Hvad bruges et printkort til?

Printkort bruges til at styre elektrisk strøm i elektronik. De indeholder komponenter som et batteri, en modstand og en kondensator. Hver af dem tjener et bestemt formål, så elektriciteten kan flyde fra højere til lavere spændinger. Det sikrer, at apparater får den korrekte mængde strøm. Du kan lære mere om printkort i denne artikel.

Enkeltlags PCB

Enkeltlags-kredsløbskort er et standardiseret design, der bruges til at understøtte korrekt samling af forskellige dele. Det giver mulighed for automatiseret produktion i store mængder. Enkeltsidede printkort kan bruges til at skabe komplekse kredsløb og endda komplette maskiner. Disse printkort produceres i standardmængder og indeholder standarddele, hvilket gør dem nemme at inspicere og reparere. Desuden er enkeltlags-printkort relativt billige.

Et enkeltlags printkort består af ét ledende lag, som normalt er kobber. Kobberet leder strømmen til forskellige komponenter langs en forud planlagt rute. De forskellige komponenter er forbundet til basislaget med puder og vias. Kortet sættes derefter på plads ved hjælp af et monteringshul.

Trykt kredsløbskort

Printkort bruges i mange forskellige sammenhænge. Et printkort kan f.eks. bruges til et kommunikationssystem, en selvkørende bil eller medicinsk udstyr. Disse printkort skal være holdbare og kraftige, og de kan blive udsat for barske kemikalier og høje temperaturer. Nogle af disse printkort er lavet af ekstra tykke metaller for at være holdbare.

Det grundlæggende printkort består af flere lag kobber, som regel arrangeret i par. Kompleksiteten afhænger af, hvor mange lag der bruges, og hvordan forbindelserne er udformet. Flere lag betyder flere muligheder for routing og bedre kontrol med signalintegriteten, men flere lag betyder også mere arbejde for producenterne. Valget af vias er en anden vigtig faktor. De giver mulighed for mere finjustering af printkortets størrelse og for at slippe af med signaler fra komplekse IC'er.

Induktor

En induktor er en resonanskomponent, som ændrer frekvensen af et elektrisk signal. En induktor har typisk en værdi på mellem to mikrohertz (mH) og ti mikrohertz (H). Denne type kredsløb har flere fordele i forhold til resistive komponenter og er derfor et almindeligt valg til filtrering af højfrekvente signaler. Det kan reducere DC-modstanden og den parasitære shuntkapacitans samt højfrekvensgennemstrømningen i et system. Men induktorer er ikke uden begrænsninger, og de kræver særlige overvejelser, når de bruges til bredbåndsmålinger på sub-millivolt-niveauer.

Induktorer på printkort er et populært valg til RF-applikationer. De er billige og kan fremstilles i store mængder. De er også velegnede til implanterbare systemer, fordi de kan tilpasse sig kroppens krumning.

Kondensator

Kondensatorer bruges i elektronik til en lang række formål. De er især nyttige i digitalt og elektronisk udstyr. Som navnet antyder, er kondensatorer lavet af tynde, ledende materialer, der er indlejret mellem to lag kobber. Det sker for at minimere den parasitære induktans og den elektromagnetiske interferens (EMI), som kondensatorerne genererer. Derfor er kondensatorer fremstillet af denne type materiale særligt nyttige til håndholdte apparater, computere og telekommunikationsudstyr.

For at udskifte en kondensator skal du først sørge for, at enheden er taget ud af stikkontakten og slukket. Åbn derefter kabinettet for at afsløre de mange flige og skruer. Hvis du ser, at hætten er beskadiget eller sprunget, kan du fjerne den og udskifte den med en ny.

Silketryk

Silketryk på printkort er en almindelig trykmetode, der kræver særlige trykfarver. Blæk, der bruges til dette formål, er typisk epoxybaseret og er ikke-ledende. Hvid blæk er den mest almindelige farve, men sort og gul blæk kan også bruges. Virksomheder kan også vælge, hvilken skrifttype de vil bruge. De fleste PCB-softwareprogrammer indeholder standardskrifttyper, men man kan også designe sine egne.

Når der skal vælges en skriftstørrelse, skal designeren først tage PCB-dimensionerne i betragtning. Det vil afgøre størrelsen på den tekst, der kan silketrykkes. Typisk bør skriftstørrelsen ligge mellem 35 og 50 mil. Linjernes bredde bør ikke være mindre end fem mil. Desuden skal linjerne på silketrykket være orienteret fra venstre mod højre og fra top til bund for at sikre læsbarheden.

Sådan bygger du et printkort for dummies

Det er lettere at lære at bygge et printkort, end du måske tror. Der er mange forskellige måder at lave et på. Det første skridt er at tegne et kredsløbsdiagram. Det kan sammenlignes med et spil "connect-the-dots", hvor du skal tegne linjerne, der forbinder de forskellige komponenter. Når du har tegnet diagrammet, vil programmet vise dig, hvordan du forbinder komponenterne med hinanden.

Trykt kredsløbskort

Et printkort (PCB) er et grundlæggende stykke elektronisk udstyr. Det består af ledende puder og indlejrede metaloverflader. Elektroniske komponenter loddes fast på disse puder. PCB'er kan have et, to eller flere lag af kredsløb. Formålet med et PCB er at sikre elektrisk forbindelse og stabilitet mellem alle komponenterne.

Når man arbejder på et printkort, er det vigtigt at forstå, hvordan komponenterne er forbundet. Hvis komponenterne placeres korrekt, vil det resultere i bedre ydeevne og signalkvalitet. Korrekt placering starter med placeringen af hovedkomponenterne, såsom CPU, hukommelse, analoge kredsløb og stik. Dernæst skal du bestemme placeringen af eventuelle hjælpedele, såsom afkoblingskondensatorer og monteringshuller. Du bør også overveje eventuelle fysiske forhindringer, såsom kabler, stik og monteringshardware, da disse kan forstyrre placeringen af visse dele.

Design af et printkort

Når man designer et printkort, er der flere faktorer, man skal overveje. For det første skal du sikre dig, at dit printkort opfylder alle komponentplaceringer og -krav. Derefter skal du overveje de fysiske dimensioner af komponenterne samt vægten og sporlængden på printkortet. Det er også vigtigt at overveje, hvordan komponenterne skal placeres på printkortet.

Printkortet har en række lag, og disse lag kaldes pads. Disse spor er ætset på pladen og svarer til de ledende ledninger i et kredsløb. Det er PCB-designerens opgave at føre disse spor i henhold til skemaet. De kan være lange eller korte afhængigt af de komponenter, de forbinder. De kan også dreje til højre eller venstre. På grund af printkortets lille fodaftryk er designerne nødt til at vide, hvordan de bedst fører sporene.

Valg af mindre komponenter

Når man bygger et printkort, er det vigtigt at vælge den rigtige komponentpakke til printkortets design. PCB Master hælder til større pakker, men der er nogle tilfælde, hvor det er nødvendigt med mindre pakker. Hvis man vælger en for lille pakke, kan det påvirke monteringsudbyttet og gøre det sværere at omarbejde printkortet. Det kan være mere omkostningseffektivt at omarbejde printkortet end at udskifte komponenterne.

Lodning

Hvis du er interesseret i elektronik og elektroniske projekter, har du sikkert hørt om lodning. Denne teknik går ud på at påføre en metallegering kaldet loddetin på elektroniske komponenter for at danne en stærk elektrisk forbindelse. Når loddeprocessen er færdig, kan du bruge et aflodningsværktøj til at fjerne delene. Den gode nyhed er, at du ikke behøver at have dyrt loddeværktøj for at komme i gang. Grundlæggende loddematerialer er alt, hvad du behøver til de fleste projekter.

Brug en klemme eller et stativ, når du lodder printkort. Forbered komponenterne, før du begynder. Sørg for at tjekke farvekoden for hver komponent for at undgå at begå fejl. Når du lodder modstande eller andre komponenter, skal du også bøje ledningerne, så de passer på printkortet. Sørg for ikke at overskride komponentens spændingsspecifikationer.

Ætsning

Når du ætser et printkort, skal du bruge den rigtige kemiske opløsning. Saltsyre eller hydrogenperoxid kan købes i ethvert byggemarked. Generelt er en liter af hvert kemikalie nok til at ætse masser af PCB'er. Det er dog vigtigt at sørge for, at du forbereder den kemiske opløsning, inden du starter processen. Derudover skal du bruge en plastbakke, der er stor nok til at rumme printkortet.

Efter fotolitografiprocessen skal du rengøre overfladen på pladen. I det sidste trin skal du fjerne tinbelægningen. Det er en midlertidig løsning, der beskytter det ønskede kobberlag.

Substrat

Når man skal bygge et printkort, er der mange faktorer, man skal overveje. En af de vigtigste ting at overveje er det materiale, som printkortet skal laves af. Der findes mange forskellige typer af materialer, herunder ledende og ikke-ledende. Den type substrat, du vælger, bør afhænge af den type projekt, du arbejder på.

Substrat er et materiale, der bruges til at fremstille printkort. Et enkeltsidet printkort består af et substrat og et lag basismateriale. Toppen af substratet er belagt med et tyndt lag kobber eller et andet ledende materiale. Derefter placeres en beskyttende loddemaske oven på kobberlaget. Toppen af pladen har også en sidste silketryksbelægning for at markere de forskellige elementer.

Sådan slår du et printkort op

Der er flere måder at slå et printkort op på og bestemme dets komponenter. Det første skridt er at kende komponenternes navne, som er varenumre. Dernæst skal man finde ud af, hvilken type komponent det er. Disse komponenter kan være modstande, kondensatorer, induktorer eller potentiometre. Modstandene vil være markeret med et ohm-målingsmærke. Ohm-symbolet ligner det græske bogstav Omega. Et eksempel er 100MO, som står for hundrede megaohm. Andre komponenter, der kan være på et kort, er oscillatorer og dioder, som er markeret med bogstavet D. Relæer er derimod normalt markeret med et K.

Reservedelsnumre

Reservedelsnumre bruges til at identificere dele på printkort. De gør det nemt at reparere eller udskifte dele og hjælper med at sikre integriteten af elektroniske enheder. Printkort fremstilles over måneder eller år, og deres design ændres ofte. Nogle printkort har også individuelle serienumre, som hjælper teknikere med at identificere den rigtige del i forbindelse med et problem eller en reparation.

Kobberlag

Når man designer et printkort, er det vigtigt at overveje kobberlagets tykkelse. Afhængigt af mængden af strøm, der skal transporteres, og typen af kredsløb kan kobbertykkelsen variere. For eksempel kræver printkort med høje strømniveauer mere kobber end et lavspændingskort. Normalt angives kobberlagets tykkelse i ounces pr. kvadratfod. Nogle printkort bruger dog to eller tre ounce pr. kvadratfod til kredsløb med høj effekt. En standard kobberplade på 30 gram pr. kvadratmeter er 34 mikrometer tyk.

Substrat

Printplader er ofte lavet af forskellige typer substrater. Den type materiale, et printkort er lavet af, bestemmer dets ydeevne. Substrater vælges normalt ud fra deres elektriske egenskaber, miljøegenskaber og formfaktor.

Strømskinner

Når du bygger kredsløb, skal du ofte tilslutte strøm til forskellige steder. Det gøres nemt med strømskinnerne. Hver strømskinne er mærket med + eller - og kan have en rød, blå eller sort stribe.

Transistorer

Hvis du vil være sikker på, at en transistor er kompatibel med et bestemt kredsløb, skal du vide, hvordan du slår dens varenummer op på et printkort. De fleste transistorer har et varenummer, som normalt starter med "2N". Dette varenummer angiver normalt transistortypen og er ikke nødvendigvis et standardformat.

Lysdioder

LED-printkort er en af de mest populære typer printkort. De bruges i stort set alle typer kredsløb i dag. For at slå et printkort op skal du først downloade Kicad-softwaren. Når du har downloadet den, skal du pakke Kicad-designfilerne ud. Disse filer inkluderer Pro, CMP, Kicad PCB-layout og skema.

Modstande

Modstande på et printkort spiller en afgørende rolle i et kredsløb. Hvis modstandene bliver beskadiget, kan det føre til fejl. Når du vælger en modstand, skal du overveje dens maksimale strømkapacitet. Hvis modstanden har for lav kapacitet, vil den ikke beskytte dine elektriske komponenter mod store strømsvingninger. Der findes højeffektmodstande til applikationer med høj strømstyrke.

Induktorer

Der er et par vigtige egenskaber, man skal kende, når man vælger induktorer. For det første skal du kende induktorens selvresonansfrekvens. Den skal være mindst 1,5 gange driftsfrekvensen. Du skal også kende DC-modstanden og impedansen. Disse egenskaber er afgørende, når man skal vælge induktorer, der skal filtrere elektromagnetisk interferens.

Hvordan fremstilles printkort?

En af de vigtigste komponenter i ethvert printkort er forbindelseshullerne. Disse huller bores i et præcist mønster, så kredsløbene kan forbindes med hinanden. Automatiserede boremaskiner bruger numerisk styrede borefiler, også kaldet excellonfiler, til at bestemme, hvor der skal bores, og hvor store hullerne skal være. Afhængigt af printkortets struktur kan boringen udføres et lag ad gangen eller i lag før laminering.

PCB'er med flere lag

Et flerlags printkort er et printkort med mere end tre lag. Disse printkort bruges i en lang række enheder, fra husholdningsapparater til medicinsk udstyr. Typisk skal et printkort have mindst fire lag for at fungere ordentligt. Denne teknologi bliver mere og mere udbredt i husholdningsapparater og bliver mere og mere almindelig i medicinsk udstyr som røntgenmaskiner og CAT-scanningsudstyr.

Processen med fremstilling af printkort i flere lag involverer brug af vævet glasvæv og epoxyharpiks. Epoxyharpiksen hærdes derefter og danner kortets kerne. Bagefter limes kernen og kobberpladerne sammen med varme og tryk. Det resulterer i et flerlags printkort med ensartede egenskaber.

En anden fremstillingsproces er panelisering, som er processen med at kombinere flere små printkort på et enkelt panel. Denne teknik kombinerer flere forskellige designs på ét stort kort. Hvert panel består af en ydre værktøjsstrimmel, der har værktøjshuller, panelreferencer og en testkupon. Nogle paneler har også en skraveret kobberstøbning for at forhindre bøjning under paneliseringsprocessen. Panelisering er almindeligt, når komponenter er monteret tæt på kanten af en printplade.

Klasse 2 og 3 PCB'er

Selv om de fleste producenter af printkort i klasse 2 og klasse 3 overholder de samme standarder, er der et par vigtige forskelle mellem disse to klasser. Klasse 2-kort fremstilles typisk til produkter, der ikke udsættes for ekstreme miljøforhold, ikke er kritiske for slutbrugeren og ikke er underlagt strenge test. Klasse 3-kort er derimod designet til at opfylde de højeste standarder og skal give kontinuerlig ydelse og minimal nedetid. Den største forskel mellem de to klasser er kravene til kortdesign og fremstillingsproces.

Klasse 2- og 3-printkort fremstilles i henhold til IPC-6011-standarderne. Disse standarder beskriver kravene til printkort i klasse 1, klasse 2 og klasse 3. Der findes også nyere IPC-standarder kaldet klasse 3/A. Disse er designet til militær flyelektronik og rumfartsapplikationer. Klasse 1- og klasse 2-printkort skal opfylde IPC's Rigid-, Flex- og MCM-L-standarder.

Enkeltsidede printkort

Enkeltsidede printkort (PCB'er) er et almindeligt og relativt let at designe printkort. Derfor kan de fleste producenter og designere designe og bygge disse kort. Enkeltsidede printkort er også nemmere at producere end printkort med flere lag. Derfor kan næsten alle printkortproducenter fremstille dem. Enkeltsidede printkort bestilles oftest i store mængder.

Enkeltsidede printkort er typisk lavet af FR4-materiale, et glasfiberlignende stof blandet med epoxy. Materialet er formet i flere lag, hvor hvert lag indeholder et lag ledende materiale. Ledningerne loddes derefter til kobberskinner på komponentsiden. Enkeltsidede printkort blev oprindeligt brugt til at fremstille prototypekredsløb, men da efterspørgslen efter overflademonterede komponenter voksede, blev de erstattet af printkort med flere lag.

Enkeltsidede printkort er den enkleste og billigste form for printkort. De har et enkelt lag ledende kobber over substratet. Desuden er der ingen gennemgående huller i enkeltsidede printkort. Som sådan er de mest velegnede til design med lav densitet. De er nemme at fremstille og fås ofte med kort leveringstid.

Flex PCB'er

Der er flere trin i produktionen af fleksible printkort. Det første trin er at designe printets layout. Det kan gøres ved hjælp af CAD-værktøjer som Proteus, Eagle eller OrCAD. Når layoutet er designet, kan monteringsprocessen begynde.

Det næste skridt er at trække lederne. Bredden på lederne skal indstilles til en standard for enheden. Antallet af ledere kan dog variere afhængigt af designet. Standardlederbredden er nødvendig for et kredsløb, der kræver en vis procentdel af kredsløbsstrømmen. Afhængigt af designet kan hullernes diameter også variere.

Når skabelonen er blevet ætset, skæres flexkredsløbet ved hjælp af en proces, der kaldes "blanking". Til denne proces bruges et hydraulisk stempel- og matricesæt, men værktøjsomkostningerne kan være høje. En anden mulighed er at bruge en skærekniv. En blanking-kniv er et langt barberblad, der bøjes i form af flexkredsløbets omrids. Den sættes derefter ind i en åbning i en bagplade, normalt MDF eller krydsfiner.

Typer af printkort

PCB-kort findes i mange typer. Der er stive, konventionelle, flerlags og enkeltsidede varianter. Hver har et specifikt formål og en specifik anvendelse. Læs videre for at lære mere om printkort. Disse kort bruges blandt andet til masseproduktion, radio, printere og solid state-drev.

Stive PCB'er

Stive printkort består af flere lag, hvor det første lag er substratet. Typisk er dette lag lavet af FR4-glasfiber, som er stivere end phenol og epoxy. Det indeholder også kobberfolie, som hjælper med at overføre data ad forskellige veje.

Stive printkort bruges til tunge og lette opgaver og er meget holdbare. De er ikke udsat for forvrængning og kan modstå høje temperaturer og stress. Det gør dem ideelle til apparater og elektroniske enheder. Desuden er de RoHS-kompatible. De kan også nemt repareres og samles.

Stive printkort har mange anvendelsesmuligheder i bilindustrien. De kan bruges i køretøjer af moderat til stor størrelse. På grund af deres højtemperaturlaminater beskytter de kredsløbene mod det barske miljø og motorvarmen. Derudover kan de bruges i AC/DC-strømomformere. Stive printkort bruges også til flyelektronik, herunder flyinstrumenter og hjælpeenheder.

Stive printkort er den mest almindeligt fremstillede type printkort. De er lavet af faste substratmaterialer, som forhindrer printkortet i at blive deformeret. Et computerbundkort er et eksempel på et stift printkort. Det er lavet af mange lag og forbinder alle computerens dele med hinanden. Stive printkort kan være enkeltsidede, dobbeltsidede eller endda i flere lag.

Konventionelle PCB'er

Konventionelle PCB'er er aromatiske kulbrinteforbindelser, der består af to benzenringe, som er forbundet med en kulstof-kulstof-binding. Disse forbindelser indeholder op til ti kloratomer og kan eksistere i en række forskellige former, fra gullige harpikser til tyktflydende væsker. De resulterende materialer har fremragende dielektriske egenskaber og er modstandsdygtige over for høje temperaturer og kemisk nedbrydning. Disse materialer nedbrydes ikke af lys, så de kan bortskaffes sikkert uden at skade miljøet.

Konventionelle printkort kan kategoriseres i to hovedtyper: stive og fleksible. Stive printkort er den mest almindelige type printkort og bruges oftest til enheder, der kræver, at et printkort forbliver i én form. Disse printkort kan være enkelt- eller dobbeltlagede. De er generelt billigere end fleksible printkort.

Enkeltsidede og dobbeltsidede printkort har begge deres fordele og ulemper. Enkeltsidede printkort er nemme at designe og fremstille og kan købes til en lav pris i bulkordrer. De er velegnede til kredsløb med mellemliggende kompleksitet. Almindelige eksempler er strømforsyninger, instrumentering og industriel styring.

PCB'er med flere lag

Højteknologiske flerlags printkort er designet til at opfylde kravene i komplekse industrielle opsætninger. De kan fremstilles med fire, otte, ti, tolv og fjorten lag. PCB'er med flere lag er velegnede til applikationer, der kræver robusthed, som f.eks. medicinsk udstyr og militær hardware.

PCB'er med flere lag består typisk af kobber og isolerende lag. Et korrekt design af disse print er afgørende for en bedre elektrisk ydeevne. Men et dårligt designet kort eller et forkert materialevalg kan forringe den samlede ydeevne og føre til højere emissioner og krydstale. Desuden kan forkerte lag øge printkortets følsomhed over for ekstern støj.

Et flerlags printkort er dyrere end et standard printkort. Fremstillingsprocessen for flerlagskort er mere kompleks og kræver detaljerede produktionstegninger og ekstra jordplaner. Det er mere effektivt at skabe disse outputfiler med moderne CAD-software. Et flerlags-printkort kan rumme flere kredsløb på et enkelt kort og giver mere plads.

Enkeltsidede printkort

Enkeltsidede printkort, også kendt som enkeltsidede PCB'er, er en type printkort med kun ét lag ledende materiale. Kortet har en side, hvor de elektroniske komponenter er monteret, og den anden side er der, hvor kredsløbet er ætset. Disse enkeltsidede printkort er nemme at fremstille og har lavere omkostninger end dobbeltsidede printkort. Enkeltsidede printkort bruges i vid udstrækning i en række forskellige elektroniske enheder.

Enkeltsidede printplader bruges til meget enkle, billige elektriske apparater. Eksempler på disse enheder er LED-belysningskort, radioer, timing-kredsløb og strømforsyninger. Enkeltsidede printkort anbefales dog ikke til komplekse projekter. De er måske ikke i stand til at levere nok funktionalitet til dit projekt.

Enkeltsidede printkort bruges ofte til prototyper og hobbyprojekter. De er lette og kan modstå mange forskellige forhold. Desuden er de nemme at udskifte. Nogle af fordelene er montering med høj densitet, montering af elementer med høj densitet og mekanisk fastgørelse.