Печатная плата

I. Основные понятия: Что это такое?

Печатная плата (ПП) — это подложка, используемая для размещения электронных компонентов и обеспечения электрических соединений между ними. Её основная функция — заменить сложные и подверженные ошибкам соединения типа «летающих проводов», обеспечивая автоматизированное, миниатюрное и высоконадёжное производство электронных устройств.

Наглядная аналогия: Представьте себе ПП как планировку современного города:

Подложка: Земля и фундамент города, обеспечивающие надёжную опору.

Провода: Дорожная сеть города, отвечающая за передачу сигналов и электроэнергии (транспортный поток).

Компоненты: Здания, построенные на территории (например, жилые дома, торговые центры, фабрики).

Площадки: Выделенные парковки или въезды/выезды каждого здания, обеспечивающие надёжное соединение компонентов с «дорожной системой».

Переходные отверстия: Городские путепроводы или туннели, отвечающие за соединение транспорта на разных уровнях (эстакады и наземные дороги).

Шелкография: дорожные знаки и номера зданий, используемые для индикации и идентификации.

II. Почему она называется “печатной” ?

Название происходит от первоначального процесса производства. Самые ранние схемотехнические решения включали печать резиста на медной плате, подобно чернилам, с последующим химическим травлением схемы. Хотя современные технологии (например, лазерная печать с прямым изображением LDI) отличаются высокой точностью и сложностью, основная концепция «печати» сохранилась, что и стало названием этого типа продукции.

III. Основные структуры и типы

1. Классификация по количеству слоёв:

Односторонняя плата: только одна сторона имеет проводники из медной фольги. Самая простая и дешёвая структура, используется для очень простых схем.

Двусторонняя плата: наиболее распространённый тип. Проводники с обеих сторон соединены через металлизированные переходные отверстия. Гибкая конструкция, отвечающая требованиям большинства потребительских электронных устройств.

Многослойная плата: состоит из трёх или более слоёв проводящих структур. Используется для высокопроизводительных сложных устройств высокой плотности, таких как смартфоны, материнские платы компьютеров и коммуникационное оборудование. Количество слоёв может варьироваться от 4 до нескольких десятков.

2. Классификация по материалу:

Жёсткая плата: наиболее распространённый тип, с жёсткой подложкой, которую невозможно согнуть. Например, FR-4 (эпоксидная смола на основе стекловолокна).

Гибкая печатная плата (ПП): использует гибкую подложку (например, полиимид), которую можно сгибать и складывать. Обычно используется в гибких кабелях мобильных телефонов, модулях камер и носимых устройствах.

Жёстко-гибкая печатная плата (ГПП): сочетает гибкие и жёсткие платы для создания более гибких трёхмерных топологий, объединяя преимущества обеих технологий. Обычно используется в высокопроизводительных компактных устройствах.

IV. Базовый производственный процесс (упрощённая версия)

Проектирование: использует программное обеспечение EDA (например, Altium Designer, KiCad) для создания электрических схем и топологий печатных плат.

Перенос графики: Перенос разработанных схем на медный ламинат с помощью таких процессов, как фотоплоттер и экспонирование.

Травление: Использует химические вещества для травления ненужной медной фольги, оставляя только разработанную схему.

Сверление: Сверление монтажных отверстий для компонентов и переходных отверстий, соединяющих разные слои.

Металлизация отверстий: Нанесение слоя меди на внутреннюю стенку отверстия для электрического соединения схем на разных слоях.

Паяльная маска: Нанесение слоя изолирующей краски зелёного (или другого цвета) цвета на схемы, не требующие пайки, что предотвращает короткие замыкания и окисление.

Шелкография: Нанесение обозначения компонентов, позиционных обозначений и другой информации для облегчения последующей сборки и ремонта.

Обработка поверхности: Нанесение гальванических покрытий, таких как лужение или иммерсионное золочение, на открытые контактные площадки для предотвращения окисления и обеспечения хорошей паяемости.

Испытания и формовка: Проведение испытаний электрических характеристик для подтверждения отсутствия коротких замыканий/обрывов, после чего печатная плата разрезается на отдельные платы меньшего размера.

V. Области применения.

Печатные платы являются краеугольным камнем всех электронных изделий и применяются повсеместно:

Бытовая электроника: мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры, игровые консоли, устройства для умного дома.

Коммуникационное оборудование: маршрутизаторы, коммутаторы, базовые станции 5G.

Автомобильная электроника: блоки управления двигателем, автомобильные развлекательные системы, датчики автономного вождения.

Промышленное управление: ПЛК, преобразователи частоты, промышленные роботы.

Медицинские приборы: кардиостимуляторы, глюкометры, медицинское диагностическое оборудование.

Авиационно-космическая/оборонная промышленность: спутники, радары, навигационные системы.