Электронные платы - важнейшие компоненты любых электронных устройств. От их качества и надежности зависит работа всей системы. Давайте разберемся в основных типах и компонентах электронных плат, чтобы лучше понимать принципы функционирования техники.
Основные типы электронных плат
Существует несколько основных типов электронных плат:
- Печатные платы
- Гибридные платы
- Интегральные схемы
Рассмотрим их подробнее.
Печатные платы
Плата электронная этого типа представляет собой диэлектрическую основу, на которой методом травления сформирован электропроводящий рисунок для соединения электронных компонентов.
Печа́тная пла́та (англ. printed circuit board, PCB, или printed wiring board, PWB) — пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объеме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы.
Печатные платы бывают однослойными и многослойными. Наиболее распространены двухслойные печатные платы. Основное применение - в бытовой и компьютерной технике.
Гибридные платы
Гибридная плата представляет собой керамическую основу с нанесенными на нее толстопленочными проводниками и пассивными элементами (резисторы, конденсаторы). На гибридную плату монтируются также дискретные полупроводниковые приборы и интегральные схемы. Применяются в специализированной и военной технике.
Интегральные схемы
Модуль электронного управления плата управления этого типа представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего кремния), на поверхности которого сформированы электронные компоненты (транзисторы, резисторы, конденсаторы и их соединения). Применяются повсеместно в электронной технике.
| Тип платы | Основа | Проводники | Компоненты | Применение |
| Печатная | Диэлектрик | Медь | Дискретные | Бытовая техника |
| Гибридная | Керамика | Толстые пленки | Дискретные и ИС | Военная техника |
| Интегральная схема | Полупроводник | Тонкие пленки | Интегральные | Вся электроника |
Как видно из таблицы, основное отличие типов электронных плат - в материале основы и способе формирования проводников.
Компоненты электронных плат
Плата электронные компоненты можно разделить на несколько групп:
- Пассивные компоненты
- Резисторы Конденсаторы Катушки индуктивности
- Активные компоненты
- Диоды Транзисторы Интегральные схемы
- Другие компоненты
- Разъемы и переключатели Светодиоды и индикаторы Датчики
Элементы электронных плат могут монтироваться на поверхность платы (SMT-монтаж) или в пазы, предусмотренные в плате для установки компонентов с выводами (through-hole монтаж).
Пассивные компоненты
К пассивным компонентам относятся элементы электрической цепи, не имеющие собственного источника энергии. Они выполняют вспомогательные функции в схеме - коммутацию, фильтрацию, согласование.
Активные компоненты
Активные компоненты, напротив, имеют внутренний источник энергии и используются для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Ключевыми активными элементами любой схемы электронной платы являются транзисторы и интегральные схемы.
Другие компоненты
Помимо этого на плату монтируется множество вспомогательных компонентов - разъемы, переключатели, индикаторы, датчики и др. Они обеспечивают связь платы с внешними устройствами, интерфейс с пользователем, а также расширяют функциональность.
Таким образом, для полноценной работы электронной платы необходим довольно широкий набор различных компонентов, выполняющих свои специфические функции.
Плата электронная печатного типа состоит из нескольких основных элементов.
Основа печатной платы
В качестве основы обычно используется стеклотекстолит или гетинакс - материалы на основе стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. Для СВЧ-плат применяется фторопласт, а в силовой электронике - алюминий или медь с диэлектрическим покрытием.
Проводящий рисунок
На поверхность основы наносится медная фольга, из которой методом травления формируется проводящий рисунок - дорожки и контактные площадки.
Переходные отверстия
Для соединения проводящих слоев в разных уровнях многослойной платы используются металлизированные сквозные отверстия.
Монтажные отверстия
Дополнительно могут быть предусмотрены отверстия для установки выводных компонентов - through-hole монтаж.
Покрытия печатной платы
Для защиты от внешних воздействий на поверхность платы наносятся специальные покрытия - паяльная маска, гидрофобные и защитные лаки.
Проектирование электронных плат
Проектирование электронной платы выполняется в специализированных САПР.
Конструирование плат происходит в специализированных программах автоматизированного проектирования. Наиболее известны PADS Professional, Xpedition, Altium Designer, P-CAD, OrCAD, TopoR, Specctra, Proteus, gEDA, KiCad и др.
Основные этапы проектирования:
- Разработка принципиальной схемы
- Трассировка соединений на плате
- Размещение и установка компонентов
- Моделирование и тестирование
На этапе трассировки особое внимание уделяется соблюдению допустимых зазоров между проводниками и ширине дорожек.
Существует два основных метода изготовления печатных плат.
Аддитивный метод
При аддитивном методе на нефольгированную основу селективно осаждается медь сквозь защитную маску для формирования проводящего рисунка.
Субтрактивный метод
Субтрактивный метод подразумевает удаление (травление) лишних участков фольги с заранее фольгированного материала.
Подготовка заготовки
На диэлектрическую основу ламинируется медная фольга. Толщина фольги выбирается в зависимости от расчетных токов в плате.
Нанесение защитной маски
Для защиты участков фольги от травления используется фоторезист, который селективно облучается через шаблон.
Травление и металлизация
Обнаженная фольга травится, затем выполняется металлизация отверстий и удаление защитной маски.
Финишная обработка
В завершение наносятся различные защитные покрытия, выполняется маркировка и резка заготовки.
Монтаж компонентов на платы
После изготовления печатной платы на нее устанавливаются и монтируются электронные компоненты.
Технологии монтажа
Существуют два основных способа монтажа компонентов на платы:
- THT - установка в отверстия с последующей пайкой выводов с обратной стороны платы
- SMT - монтаж компонентов с поверхностными выводами непосредственно на поверхность платы
Автоматическая и ручная установка
Установка компонентов может выполняться вручную или на специальных автоматах-установщиках.
Групповая пайка волной припоя
Для пайки выводных элементов применяется конвективная пайка волной расплавленного припоя.
Пайка оплавлением
Планарные компоненты паяются с использованием специальных паяльных паст в конвекционных печах.
Контроль качества электронных плат
Для обеспечения надежности электронных плат необходим тщательный контроль качества на всех этапах производства.
Проверяется качество поступающих для производства материалов - фольгированных заготовок, комплектующих, реактивов.
Выполняется проверка целостности дорожек, отсутствия коротких замыканий, соблюдения зазоров.
