Иллюстрированная история печатных плат

Иллюстрированная история печатных плат

The first printed circuit board (PCB) was developed in the 1930s by Paul Eisler, who studied engineering and was a magazine editor before taking up the field of electrical engineering. Eisler had the idea that printing on paper could be used for more than just newspapers. He developed the idea in a tiny one-room flat in Hampstead, London.

Moe Abramson

The history of printed circuit boards has been influenced by many technological developments. Some of the first PCBs were created by Moe Abramson, a computer engineer who helped develop the auto-assembly process. Abramson also developed copper foil interconnection patterns and dip soldering techniques. His process was later improved upon, and his work led to the standard process of manufacturing printed circuit boards.

The printed circuit board is a circuit that mechanically supports and electrically connects electronic components. It is typically made from two or more layers of copper sheets. Its manufacturing process allows for higher component density. It also has plated-through holes for electrical connections. More advanced PCBs also incorporate embedded electronic components.

Stanislaus F. Danko

The history of printed circuit boards dates back to the mid-20th century. Before that, electronic components had wire leads and were soldered directly to the PCB’s trace. The first auto-assembly process was developed by Moe Abramson and Stanislaus F. Danko, who were members of the U.S. Signal Corps. They patented this process, and it has since become the standard method of printed circuit board fabrication.

Printed circuit boards are an important part of electronic devices. From their humble beginnings in the mid-19th century, they have become commonplace. Their evolution has been driven by rising consumer demands. Today’s consumers expect instant response from their electronic devices. In 1925, Charles Ducas developed a process called “printed wire” to reduce the complexity of wiring. Dr. Paul Eisler built the first operational PCB in Austria in 1943.

Harry W. Rubinstein

The history of printed circuit boards has been largely shaped by a man named Harry W. Rubinstein, who served as a research scientist and executive with Globe-Union’s Centralab division from 1927 until 1946. Rubinstein was responsible for several innovations while at Centralab, including improved roller skates, spark plugs, and storage batteries. However, his most famous invention was the printed electronic circuit.

The history of printed circuit boards starts in the early 1900s, when electronic components used to be soldered onto a PCB. The PCB had holes for wire leads, and the leads were inserted through those holes and then soldered to the copper traces on the board. However, in 1949, Moe Abramson and Stanislaus F. Danko developed a technique that involved inserting component leads into a copper foil interconnection pattern and dip soldering them. This process was later adopted by the U.S. Army Signal Corps, and eventually became a standard way to fabricate printed circuit boards.

Surface mount technology (SMT) components

SMT is a technology that allows electronic components to be applied directly to the surface of a printed circuit board (PCB). This allows for more efficient production and a more compact design. It also reduces the number of drilled holes, which can result in a lower production cost. SMT components are also more robust and can withstand higher levels of vibration and impact.

The major advantage of surface-mount technology over through-hole components is that it is highly automated and reduces the number of failures during the welding process. In addition, SMT components are much cheaper to package than their THT counterparts, which means the selling price is lower. This is a huge advantage for those clients who are looking for large-volume printed circuit boards.

Multiple layers of copper

PCBs with multiple layers of copper are constructed from multiple layers of copper foil and insulating material. The copper layers may represent a continuous copper area, or they may represent separate traces. The conductive copper layers are connected to each other using vias, which are thin channels that can carry current. These conductive layers are often used to reduce EMI and provide a clear current return path. Listed below are some benefits of using copper on printed circuit boards.

Multilayer PCBs are more costly than single-layer boards. They are also more complex to manufacture and require a more complicated manufacturing process. Despite the high cost, they are popular in professional electronic equipment.

Электромагнитная совместимость

Electromagnetic compatibility (EMC) is an important aspect of a product’s design. EMC standards are a prerequisite for ensuring safe operation of products. The design of a PCB must be electromagnetically compatible with its components and environment. Typically, printed circuit boards do not meet EMC standards on the first pass. Therefore, the design process should be centered on meeting EMC standards from the beginning.

There are several common techniques to achieve electromagnetic compatibility. One method involves putting a ground layer on a PCB. Another method involves using ground grids to provide low impedance. The amount of space between the grids is important in determining the ground inductance of the circuit board. Faraday cages are another way to reduce EMI. This process involves throwing ground around the PCB, which prevents signals from traveling beyond the ground limit. This helps reduce the emissions and interference produced by PCBs.

Каково влияние гальванической коррозии на печатную плату?

Каково влияние гальванической коррозии на печатную плату?

Если вы когда-нибудь задумывались о том, как влияет гальваническая коррозия на печатную плату, то вы не одиноки. При этом виде коррозии соседние дорожки загрязняются раствором или ионной жидкостью, и между ними вырастают небольшие щели. Они могут вызвать короткое замыкание или даже вывести из строя функциональный блок печатной платы. Если коррозия затрагивает силовые линии печатной платы, то может произойти сбой в работе всего устройства.

Примеры гальванической коррозии на печатной плате

Гальваническая коррозия - это электрохимический процесс, при котором поверхность одного металла реагирует с поверхностью другого металла. Эта реакция протекает в присутствии электролита и обычно происходит между разнородными металлами. В первичных элементах этот процесс используется для создания полезного напряжения.

Процесс коррозии начинается при контакте влаги или ионной жидкости с открытой металлической деталью. При контакте начинается рост окислов металла, что приводит к коррозии поверхности. Этот процесс может затронуть и соседние печатные платы, вызывая короткое замыкание и разрушение всей платы.

Одним из способов минимизации гальванической коррозии является использование ингибиторов коррозии. Они эффективно снижают гальванический потенциал, но требуют постоянного контроля. Кроме того, они увеличивают проводимость воды. Поэтому при работе с печатными платами важно правильно их обслуживать.

Другим способом предотвращения гальванической коррозии является использование антиоксидантной пасты между медными и алюминиевыми электрическими соединениями. Эта паста состоит из металла с более низким электропотенциалом, чем у меди. Это позволит исключить контакт металлов друг с другом и свести к минимуму вероятность возникновения гальванической коррозии.

Гальваническая коррозия часто является следствием использования разнородных металлов в паяных соединениях. В связи с этим очень важно правильно выбрать материал для сопряжения разъемов. Материалы с одинаковым ионным потенциалом с большей вероятностью будут противостоять коррозии, чем материалы с разнородными металлами.

Процесс снижения степени гальванической коррозии печатной платы

Степень гальванической коррозии печатной платы может быть снижена различными способами. Первый способ предполагает анализ сети и поиск причин гальванической коррозии, второй - увеличение площади диска с органическим покрытием (OSP) в сети.

Медные площадки печатной платы защищены поверхностным покрытием, но влага может проникать под него. Попадая внутрь, влага вступает в реакцию с медью и запускает процесс коррозии. Затем этот процесс может распространиться вдоль трассы. Во многих случаях гальваническая коррозия возникает из-за контакта между двумя разнородными металлами, например медью на печатной плате и металлом компонента. Присутствие агрессивного электролита также увеличивает вероятность возникновения гальванической коррозии.

Гальваническая коррозия является распространенной проблемой в электронике, особенно в высокоскоростных устройствах. Она возникает при контакте двух разнородных металлов с электролитом. Когда два разнородных металла находятся в электрическом контакте, более реактивные атомы металла теряют электроны и окисляются. Это приводит к короткому замыканию.

Сохранение чистоты печатных плат имеет решающее значение для их долговечности и обеспечения долговечности устройств. Предотвращение коррозии начинается с содержания их в сухости и отсутствии жидкостей. Поэтому производители и разработчики печатных плат должны тщательно защищать свои платы от попадания влаги на открытые проводники.

Типичные виды коррозионных разрушений в электронике

Типичные виды гальванических коррозионных разрушений в электронных устройствах возникают вследствие различных процессов. Одним из них является образование водяной пленки на ПКП, что может привести к возникновению токов утечки и неправильному выходному сигналу электронного устройства. Другой тип коррозионного разрушения вызван дефектом в процессе производства. Этот вид коррозии часто приводит к короткому замыканию в коммутаторе.

Скорость коррозии зависит от нескольких факторов, включая температуру и окружающую среду. Присутствие влаги, росы или конденсата ускоряет процесс. Присутствие частиц пыли также увеличивает скорость коррозии, поскольку они удерживают влагу. Частицы пыли образуются из различных источников, включая почву/песок, дым, частицы сажи и солей.

Нержавеющая сталь и цинк являются примерами благородных и активных материалов. Чем больше относительная разница между двумя металлами, тем больше сила, действующая в процессе гальванической коррозии. Катод с большой площадью поверхности будет корродировать с высокой скоростью из-за большого тока.

Гальваническая коррозия является одной из основных проблем промышленного дизайна. Магний является высокоактивным конструкционным металлом. Он используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Соотношение площадей катода и анода также влияет на величину тока, возникающего при гальванической коррозии. Изоляционные прокладки между двумя металлами также могут снизить риск гальванической коррозии за счет изменения расстояния между ними.

Проблемы с шариками припоя в BGA-компонентах и их устранение

Проблемы с шариками припоя в BGA-компонентах и их устранение

Проблемы с шариками припоя в компонентах BGA являются распространенной проблемой, которая может привести к ухудшению качества компонентов. Эти проблемы вызваны отслоением или окислением шариков припоя. К счастью, способы их устранения просты и не требуют сложных технических знаний. Эти решения помогут вам предотвратить дальнейшее повреждение компонентов.

Отслоение шариков припоя

BGA-компоненты подвержены проблемам, связанным с шариками припоя, которые обычно называют "дефектами типа "голова в подушке"". Проблема возникает при механическом соединении двух металлических поверхностей, часто с помощью шарика припоя. Величина контакта между шариком и припоем варьируется в зависимости от процесса пайки, тепла и давления, приложенных к деталям. Было проведено несколько исследований с целью выяснения причин возникновения этого дефекта и способов его предотвращения.

Неисправный BGA может серьезно повлиять на функциональность изделия. Типичным способом устранения неисправности является замена поврежденного компонента на новый. Однако такое решение может оказаться проблематичным и дорогостоящим. Лучшей альтернативой является повторная сборка компонента BGA. Для этого специалисту необходимо удалить поврежденные компоненты и установить новый припой на оголенные участки.

Для предотвращения проблем с шариками припоя важно использовать правильное тестовое гнездо. Существует два типа тестовых гнезд: гнезда в форме когтя и гнезда с игольчатым острием. В первом случае шарик припоя расширяется и деформируется, а во втором - происходит удары и истирание шарика припоя.

Окисление шариков припоя

Проблемы окисления шариков припоя в BGA-компонентах являются растущей проблемой в производстве электроники. Эти дефекты возникают из-за неполного слияния шаров припоя BGA/CSP-компонентов с расплавленной паяльной пастой в процессе пайки. Эти дефекты затрагивают как бессвинцовые, так и паяные оловянно-свинцовым припоем сборки. Однако существуют способы уменьшения этих проблем.

Один из способов избежать этой проблемы - использовать полужидкую паяльную пасту. Это позволит избежать короткого замыкания шарика при нагреве. Для обеспечения прочного паяного соединения тщательно подбирается сплав припоя. Этот сплав также является полужидким, что позволяет отдельным шарикам оставаться отдельными от соседних шариков.

Еще одним способом предотвращения окисления шариков припоя является защита BGA-компонентов при транспортировке. При транспортировке или перевозке убедитесь, что BGA-компоненты помещены в поддон из нестатического пенопласта. Это задержит процесс окисления шариков припоя и гнезд.

Удаление шариков припоя

Удаление шариков припоя для BGA-компонентов - критически важный процесс. Если шарик припоя не будет удален должным образом, компонент BGA может быть поврежден и в результате изделие будет испорчено. К счастью, существует несколько способов удаления припоя с BGA-компонентов. Первый способ заключается в использовании вакуума для удаления остатков припоя. Второй способ - использование водорастворимого пастообразного флюса.

Во многих случаях наиболее экономически эффективным методом является замена шариков припоя. При этом шарики бессвинцового припоя заменяются на свинцовые. При этом компонент BGA сохраняет свою функциональность. Этот процесс гораздо эффективнее, чем замена всей платы, особенно если компонент используется регулярно.

Прежде чем приступить к работе, специалист должен изучить компоненты BGA. Прежде чем прикоснуться к устройству, он должен оценить размер и форму шариков припоя. Кроме того, необходимо определить тип используемой паяльной пасты и трафарета. Также следует учитывать тип припоя и химический состав компонентов.

Замена шариков припоя

Перепайка BGA-компонентов - это процесс, связанный с доработкой электронных узлов. Для этого требуется пайка оплавлением и трафарет. Трафарет имеет отверстия, в которые помещаются шарики припоя. Для достижения наилучших результатов трафарет изготавливается из высококачественной стали. Трафарет можно нагревать с помощью пистолета горячего воздуха или BGA-машины. Трафарет необходим для процесса восстановления BGA и помогает обеспечить правильное расположение шариков припоя.

Перед повторным нанесением BGA-компонентов необходимо подготовить печатную плату к этому процессу. Это позволит избежать повреждения компонентов. Сначала печатная плата предварительно нагревается. Это позволит шарикам припоя расплавиться. Затем роботизированная система удаления шариков припоя забирает ряд компонентов из матричного лотка. Она наносит флюс на шарики припоя. Затем выполняется запрограммированный этап предварительного нагрева. После этого динамическая волна припоя удаляет ненужные шарики с платы.

Во многих случаях замена BGA-компонента более экономична, чем замена всей платы. Замена всей платы может оказаться дорогостоящей, особенно если она используется в регулярно эксплуатируемом оборудовании. В таких случаях оптимальным вариантом является перепайка. Замена шариков припоя на новые позволяет плате выдерживать более высокие температуры, что повышает ее долговечность.

IMG 20210408 160709 180x180 - Лучшие компании по разработке и производству электроники

Лучшие компании по разработке и производству электроники

Методы обнаружения неисправностей печатных плат

Методы обнаружения неисправностей печатных плат

Существует несколько способов обнаружения неисправностей печатных плат. Среди них - рентгеновское излучение, анализ срезов и оптическая микроскопия. Каждый из этих методов полезен для выявления и оценки степени повреждения печатной платы. Однако не все эти методы подходят для каждого случая повреждения печатной платы. Например, трудно обнаружить повреждение от электростатического разряда. Он воздействует на компоненты, размягчая припой и вызывая многочисленные короткие замыкания. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо тщательно контролировать процесс производства.

Рентгеновские снимки

Рентгеновские снимки печатных плат являются полезным инструментом для выявления их неисправностей. Эти изображения позволяют выявить такие проблемы, как пустоты и следы припоя. Эти проблемы могут возникать из-за выходящих газов или перегрева припоя.

Анализ срезов

Анализ срезов - это метод, используемый для анализа микроструктуры печатных плат. С его помощью можно обнаружить самые разнообразные неисправности печатных плат. Анализ срезов предполагает разрезание печатной платы на вертикальные и горизонтальные участки и изучение характеристик их поперечного сечения. С его помощью можно выявить множество различных повреждений печатных плат, таких как расслоение, разрыв и плохое смачивание. Эта информация может быть полезна для контроля качества в будущем.

Оптическая микроскопия

Оптическая микроскопия может быть эффективным методом обнаружения отказов печатных плат. Она позволяет получить детальные изображения мест разрушения и может быть использована для выявления несоответствий и определения источников загрязнения. Этот метод также полезен для документирования образцов по мере их поступления.

ALT

Метод ALT для обнаружения отказов печатных плат представляет собой более прямой подход к измерению паяных соединений и осаждения паяльной пасты. Данная технология использует лазерный луч для сканирования печатной платы и измерения отражательной способности различных компонентов. Затем измеренное значение сравнивается со стандартными характеристиками платы для определения наличия дефектов.

Микроинфракрасный анализ

Отказы печатных плат, как правило, вызваны дефектами паяных соединений. Определив причину дефекта, производители могут принять необходимые меры для предотвращения его повторения. Эти меры могут включать устранение загрязнений паяльной пасты, обеспечение правильного соотношения сторон печатной платы и минимизацию времени пайки печатной платы. Для анализа дефектов печатных плат используются различные методы, начиная от простых электрических измерений и заканчивая анализом поперечных сечений образца под микроскопом.

ALT измеряет осаждение паяных швов

ALT (Aligned Light Transmitter) - это более новая технология измерения высоты и формы паяных швов и отложений паяльной пасты на печатных платах. Эта технология является более точной и позволяет проводить измерения быстро. Система ALT использует несколько источников света, таких как камеры или программируемые светодиоды, для освещения компонентов паяного соединения. Количество света, отраженного от каждого компонента, измеряется с помощью мощности луча. Однако вторичное отражение может привести к ошибке в измерениях, так как луч может отражаться более чем от одной позиции.

Электростатический разряд

Метод электростатического разряда (ESD) используется для обнаружения неисправностей печатных плат. Электростатический разряд является результатом экстремального электрического напряжения, которое может вызвать катастрофический отказ и скрытые повреждения. Это может произойти по целому ряду причин, включая высокую плотность тока, повышенный градиент электрического поля и локальное теплообразование. Возникающие при этом повреждения трудно обнаружить, и они могут стать причиной серьезных отказов изделий. Сборки печатных плат наиболее подвержены воздействию электростатического разряда, когда они находятся в контакте с другими объектами, несущими заряд.