מבוא סופר מפורט על PCB

PCBמיוצר על ידי טכנולוגיית הדפסה אלקטרונית, אז זה נקרא לוח מעגלים מודפסים.כמעט כל סוג של ציוד אלקטרוני, החל מאוזניות, סוללות, מחשבונים ועד מחשבים, ציוד תקשורת, מטוסים, לוויינים, כל עוד נעשה שימוש ברכיבים אלקטרוניים כגון מעגלים משולבים, PCB משמשים לחיבור החשמלי ביניהם.

PCB ו-PCBA הם PCBs עם רכיבים לא מורכבים, PCBA (Printed Circuit Board Assembly), כלומר PCB המצוידים ברכיבים אלקטרוניים (כגון שבבים, מחברים, נגדים, קבלים, משרנים וכו').

מקור ה-PCB
בשנת 1925, צ'ארלס דוקאס בארצות הברית (היוצר של שיטת התוספות) הדפיס תבנית מעגל על ​​מצע מבודד, ולאחר מכן הצליח ליצור מוליך כחיווט על ידי ציפוי אלקטרוני.

בשנת 1936, האוסטרי פאול אייזלר (היוצר של שיטת החיסור) היה הראשון שהשתמש במעגלים מודפסים במכשירי רדיו.

בשנת 1943, האמריקאים יישמו את הטכנולוגיה על מכשירי רדיו צבאיים.בשנת 1948, ארצות הברית הכירה רשמית בהמצאה לשימוש מסחרי.

לוחות מעגלים מודפסים נמצאים בשימוש נרחב רק מאז אמצע שנות ה-50, וכיום הם שולטים בתעשיית האלקטרוניקה.

לוחות מעגלים מודפסים התפתחו משכבה אחת לדו-צדדית, רב-שכבתית וגמישה, ועדיין שומרים על מגמות פיתוח משלהם.בשל הפיתוח המתמשך בכיוון של דיוק גבוה, צפיפות גבוהה ואמינות גבוהה, צמצום מתמשך בגודל, הפחתת עלויות ושיפור ביצועים, המעגלים המודפסים עדיין שומרים על חיוניות חזקה בפיתוח ציוד אלקטרוני עתידי.

הדיונים על מגמת הפיתוח העתידית של טכנולוגיית ייצור המעגלים המודפסים בבית ומחוצה לה הם עקביים ביסודו, כלומר לצפיפות גבוהה, דיוק גבוה, צמצם עדין, חוט דק, מגרש קטן, אמינות גבוהה, שידור רב שכבתי, מהיר. , קל משקל מבחינת ייצור, הוא מתפתח בכיוון של הגדלת פרודוקטיביות, הפחתת עלויות, הפחתת זיהום, והתאמה לייצור רב-זני וייצור במנות קטנות.

תפקידו של PCB
לפני הופעת המעגל המודפס, החיבור בין רכיבים אלקטרוניים היה מחובר ישירות באמצעות חוטים ליצירת מעגל שלם.

לאחר שציוד אלקטרוני מאמץ מעגלים מודפסים, עקב העקביות של מעגלים מודפסים דומים, נמנעות שגיאות בחיווט ידני.

המעגל המודפס יכול לספק תמיכה מכנית לקיבוע והרכבת רכיבים אלקטרוניים שונים כגון מעגלים משולבים, להשלים את החיווט והחיבור החשמלי או בידוד חשמלי בין רכיבים אלקטרוניים שונים כגון מעגלים משולבים, ולספק את המאפיינים החשמליים הנדרשים, כגון מאפיינים עכבה, וכו', יכולים לספק גרפיקה של מסכת הלחמה להלחמה אוטומטית, ולספק תווי זיהוי וגרפיקה להכנסת רכיבים, בדיקה ותחזוקה.
סיווג של PCB
1. סיווג לפי מטרה
מעגלים מודפסים אזרחיים (צרכן): מעגלים מודפסים המשמשים בצעצועים, מצלמות, טלוויזיות, ציוד שמע, טלפונים ניידים וכו'.
מעגלים מודפסים תעשייתיים (ציוד): מעגלים מודפסים המשמשים באבטחה, מכוניות, מחשבים, מכונות תקשורת, מכשירים וכו'.
מעגלים מודפסים צבאיים: מעגלים מודפסים המשמשים בתעופה וחלל וברדאר וכו'.

2. סיווג לפי סוג המצע
מעגלים מודפסים על בסיס נייר: מעגלים מודפסים על בסיס נייר פנולי, מעגלים מודפסים על בסיס נייר אפוקסי וכו'.
מעגלים מודפסים על בסיס בד זכוכית: מעגלים מודפסים על בסיס בד זכוכית אפוקסי, מעגלים מודפסים על בסיס בד זכוכית PTFE וכו'.
מעגל מודפס סיבים סינתטיים: מעגל מודפס סיבים סינתטיים אפוקסי וכו'.
לוח מעגלים מודפסים מצע סרט אורגני: לוח מעגלים מודפס סרט ניילון וכו'.
לוחות מעגלים מודפסים מצע קרמי.
לוחות מודפסים מבוססי ליבות מתכת.
3. סיווג לפי מבנה
על פי המבנה, ניתן לחלק מעגלים מודפסים למעגלים מודפסים קשיחים, מעגלים מודפסים גמישים ומעגלים מודפסים קשיחים-גמישים

4. מסווג לפי מספר השכבות
לפי מספר השכבות, ניתן לחלק את המעגלים המודפסים ללוחות חד-צדדיים, לוחות דו-צדדיים, לוחות רב-שכבתיים ולוחות HDI (לוחות חיבור בצפיפות גבוהה).
1) חד צדדי
לוח חד צדדי מתייחס ללוח מעגל המחובר רק בצד אחד (צד הלחמה) של המעגל, וכל הרכיבים, תוויות הרכיבים ותוויות הטקסט ממוקמים בצד השני (צד הרכיב).

המאפיין הגדול ביותר של הפאנל החד-צדדי הוא המחיר הנמוך שלו ותהליך הייצור הפשוט שלו.עם זאת, מכיוון שניתן לבצע את החיווט רק על משטח אחד, החיווט קשה יותר, והחיווט נוטה לכשל, כך שהוא מתאים רק לכמה מעגלים פשוטים יחסית.

2) דו צדדי
הלוח הדו צדדי מחווט משני צידי הלוח הבידוד, צד אחד משמש כשכבה העליונה, והצד השני משמש כשכבה התחתונה.השכבות העליונות והתחתונות מחוברות חשמלית באמצעות דרך.

בדרך כלל, רכיבים על לוח דו-שכבתי מונחים על השכבה העליונה;עם זאת, לפעמים ניתן להניח רכיבים על שתי השכבות על מנת להקטין את גודל הלוח.הלוח הדו-שכבתי מאופיין במחיר מתון וחיווט קל.זהו הסוג הנפוץ ביותר במעגלים רגילים.

3) לוח רב שכבתי
לוחות מעגלים מודפסים עם יותר משתי שכבות מכונים ביחד לוחות רב שכבתיים.

4) לוח HDI
לוח ה-HDI הוא לוח מעגלים עם צפיפות חלוקת מעגלים גבוהה יחסית באמצעות טכנולוגיית חורים קבורים מיקרו-עיוורים.

מבנה PCB
PCB מורכב בעיקר מרבדים מצופים נחושת (Copper Clad Laminates, CCL), prepreg (גיליון PP), נייר כסף (Copper Foil), מסכת הלחמה (הידועה גם כמסכת הלחמה) (Solder Mask).יחד עם זאת, על מנת להגן על רדיד הנחושת החשוף על פני השטח ולהבטיח את אפקט הריתוך, יש צורך גם לבצע טיפול פני השטח על ה-PCB, ולעיתים הוא גם מסומן בתווים.

1) למינציה בחיפוי נחושת
למינציה מצופה נחושת (CCL), המכונה למינציה מצופה נחושת או למינציה מצופה נחושת, היא החומר הבסיסי לייצור לוחות מעגלים מודפסים.הוא מורכב משכבה דיאלקטרית (שרף, סיבי זכוכית) ומוליך בטוהר גבוה (רדיד נחושת).מורכב מחומרים מרוכבים.

רק בשנת 1960 יצרנים מקצועיים השתמשו ברדיד נחושת שרף פורמלדהיד כחומר הבסיס לייצור PCB חד-צדדיים, והוציאו אותם לשוק של נגני תקליטים, מכשירי הקלטה, מכשירי וידאו וכו'. מאוחר יותר, עקב עלייתם של כפולים. טכנולוגיית ייצור של ציפוי נחושת דרך חור, עמידות בחום, גודל מצעי זכוכית אפוקסי יציבים היו בשימוש נרחב עד כה.כיום, FR4, FR1, CEM3, צלחות קרמיקה וצלחות טפלון נמצאים בשימוש נרחב.

נכון לעכשיו, ה-PCB הנפוץ ביותר שנעשה בשיטת תחריט הוא חריטה סלקטיבית על לוח חיפוי הנחושת כדי להשיג את תבנית המעגל הנדרשת.הלמינציה בחיפוי נחושת מספקת בעיקר שלוש פונקציות של הולכה, בידוד ותמיכה על כל המעגל המודפס.הביצועים, האיכות ועלות הייצור של מעגלים מודפסים תלויים במידה רבה בלמינטים בחיפוי נחושת

2) Prepreg
Prepreg, הידוע גם בשם PP sheet, הוא אחד החומרים העיקריים בייצור לוחות רב שכבתיים.הוא מורכב בעיקר משרף וחומרי חיזוק.חומרי החיזוק מחולקים לבד סיבי זכוכית (המכונה בד זכוכית), בסיס נייר וחומרים מרוכבים.

רוב ה-prepregs (יריעות דבק) המשמשות בייצור של לוחות מעגלים מודפסים רב-שכבתיים משתמשים בבד זכוכית כחומר מחזק.חומר הגיליון הדק שנעשה על ידי הספגה של בד הזכוכית המטופל בדבק שרף, ולאחר מכן אפוי מראש בטיפול בחום נקרא prepreg.Prepregs מתרככים בחום ולחץ ומתמצקים כאשר מתקררים.

מכיוון שמספר חוטי החוט ליחידת אורך של בד הזכוכית בכיווני העיוות והערב שונה, יש לשים לב לכיווני העיוות והערב של ה-prepreg בעת החיתוך.בדרך כלל, כיוון העיוות (הכיוון שבו בד הזכוכית מסולסל) נבחר ככיוון הצד הקצר של לוח הייצור, וכיוון הערב הוא הכיוון של הצד הארוך של לוח הייצור הוא להבטיח את שטוחות הלוח. משטח הלוח ולמנוע מלוח הייצור להתפתל ועיוות לאחר חימום.

3) נייר כסף נחושת
רדיד נחושת הוא רדיד מתכת דק ורציף המופקד על שכבת הבסיס של המעגל.כמוליך של ה-PCB, הוא מחובר בקלות לשכבת הבידוד ונחרט ליצירת תבנית מעגל.

ניתן לחלק רדיד נחושת תעשייתי נפוצה לשתי קטגוריות: רדיד נחושת מגולגל (רדיד נחושת RA) ורדיד נחושת אלקטרוליטי (רדיד נחושת ED):
לרדיד נחושת מגולגל יש גמישות טובה ומאפיינים אחרים, והוא רדיד הנחושת המשמש בתהליך הלוח הרך המוקדם;
לרדיד נחושת אלקטרוליטי יש יתרון של עלות ייצור נמוכה יותר מאשר רדיד נחושת מגולגל

4) מסכת הלחמה
שכבת התנגדות הלחמה מתייחסת לחלק של המעגל המודפס עם דיו עמיד להלחמה.

דיו עמיד להלחמה הוא בדרך כלל ירוק, ומעטים משתמשים באדום, שחור וכחול וכו', ולכן דיו עמיד להלחמה נקרא לעתים קרובות שמן ירוק בתעשיית ה-PCB.זוהי שכבת הגנה קבועה של מעגלים מודפסים, שיכולה למנוע רטיבות, אנטי קורוזיה, נגד טחב ושחיקה מכנית וכו', אך גם למנוע ריתוך של חלקים למקומות לא נכונים.

5) טיפול פני השטח
"משטח" כפי שמשמש כאן מתייחס לנקודות החיבור על ה-PCB המספקות חיבור חשמלי בין רכיבים אלקטרוניים או מערכות אחרות לבין המעגלים על ה-PCB, כגון נקודות חיבור של רפידות או חיבורי מגע.יכולת ההלחמה של נחושת חשופה עצמה טובה מאוד, אך היא מתחמצנת בקלות ומזוהמת כאשר היא נחשפת לאוויר, ולכן יש לכסות סרט מגן על פני הנחושת החשופה.

תהליכי טיפול משטח PCB נפוצים כוללים עופרת HASL, HASL ללא עופרת, ציפוי אורגני (Organic Solderability Preservatives, OSP), טבילה זהב, כסף טבילה, פח טבילה ואצבעות מצופות זהב וכו'. עם שיפור מתמיד של תקנות הגנת הסביבה, יש הם תהליך ה-HASL המוביל נאסר בהדרגה.

6) דמויות
התו הוא שכבת הטקסט, בשכבה העליונה של ה-PCB היא יכולה להיעדר, והיא משמשת בדרך כלל להערות.

בדרך כלל, על מנת להקל על ההתקנה והתחזוקה של המעגל, דפוסי הלוגו וקוד הטקסט הנדרשים מודפסים על המשטחים העליונים והתחתונים של הלוח המודפס, כגון תוויות רכיבים וערכים נומינליים, צורות מתאר רכיבים וסמלי יצרן, ייצור. תאריכים מחכים.

תווים מודפסים בדרך כלל על ידי הדפסת מסך