebo 0,5 mm. Tyto otvory jsou od sebe vzdáleny minimálně 0,76 mm, ale některé desky tyto specifikace nedodržují. V takovém případě bude možná nutné vyvrtat menší otvory, aby nedošlo k většímu zakousnutí myši. Zásadní je také umístění otvorů uvnitř vylamovací karty. Je lepší je vrtat spíše u okraje desky plošných spojů než uprostřed desky plošných spojů.

Konektory mezi deskami

Konektory mezi deskami jsou konektory, které spojují dvě nebo více desek. Musí být schopny přizpůsobit se různým rozměrovým rozdílům na deskách plošných spojů. Tento rozměrový rozdíl se nazývá stack height a musí být zohledněn v konstrukci konektoru. Konektory jsou obvykle navrženy tak, aby poskytovaly rozsah 6 až 12 mm. To jim umožňuje přizpůsobit se různým velikostem pinů a osovým vzdálenostem.

Kromě toho, že konektory typu board-to-board umožňují přidávat na desky plošných spojů další funkce a vlastnosti, umožňují také snížit náklady na konstrukci a výrobu. Jsou také ideální pro snížení prostorových nároků tím, že eliminují potřebu dalších konektorů.

 

Kolik stojí deska s plošnými spoji?

Kolik stojí deska s plošnými spoji?

Pokud máte zájem o desku s plošnými spoji, možná vás zajímá, kolik bude stát její výroba. Tento článek se zabývá náklady na materiál, montáž a testování desky plošných spojů. Budete moci porovnat náklady z různých zdrojů a učinit informované rozhodnutí pro svůj projekt.

Náklady na desku s plošnými spoji

Cena desky s plošnými spoji závisí na řadě faktorů, například na použitých součástkách a výrobním procesu. Čím složitější je součástka, tím vyšší je cena desky s plošnými spoji. Chcete-li snížit náklady, používejte standardní komponenty a standardní požadavky na zpracování. Dobrým způsobem, jak identifikovat zbytečné náklady, je analýza kusovníku.

Náklady může ovlivnit také velikost a typ desky s plošnými spoji. Menší dvouvrstvé desky plošných spojů mohou být dražší než větší desky plošných spojů 3 × 6. Smíšené měděné hmotnosti jsou také dražší a jejich výroba vyžaduje více času. Silnější a dražší materiály mají navíc delší dodací lhůty, proto je před konečným rozhodnutím vezměte v úvahu.

Tloušťka desky plošných spojů hraje také roli v její ceně. Výroba třívrstvé desky plošných spojů je podstatně dražší než výroba jednovrstvé desky plošných spojů. Na cenu má vliv počet vrstev, použitý materiál a velikost desky. Více vrstev znamená více práce, takže cena konečného výrobku se zvyšuje.

Náklady na materiály PCB

Náklady na materiály pro desky plošných spojů jsou jedním z klíčových faktorů, které určují výrobní náklady. Cenu materiálů ovlivňuje řada faktorů, včetně velikosti, hmotnosti a typu desky. Například cena měděné fólie tvoří více než 50% celkových nákladů na silnější a tenčí desky plošných spojů.

Nejlepší materiály pro desky plošných spojů by měly být dostatečně odolné, aby vydržely fyzickou zátěž a udržely spojení komponent. Vysokofrekvenční desky plošných spojů vyžadují speciální materiály, například FR4. Kromě toho je třeba vzít v úvahu tepelné vlastnosti desky plošných spojů. Pokud je teplota nízká, budou zapotřebí materiály vyšší třídy.

Náklady na montáž desek plošných spojů se také liší v závislosti na složitosti návrhu, pracnosti a dalších faktorech. Náklady na montáž DPS jsou však obecně nižší, pokud je prováděna v nízkonákladovém zařízení. Sazby práce se liší podle velikosti desek plošných spojů a počtu součástek, které je třeba zapojit.

Náklady na osazení DPS

Jedním z největších faktorů ovlivňujících náklady na montáž desek plošných spojů je doba realizace. Jedná se o dobu potřebnou k dokončení výrobního procesu, a čím kratší je doba realizace, tím vyšší jsou náklady. Kupující by si měli uvědomit, že rychlejší doba obratu často zvyšuje náklady na montáž DPS až o třetinu. Měli by si také uvědomit, že zrychlená doprava stojí více než běžná doprava.

Náklady na osazení DPS se zvyšují, pokud je výroba DPS složitá a vyžaduje několik vrstev. Dostupnost desek ovlivňuje cenu, proto je nezbytné se poohlédnout po nabídce. Základní oboustranná deska stojí přibližně $16. Někteří výrobci desek plošných spojů si však za další vrstvy účtují příplatek.

Náklady na desku plošných spojů se také zvyšují, pokud je třeba desku plošných spojů přizpůsobit. To může zahrnovat velikost stop a povrchovou úpravu. Přizpůsobené DPS mohou také vyžadovat speciální montáž.

Náklady na testování PCB

Náklady na testování desek plošných spojů se značně liší v závislosti na složitosti desky a použité metodě testování. Některé metody, například testování v obvodu (ICT), jsou dražší než jiné. Testování v obvodu se zaměřuje na kontrolu každého jednotlivého prvku a elektronické charakteristiky desky. Vyžaduje vlastní lůžko s hřebíky a je ideální pro velkosériovou výrobu.

Speciální přípravky a nástroje jsou drahé. Vyžadují skladovací prostor, obtížně se demontují a vyžadují další pracovní sílu. Musí se také doobjednávat. V důsledku toho mohou být náklady na testování desek plošných spojů poměrně vysoké. Většina výrobců desek plošných spojů však nyní disponuje vlastními stroji s létajícími zkušebními sondami, což výrazně snížilo náklady na testování. Někteří výrobci navíc upouštějí od poplatků ET při objednávkách větších než určitá hodnota.

Další možností testování desek plošných spojů je funkční testování. Tento typ testování může odhalit vady, otevřené spoje a zkraty v obvodech. Pomáhá zajistit, aby byl proces osazování co nejpřesnější. Vyžaduje však dodatečné náklady, které se pohybují od $0,1 do $1 na sestavu DPS.

Výběr papíru pro tisk na desky plošných spojů

Výběr papíru pro tisk na desky plošných spojů

Při výběru typu papíru pro tisk na desky plošných spojů existuje několik různých možností. Některé možnosti představují termotransferový papír, jiné tonerový papír a fotografický papír. V závislosti na účelu tisku na desky plošných spojů můžete zvolit jeden nebo druhý.

Termotransferový papír

Termotransferový papír je speciální typ papíru, který se používá pro potisk desek plošných spojů. Papír se zahřeje na teplotu 150-180 °C a poté se na něj vytiskne schéma plošného spoje. Po vytištění přenosového papíru se lepená měď vyleptá roztokem persíranu amonného a očistí alkoholem.

Termotransferový papír lze použít pro jednostranný i oboustranný tisk na desky plošných spojů. Během tisku vytiskne laserová tiskárna na lesklou stranu termotransferového papíru schéma zapojení desky plošných spojů. Papír se poté zahřeje na teplotu 150 až 180 stupňů Celsia. Tím se papír zahřeje a nanese se na lepenou měď. Bonded Copper lze poté odstranit žehličkou nebo benzínem.

Metodu termotransferu lze použít s laserovými tiskárnami, ale nelze ji použít s inkoustovými tiskárnami. Po vytištění se termotransferový papír přenese na měděnou desku pomocí rychlého stroje na výrobu desek, žehličky nebo laminátoru. Tato metoda vytváří dobrou grafiku a obrázky na desce.

Tonerový přenosový papír

Tisk na desky plošných spojů obvykle vyžaduje tonerový přenosový papír. Tento papír má obvykle hnědou barvu. Tento typ papíru se používá v počáteční fázi výroby prototypů a vyznačuje se rychlou dobou realizace. Má podobný proces tisku jako laserové tiskárny. Není však reprodukovatelný. Možná budete muset s touto technikou experimentovat, abyste našli tu správnou pro své potřeby.

Před projektem tisku desek plošných spojů je nutné desku připravit. Díky tomu na ni toner lépe přilne. Někteří lidé otírají měď chloridem železitým, aby jí dodali "zrezivělý" vzhled, zatímco jiní ponoří desku do roztoku, aby vytvořili drsný povrch, na kterém bude toner držet. V každém případě je důležité, aby byla měď před použitím přenosového papíru s tonerem řádně očištěna a vysušena. Jinak toner na mědi nepřilne.

Po přípravě desky a tonerového přenosového papíru byste měli opatrně vystřihnout kus papíru o něco větší, než je potřeba pro váš návrh. Poté položte potištěnou stranu na surovou desku a zajistěte ji lepicím papírem. Dbejte na to, abyste během schnutí papíru nepřemisťovali desku plošných spojů.

Tisk desek plošných spojů lze provést pomocí laserové tiskárny nebo tonerového přenosového papíru. Tyto tiskárny produkují vysoce kvalitní výtisky a jsou schopny tisknout na různé materiály včetně dřeva. Tisk na desky plošných spojů vyžaduje vysoce kvalitní tiskárnu s nastavením vysokorychlostního tisku. Nejlepší způsob, jak získat přesný tisk, je použít laserovou tiskárnu. V některých případech můžete použít standardní tiskárnu HP, která je dobrou volbou pro tisk na desky plošných spojů.

Fotopapír

Tisk na desky plošných spojů lze realizovat pomocí fotografického papíru. Tento fotopapír je potažen speciálním inkoustem a používá se k výrobě vysoce kvalitních desek s plošnými spoji. Tento papír můžete použít také k tisku obrázků. Prvním krokem je nastavení kvality tiskárny na vysokou nebo normální a poté výběr požadované rychlosti. Po nastavení je třeba počkat, až deska s plošnými spoji zcela vychladne, a teprve poté ji nalepit na měděnou desku. I když se to může zdát jako složitý proces, ve skutečnosti existuje několik jednoduchých tipů a triků, které můžete použít pro vlastní tisk desek plošných spojů.

Acetátový papír je skvělou volbou pro tisk na desky plošných spojů. Tento typ papíru propouští více světla než jiné materiály. Je také obtížné na něj tisknout pomocí inkoustových tiskáren. Další možností pro rozvržení DPS je pergamenový papír. Tento typ papíru je ideální pro osvit fotografií a umožňuje průchod většího množství světla.

Při tisku na fotografický papír dbejte na to, aby nebyl příliš lesklý. Pokud se obáváte poškození desky, zvolte obyčejný papír. Fotopapír je vhodný i pro potisk desek plošných spojů. Má hladký povrch a neucpává otvory v desce.