Печатная плата ( PCB ), также называемая печатной монтажной платой ( PWB ), представляет собой среду, используемую для соединения или «проводки» компонентов друг с другом в схеме . Она имеет форму слоистой сэндвич-структуры из проводящих и изолирующих слоев: каждый из проводящих слоев спроектирован с рисунком дорожек, плоскостей и других особенностей (похожих на провода на плоской поверхности), вытравленных из одного или нескольких листовых слоев меди , ламинированных на или между листовыми слоями непроводящей подложки. [1] Электрические компоненты могут быть закреплены на проводящих площадках на внешних слоях, как правило, с помощью пайки , которая как электрически соединяет, так и механически крепит компоненты к плате. Другой производственный процесс добавляет переходные отверстия , просверленные отверстия, которые обеспечивают электрическую взаимосвязь между проводящими слоями.
Печатные платы используются практически во всех электронных продуктах. Альтернативами печатным платам являются монтаж накруткой и монтаж точка-точка , которые когда-то были популярны, но сейчас используются редко. Печатные платы требуют дополнительных усилий по проектированию для компоновки схемы, но производство и сборка могут быть автоматизированы. Существует программное обеспечение для автоматизации электронного проектирования, которое выполняет большую часть работы по компоновке. Массовое производство схем с печатными платами дешевле и быстрее, чем с другими методами разводки, поскольку компоненты монтируются и подключаются за одну операцию. Большое количество печатных плат может быть изготовлено одновременно, а компоновка должна быть сделана только один раз. Печатные платы также могут быть изготовлены вручную в небольших количествах, с меньшими выгодами. [2]
Печатные платы могут быть односторонними (один слой меди), двухсторонними (два слоя меди с обеих сторон одного слоя подложки) или многослойными (внешний и внутренний слои меди, чередующиеся со слоями подложки). Многослойные печатные платы обеспечивают гораздо более высокую плотность компонентов, поскольку в противном случае дорожки цепей на внутренних слоях занимали бы пространство на поверхности между компонентами. Рост популярности многослойных печатных плат с более чем двумя, и особенно с более чем четырьмя, медными плоскостями совпал с принятием технологии поверхностного монтажа . Однако многослойные печатные платы значительно затрудняют ремонт, анализ и модификацию схем в полевых условиях и обычно делают это непрактичным.
Мировой рынок голых печатных плат превысил 60,2 млрд долларов США в 2014 году [3] и, по оценкам, достигнет 79 млрд долларов США к 2024 году. [4] [5]
До разработки печатных плат электрические и электронные схемы соединялись точка-точка на шасси. Обычно шасси представляло собой раму из листового металла или поддон, иногда с деревянным дном. Компоненты прикреплялись к шасси, обычно с помощью изоляторов, когда точка соединения на шасси была металлической, а затем их выводы соединялись напрямую или с помощью перемычек с помощью пайки , а иногда с помощью обжимных соединителей, наконечников для проводов на винтовых клеммах или другими способами. Схемы были большими, громоздкими, тяжелыми и относительно хрупкими (даже не считая хрупких стеклянных колб вакуумных ламп, которые часто включались в схемы), а производство было трудоемким, поэтому продукция была дорогой.
Разработка методов, используемых в современных печатных платах, началась в начале 20 века. В 1903 году немецкий изобретатель Альберт Хансон описал плоские фольгированные проводники, ламинированные на изоляционную плату в несколько слоев. Томас Эдисон экспериментировал с химическими методами нанесения проводников на льняную бумагу в 1904 году. Артур Берри в 1913 году запатентовал метод печати и травления в Великобритании, а в Соединенных Штатах Макс Шооп получил патент [6] на напыление металла на плату через шаблонную маску. Чарльз Дюкас в 1925 году запатентовал метод гальванопокрытия схем. [7]
Предшествуя изобретению печатной схемы и схожая по духу, компания Джона Саргроува 1936–1947 годов разработала оборудование для изготовления электронных схем (ECME), которое распыляло металл на пластиковую плату из бакелита . ECME могла производить три радиоплаты в минуту.
Австрийский инженер Пауль Эйслер изобрел печатную схему как часть радиоприемника, работая в Великобритании около 1936 года. В 1941 году многослойная печатная схема использовалась в немецких морских минах магнитного воздействия .
Около 1943 года США начали использовать эту технологию в больших масштабах для изготовления неконтактных взрывателей для использования во Второй мировой войне. [7] Такие взрыватели требовали электронной схемы, которая могла бы выдержать выстрел из оружия, и могли бы производиться в больших количествах. Отделение Centralab компании Globe Union представило предложение, которое отвечало требованиям: керамическая пластина должна была быть напечатана металлической краской для проводников и углеродным материалом для резисторов , с керамическими дисковыми конденсаторами и сверхминиатюрными вакуумными трубками, припаянными на место. [8] Технология оказалась жизнеспособной, и полученный патент на процесс, который был засекречен армией США, был передан Globe Union. Только в 1984 году Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) наградил Гарри В. Рубинштейна премией Cledo Brunetti Award за ранний ключевой вклад в разработку печатных компонентов и проводников на общей изолирующей подложке. В 1984 году Рубинштейн был удостоен награды от своей альма-матер, Университета Висконсин-Мэдисон , за инновации в технологии печатных электронных схем и производстве конденсаторов. [9] [10] Это изобретение также представляет собой шаг в развитии технологии интегральных схем , поскольку на керамической подложке изготавливались не только провода, но и пассивные компоненты.
В 1948 году США выпустили изобретение для коммерческого использования. Печатные схемы не стали обычным явлением в потребительской электронике до середины 1950-х годов, после того как армия США разработала процесс автоматической сборки . Примерно в то же время в Великобритании работа в аналогичном направлении проводилась Джеффри Даммером , тогда работавшим в RRDE .
Motorola была одним из первых лидеров по внедрению этого процесса в бытовую электронику, объявив в августе 1952 года о принятии «платинированных схем» в домашних радиоприемниках после шести лет исследований и инвестиций в размере 1 миллиона долларов. [11] Вскоре Motorola начала использовать свой зарегистрированный термин для этого процесса, PLAcir, в своей рекламе потребительских радиоприемников. [12] Hallicrafters выпустила свой первый продукт с печатной схемой «фототравлением» — радиочасы — 1 ноября 1952 года. [13]
Даже когда печатные платы стали доступны, метод построения шасси «точка-точка» оставался общепринятым в промышленности (например, в телевизорах и hi-fi-комплектах) по крайней мере до конца 1960-х годов. Печатные платы были введены для уменьшения размера, веса и стоимости частей схемы. В 1960 году небольшой потребительский радиоприемник мог быть построен со всеми его схемами на одной печатной плате, но телевизор, вероятно, содержал бы одну или несколько печатных плат.
Первоначально каждый электронный компонент имел проволочные выводы , а печатная плата имела отверстия, просверленные для каждого провода каждого компонента. Затем выводы компонентов вставлялись в отверстия и припаивались к медным дорожкам печатной платы. Этот метод сборки называется конструкцией со сквозным отверстием . В 1949 году Мо Абрамсон и Станислаус Ф. Данко из Корпуса связи армии США разработали процесс автоматической сборки , при котором выводы компонентов вставлялись в схему соединения из медной фольги и паялись погружением . Патент, который они получили в 1956 году, был передан армии США. [14] С развитием методов ламинирования и травления плат эта концепция превратилась в стандартный процесс изготовления печатных плат, используемый сегодня. Пайка могла выполняться автоматически, пропуская плату над рябью или волной расплавленного припоя в машине для пайки волной припоя . Однако провода и отверстия неэффективны, поскольку сверление отверстий обходится дорого и требует использования сверл, а выступающие провода отрезаются и выбрасываются.
Начиная с 1980-х годов вместо компонентов для сквозного монтажа все чаще стали использоваться небольшие детали для поверхностного монтажа; это привело к уменьшению размеров плат при заданной функциональности и снижению производственных затрат, но с некоторыми дополнительными трудностями при обслуживании неисправных плат.
В 1990-х годах использование многослойных поверхностных плат стало более частым. В результате размер был еще больше минимизирован, и как гибкие, так и жесткие печатные платы были включены в различные устройства. В 1995 году производители печатных плат начали использовать технологию микропереходов для производства печатных плат с высокой плотностью межсоединений (HDI). [15]
Недавние достижения в области 3D-печати привели к появлению нескольких новых методов создания печатных плат. Электроника на 3D-принтере (ПЭ) может использоваться для послойной печати элементов, а затем элемент может быть напечатан жидкими чернилами, содержащими электронные функции.
Технология HDI (High Density Interconnect) позволяет создавать более плотную конструкцию на печатной плате и, таким образом, потенциально меньшие печатные платы с большим количеством дорожек и компонентов в заданной области. В результате пути между компонентами могут быть короче. В HDI используются глухие/скрытые переходные отверстия или их комбинация, включающая микропереходные отверстия. С помощью многослойных печатных плат HDI соединение нескольких переходных отверстий, расположенных друг над другом (сложенные переходные отверстия вместо одного глубоко скрытого переходного отверстия), может быть сделано прочнее, что повышает надежность в любых условиях. Наиболее распространенными областями применения технологии HDI являются компоненты компьютеров и мобильных телефонов, а также медицинское оборудование и военное коммуникационное оборудование. 4-слойная печатная плата HDI с микропереходными отверстиями по качеству эквивалентна 8-слойной печатной плате со сквозными отверстиями, поэтому технология HDI может снизить затраты. Печатные платы HDI часто изготавливаются с использованием наплавочной пленки, такой как наплавочная пленка Ajinomoto, которая также используется в производстве корпусов перевернутых кристаллов . [16] [17] Некоторые печатные платы имеют оптические волноводы, похожие на оптические волокна, встроенные в печатную плату. [18]
Базовая печатная плата состоит из плоского листа изоляционного материала и слоя медной фольги , ламинированной на подложку. Химическое травление разделяет медь на отдельные проводящие линии, называемые дорожками или следами схемы , контактные площадки для соединений, переходные отверстия для прохождения соединений между слоями меди и такие особенности, как сплошные проводящие области для электромагнитного экранирования или других целей. Дорожки функционируют как провода, закрепленные на месте, и изолированы друг от друга воздухом и материалом подложки платы. Поверхность печатной платы может иметь покрытие, которое защищает медь от коррозии и снижает вероятность коротких замыканий припоя между дорожками или нежелательного электрического контакта с оголенными проводами. За свою функцию по предотвращению коротких замыканий припоя покрытие называется паяльным резистом или паяльной маской .
Рисунок, который необходимо вытравить на каждом медном слое печатной платы, называется «художественным произведением». Травление обычно выполняется с использованием фоторезиста , который наносится на печатную плату, а затем подвергается воздействию света, проецируемого на рисунок художественного произведения. Резистивный материал защищает медь от растворения в травильном растворе. Затем вытравленная плата очищается. Проект печатной платы может быть воспроизведен в больших количествах таким же образом, как фотографии могут быть воспроизведены в больших количествах с негативов пленки с помощью фотопринтера .
Наиболее распространенной изоляционной подложкой является эпоксидная смола FR-4 . Другим материалом подложки является хлопковая бумага, пропитанная фенольной смолой , часто желтовато-коричневого или коричневого цвета.
Когда на печатной плате нет установленных компонентов, ее менее двусмысленно называют печатной платой ( PWB ) или протравленной платой . [19] Однако термин «печатная плата» вышел из употребления. Печатная плата, заполненная электронными компонентами, называется печатной платой ( PCA ), печатной платой или печатной платой ( PCBA ). В неформальном использовании термин «печатная плата» чаще всего означает «печатная плата» (с компонентами). Предпочтительный термин IPC для собранной платы — это сборка печатной платы ( CCA ), [20] а для собранной объединительной платы — это сборка объединительной платы . «Карта» — еще один широко используемый неформальный термин для «печатной платы». Например, плата расширения .
Печатная плата может быть напечатана с легендой, идентифицирующей компоненты, контрольные точки или идентифицирующий текст. Первоначально для этой цели использовалась шелкография , но сегодня обычно используются другие, более качественные методы печати. Обычно легенда не влияет на функцию печатной платы.
Печатная плата может иметь несколько слоев меди, которые почти всегда расположены парами. Количество слоев и взаимосвязь, спроектированная между ними (отверстия, PTH), дают общую оценку сложности платы. Использование большего количества слоев обеспечивает больше возможностей маршрутизации и лучший контроль целостности сигнала, но также требует больше времени и затрат на производство. Аналогично, выбор отверстий для платы также позволяет точно настроить размер платы, вывод сигналов со сложных ИС, маршрутизацию и долгосрочную надежность, но они тесно связаны со сложностью и стоимостью производства.
Одной из самых простых в производстве плат является двухслойная плата. Она имеет медь с обеих сторон, которые называются внешними слоями; многослойные платы имеют дополнительные внутренние слои меди и изоляции. После двухслойных печатных плат следующим шагом является четырехслойная плата. Четырехслойная плата добавляет значительно больше вариантов маршрутизации во внутренних слоях по сравнению с двухслойной платой, и часто некоторая часть внутренних слоев используется в качестве заземляющей плоскости или плоскости питания для достижения лучшей целостности сигнала, более высоких частот сигнала, более низких электромагнитных помех и лучшей развязки источника питания.
В многослойных платах слои материала ламинируются вместе в чередующемся сэндвиче: медь, подложка, медь, подложка, медь и т. д.; каждая плоскость меди протравливается, и любые внутренние переходные отверстия (которые не будут распространяться на обе внешние поверхности готовой многослойной платы) металлизируются, прежде чем слои будут ламинированы вместе. Только внешние слои должны быть покрыты; внутренние медные слои защищены соседними слоями подложки.
.jpg/1280px-Resistors_(1).jpg)
Компоненты «сквозного монтажа» монтируются с помощью проволочных выводов, проходящих через плату, и припаиваются к дорожкам на другой стороне. Компоненты «поверхностного монтажа» крепятся своими выводами к медным дорожкам на той же стороне платы. Плата может использовать оба метода для монтажа компонентов. Печатные платы с компонентами, монтируемыми только через сквозные отверстия, в настоящее время встречаются редко. Поверхностный монтаж используется для транзисторов , диодов , микросхем IC , резисторов и конденсаторов. Монтаж через сквозные отверстия может использоваться для некоторых крупных компонентов, таких как электролитические конденсаторы и разъемы.
Первые печатные платы использовали технологию сквозных отверстий , монтируя электронные компоненты с помощью выводов , вставленных через отверстия на одной стороне платы и припаянных к медным дорожкам на другой стороне. Платы могут быть односторонними, с непокрытой стороной компонента, или более компактными двухсторонними платами с компонентами, припаянными с обеих сторон. Горизонтальная установка деталей сквозных отверстий с двумя осевыми выводами (такими как резисторы, конденсаторы и диоды) выполняется путем изгиба выводов на 90 градусов в одном направлении, вставки детали в плату (часто изгибая выводы, расположенные на задней стороне платы, в противоположных направлениях для повышения механической прочности детали), пайки выводов и обрезки концов. Выводы можно припаивать вручную или с помощью машины для пайки волной припоя . [21] Изготовление сквозных отверстий увеличивает стоимость платы, требуя точного сверления множества отверстий, и ограничивает доступную область маршрутизации для сигнальных дорожек на слоях, расположенных непосредственно под верхним слоем на многослойных платах, поскольку отверстия должны проходить через все слои на противоположную сторону. После того, как поверхностный монтаж стал применяться, по возможности применялись малогабаритные SMD-компоненты, а в сквозные отверстия монтировались только компоненты, неподходящие по размеру для поверхностного монтажа из-за требований к питанию или механических ограничений, или подверженные механическому напряжению, которое могло повредить печатную плату (например, из-за отрыва меди от поверхности платы). [ необходима цитата ]
Технология поверхностного монтажа появилась в 1960-х годах, набрала обороты в начале 1980-х годов и стала широко использоваться к середине 1990-х годов. Компоненты были механически перепроектированы, чтобы иметь небольшие металлические выступы или торцевые крышки, которые можно было припаять непосредственно к поверхности печатной платы, вместо проводов, проходящих через отверстия. Компоненты стали намного меньше, и размещение компонентов на обеих сторонах платы стало более распространенным, чем при монтаже в сквозные отверстия, что позволило производить гораздо меньшие сборки печатных плат с гораздо более высокой плотностью схем. Поверхностный монтаж хорошо подходит для высокой степени автоматизации, снижая затраты на рабочую силу и значительно увеличивая производительность по сравнению с платами для сквозных отверстий. Компоненты могут поставляться смонтированными на несущих лентах. Компоненты для поверхностного монтажа могут быть примерно в четверть или десятую часть размера и веса компонентов для сквозных отверстий, а пассивные компоненты намного дешевле. Однако цены на полупроводниковые устройства поверхностного монтажа (SMD) в большей степени определяются самим чипом, чем корпусом, и имеют небольшое ценовое преимущество по сравнению с более крупными корпусами, а некоторые компоненты с проводными выводами, такие как малосигнальные переключающие диоды 1N4148 , на самом деле значительно дешевле эквивалентов SMD.
Каждая дорожка состоит из плоской узкой части медной фольги, которая остается после травления. Ее сопротивление , определяемое ее шириной, толщиной и длиной, должно быть достаточно низким для тока, который будет переносить проводник. Дорожки питания и заземления могут быть шире, чем сигнальные дорожки. В многослойной плате один целый слой может быть в основном сплошной медью, чтобы действовать как заземляющая плоскость для экранирования и возврата питания. Для микроволновых схем линии передачи могут быть проложены в плоской форме, такой как полосковая линия или микрополосковая линия с тщательно контролируемыми размерами, чтобы гарантировать постоянный импеданс . В радиочастотных и быстродействующих коммутационных схемах индуктивность и емкость проводников печатной платы становятся значимыми элементами схемы, обычно нежелательными; наоборот, их можно использовать как преднамеренную часть конструкции схемы, как в фильтрах с распределенными элементами , антеннах и предохранителях , устраняя необходимость в дополнительных дискретных компонентах. Печатные платы с высокой плотностью межсоединений (HDI) имеют дорожки или переходные отверстия шириной или диаметром менее 152 микрометров. [22]
Ламинаты производятся путем отверждения слоев ткани или бумаги с термореактивной смолой под давлением и при нагревании для формирования цельной конечной детали однородной толщины. Они могут быть до 4 на 8 футов (1,2 на 2,4 м) в ширину и длину. Различные переплетения ткани (нити на дюйм или см), толщина ткани и процент смолы используются для достижения желаемой конечной толщины и диэлектрических характеристик. Доступная стандартная толщина ламината указана в ANSI/IPC-D-275. [23]
Ткань или используемый волокнистый материал , материал смолы и соотношение ткани и смолы определяют обозначение типа ламината (FR-4, CEM -1, G-10 и т. д.) и, следовательно, характеристики произведенного ламината. Важными характеристиками являются уровень огнестойкости ламината , диэлектрическая проницаемость (er ) , тангенс угла потерь (tan δ), предел прочности на разрыв , предел прочности на сдвиг , температура стеклования (Tg ) и коэффициент расширения по оси Z (насколько толщина изменяется в зависимости от температуры).
Существует довольно много различных диэлектриков, которые можно выбрать для обеспечения различных значений изоляции в зависимости от требований схемы. Некоторые из этих диэлектриков - политетрафторэтилен (тефлон), FR-4, FR-1, CEM-1 или CEM-3. Хорошо известные материалы prepreg, используемые в индустрии печатных плат, - это FR-2 (фенольная хлопковая бумага), FR-3 (хлопковая бумага и эпоксидная смола), FR-4 (тканое стекло и эпоксидная смола), FR-5 (тканое стекло и эпоксидная смола), FR-6 (матовое стекло и полиэстер), G-10 (тканое стекло и эпоксидная смола), CEM-1 (хлопковая бумага и эпоксидная смола), CEM-2 (хлопковая бумага и эпоксидная смола), CEM-3 (нетканое стекло и эпоксидная смола), CEM-4 (тканое стекло и эпоксидная смола), CEM-5 (тканое стекло и полиэстер). Тепловое расширение является важным фактором, особенно при использовании технологий BGA и открытых кристаллов , а стекловолокно обеспечивает наилучшую размерную стабильность.
FR-4 — самый распространенный материал, используемый сегодня. Печатная плата с нетравленой медью на ней называется «ламинат с медным покрытием».
С уменьшением размеров элементов платы и ростом частот все большее значение приобретают небольшие неоднородности, такие как неравномерное распределение стекловолокна или другого наполнителя, изменения толщины и пузырьки в матрице смолы, а также связанные с ними локальные изменения диэлектрической проницаемости.
Подложки печатных плат обычно представляют собой диэлектрические композитные материалы. Композиты содержат матрицу (обычно эпоксидную смолу ) и армирование (обычно тканое, иногда нетканое, стекловолокно, иногда даже бумагу), а в некоторых случаях в смолу добавляется наполнитель (например, керамика; титанатная керамика может использоваться для увеличения диэлектрической проницаемости).
Тип армирования определяет два основных класса материалов: тканые и нетканые. Тканые армирования дешевле, но высокая диэлектрическая проницаемость стекла может быть неблагоприятной для многих высокочастотных приложений. Пространственно неоднородная структура также вносит локальные изменения в электрические параметры из-за различного соотношения смолы/стекла в разных областях плетения. Нетканые армирования или материалы с низким или нулевым армированием более дороги, но больше подходят для некоторых радиочастотных/аналоговых приложений.
Подложки характеризуются несколькими ключевыми параметрами, главным образом термомеханическими ( температура стеклования , прочность на разрыв , прочность на сдвиг , тепловое расширение ), электрическими ( диэлектрическая проницаемость , тангенс угла потерь , напряжение пробоя диэлектрика , ток утечки , трекингостойкость...) и другими (например, поглощение влаги).
При температуре стеклования смола в композите размягчается и значительно увеличивает тепловое расширение; превышение T g затем оказывает механическую перегрузку на компоненты платы - например, соединения и переходные отверстия. Ниже T g тепловое расширение смолы примерно соответствует меди и стеклу, выше оно становится значительно выше. Поскольку армирование и медь ограничивают плату вдоль плоскости, практически все объемное расширение проецируется на толщину и напрягает металлизированные сквозные отверстия. Повторная пайка или иное воздействие более высоких температур может привести к разрушению покрытия, особенно на более толстых платах; поэтому для толстых плат требуется матрица с высокой T g .
Используемые материалы определяют диэлектрическую проницаемость подложки . Эта константа также зависит от частоты, обычно уменьшаясь с частотой. Поскольку эта константа определяет скорость распространения сигнала , зависимость от частоты вносит фазовые искажения в широкополосных приложениях; здесь важно, чтобы диэлектрическая проницаемость была как можно более плоской по сравнению с частотными характеристиками. Сопротивление линий передачи уменьшается с частотой, поэтому более быстрые фронты сигналов отражают больше, чем более медленные.
Напряжение пробоя диэлектрика определяет максимальный градиент напряжения, которому может подвергаться материал, прежде чем произойдет пробой (проводимость или искрение через диэлектрик).
Трекинговое сопротивление определяет, насколько материал противостоит высоковольтным электрическим разрядам, распространяющимся по поверхности платы.
Тангенс угла потерь определяет, какая часть электромагнитной энергии сигналов в проводниках поглощается материалом платы. Этот фактор важен для высоких частот. Материалы с низкими потерями более дороги. Выбор материала с излишне низкими потерями является распространенной инженерной ошибкой в высокочастотном цифровом проектировании; это увеличивает стоимость плат без соответствующей выгоды. Ухудшение сигнала из-за тангенса угла потерь и диэлектрической проницаемости можно легко оценить с помощью глазковой диаграммы .
Поглощение влаги происходит, когда материал подвергается воздействию высокой влажности или воды. Как смола, так и армирование могут поглощать воду; вода также может впитываться капиллярными силами через пустоты в материалах и вдоль армирования. Эпоксидные смолы материалов FR-4 не слишком восприимчивы, с поглощением всего 0,15%. Тефлон имеет очень низкое поглощение 0,01%. Полиимиды и цианатные эфиры, с другой стороны, страдают от высокого поглощения воды. Поглощенная вода может привести к значительному ухудшению ключевых параметров; она ухудшает сопротивление трекинга, напряжение пробоя и диэлектрические параметры. Относительная диэлектрическая проницаемость воды составляет около 73 по сравнению с примерно 4 для обычных материалов печатных плат. Поглощенная влага также может испаряться при нагревании, как во время пайки , и вызывать растрескивание и расслоение , [24] тот же эффект, ответственный за повреждение «попкорна» на влажной упаковке электронных деталей. Может потребоваться тщательная прокалка подложек, чтобы высушить их перед пайкой. [25]
Часто встречающиеся материалы:
Менее часто встречающиеся материалы:
Толщина меди печатных плат может быть указана напрямую или как вес меди на единицу площади (в унциях на квадратный фут), что проще измерить. Одна унция на квадратный фут имеет толщину 1,344 мил или 34 микрометра. Тяжелая медь — это слой, толщина которого превышает три унции меди на фут 2 , или приблизительно 0,0042 дюйма (4,2 мил, 105 мкм). Тяжелые медные слои используются для высокого тока или для рассеивания тепла.
На обычных подложках FR-4 наиболее распространенной толщиной является 1 унция меди на фут 2 (35 мкм); часто доступны толщины 2 унции (70 мкм) и 0,5 унции (17,5 мкм). Менее распространены 12 и 105 мкм, иногда на некоторых подложках доступна толщина 9 мкм. Гибкие подложки обычно имеют более тонкую металлизацию. Платы с металлическим сердечником для устройств высокой мощности обычно используют более толстую медь; обычно 35 мкм, но также встречаются 140 и 400 мкм.
В США толщина медной фольги указывается в единицах унций на квадратный фут (oz/ft 2 ), обычно называемых просто ounce . Обычные толщины составляют 1/2 oz/ft 2 (150 г/м 2 ), 1 oz/ft 2 (300 г/м 2 ), 2 oz/ft 2 (600 г/м 2 ) и 3 oz/ft 2 (900 г/м 2 ). Это соответствует толщинам 17,05 мкм (0,67 thou ), 34,1 мкм (1,34 thou ), 68,2 мкм (2,68 thou ) и 102,3 мкм (4,02 thou ) соответственно.
Фольга плотностью 1/2 унции/фут2 не так широко используется в качестве готового медного веса, но применяется для внешних слоев, когда покрытие сквозных отверстий увеличивает готовый вес меди. Некоторые производители печатных плат указывают, что медная фольга плотностью 1 унция/фут2 имеет толщину 35 мкм (также может называться 35 мкм, 35 микрон или 35 микрон).
Производство начинается с данных по изготовлению, созданных с помощью автоматизированного проектирования , и информации о компонентах. Данные по изготовлению считываются в программное обеспечение CAM (Computer Aided Manufacturing). CAM выполняет следующие функции:
Первоначально печатные платы проектировались вручную путем создания фотошаблона на прозрачном листе майлара , обычно в два или четыре раза больше истинного размера. Начиная со схемотехнической схемы, контактные площадки компонентов были выложены на майларе, а затем были проложены дорожки для соединения площадок. Сухие переносы общих посадочных мест компонентов с помощью натирания повышали эффективность. Дорожки были сделаны с помощью самоклеящейся ленты. Предварительно напечатанные невоспроизводимые сетки на майларе помогали в компоновке. Готовый фотошаблон был фотолитографически воспроизведен на фоторезистивном покрытии на чистых медных платах.
Современные печатные платы проектируются с помощью специального программного обеспечения для компоновки, как правило, в следующие этапы: [33] [34]
Несколько небольших печатных плат можно сгруппировать вместе для обработки в виде панели. Панель, состоящая из конструкции, продублированной n раз, также называется n -панелью, тогда как многопанельная объединяет несколько различных конструкций на одной панели. Внешняя инструментальная полоса часто включает инструментальные отверстия, набор реперных знаков панели , тестовый купон и может включать штриховку заливки меди или аналогичные шаблоны для равномерного распределения меди по всей панели, чтобы избежать изгиба. Сборщики часто монтируют компоненты на панелях, а не на отдельных печатных платах, потому что это эффективно. Панелизация также может быть необходима для плат с компонентами, размещенными вблизи края платы, потому что в противном случае плату нельзя было бы смонтировать во время сборки. Большинству сборочных цехов требуется свободное пространство не менее 10 мм вокруг платы.
Панель в конечном итоге разбивается на отдельные печатные платы вдоль перфораций или пазов в панели [36] посредством фрезерования или резки. Для фрезерованных панелей обычное расстояние между отдельными платами составляет 2–3 мм. Сегодня депанелирование часто выполняется лазерами, которые режут плату без контакта. Лазерное депанелирование снижает нагрузку на хрупкие схемы, повышая выход бездефектных блоков.
Первый шаг — повторить рисунок в системе CAM производителя на защитной маске на слоях медной фольги печатной платы. Последующее травление удаляет нежелательную медь, не защищенную маской. (В качестве альтернативы можно нанести проводящие чернила на чистую (непроводящую) плату. Этот метод также используется при изготовлении гибридных схем .)
Выбор метода зависит от количества изготавливаемых плат и требуемого разрешения.
Процесс, при котором медные следы наносятся на поверхность, называется травлением по субтрактивному методу процесса, хотя существуют также аддитивные и полуаддитивные методы.
Методы субтрактивного травления удаляют медь с полностью покрытой медью платы, оставляя только желаемый рисунок меди. Самый простой метод, используемый для мелкосерийного производства и часто любителями, — это иммерсионное травление, при котором плата погружается в травильный раствор, такой как хлорид железа . По сравнению с методами, используемыми для массового производства, время травления больше. Для ускорения скорости травления к ванне можно применять тепло и перемешивание. При пузырьковом травлении воздух пропускается через ванну с травителем для перемешивания раствора и ускорения травления. При травлении разбрызгиванием используется лопасть с приводом от двигателя для разбрызгивания травителя на платы; этот процесс стал коммерчески устаревшим, поскольку он не такой быстрый, как травление распылением. При травлении распылением раствор травителя распределяется по платам с помощью сопел и рециркулируется с помощью насосов. Регулировка рисунка сопел, расхода, температуры и состава травителя дает предсказуемый контроль скорости травления и высокую производительность. [38] По мере того, как больше меди расходуется с плат, травитель становится насыщенным и менее эффективным; разные травители имеют разные емкости для меди, некоторые достигают 150 граммов меди на литр раствора. При коммерческом использовании травители можно регенерировать для восстановления их активности, а растворенную медь извлекать и продавать. Мелкомасштабное травление требует внимания к утилизации использованного травителя, который является едким и токсичным из-за содержания в нем металла. [39] Травитель удаляет медь со всех поверхностей, не защищенных резистом. «Подрез» происходит, когда травитель атакует тонкий край меди под резистом; это может уменьшить ширину проводников и вызвать обрывы цепи. Требуется тщательный контроль времени травления, чтобы предотвратить подрез. Если в качестве резиста используется металлическое покрытие, оно может «нависать», что может вызвать короткие замыкания между соседними дорожками при близком расположении. Нависание можно удалить, зачистив плату проволочной щеткой после травления. [38]
В аддитивных методах рисунок наносится гальваническим способом на голую подложку с использованием сложного процесса. Преимущество аддитивного метода заключается в том, что требуется меньше материала и образуется меньше отходов. В полном аддитивном процессе голый ламинат покрывается светочувствительной пленкой, которая визуализируется (экспонируется светом через маску, а затем проявляется, удаляя неэкспонированную пленку). Экспонированные области сенсибилизируются в химической ванне, обычно содержащей палладий и похожей на ту, которая используется для сквозного металлизирования отверстий, что делает экспонированную область способной связывать ионы металлов. Затем ламинат покрывается медью в сенсибилизированных областях. Когда маска удалена, печатная плата готова.
Полуаддитивный процесс является наиболее распространенным: на нешаблонированной плате уже имеется тонкий слой меди. Затем наносится обратная маска (в отличие от маски субтрактивного процесса, эта маска обнажает те части подложки, которые в конечном итоге станут дорожками). Затем на плату в немаскированных областях наносится дополнительная медь; медь может быть покрыта любым желаемым весом. Затем наносятся оловянно-свинцовые или другие поверхностные покрытия. Маска снимается, и короткий этап травления удаляет теперь обнаженный голый исходный медный ламинат с платы, изолируя отдельные дорожки. Некоторые односторонние платы со сквозными металлизированными отверстиями изготавливаются таким образом. General Electric производила потребительские радиоприемники в конце 1960-х годов с использованием аддитивных плат. (Полу)аддитивный процесс обычно используется для многослойных плат, поскольку он облегчает сквозное металлизирование отверстий для создания проводящих переходных отверстий в печатной плате.
Промышленное травление обычно выполняется с помощью персульфата аммония или хлорида железа . Для ПТГ (металлизированных сквозных отверстий) дополнительные этапы химического осаждения выполняются после сверления отверстий, затем медь гальванизируется для наращивания толщины, платы экранируются и покрываются оловом/свинцом. Олово/свинец становится резистом, оставляя голую медь для травления. [40]
Многослойные печатные платы имеют слои трассировки внутри платы. Это достигается путем ламинирования стопки материалов в прессе путем приложения давления и тепла в течение определенного периода времени. Это приводит к неразрывному цельному продукту. Например, четырехслойную печатную плату можно изготовить, начав с двухстороннего медного ламината, протравив схему с обеих сторон, затем ламинировав сверху и снизу препрег и медную фольгу. Затем ее сверлят, покрывают и снова протравливают, чтобы получить трассировки на верхнем и нижнем слоях. [41]
Внутренние слои проходят полную машинную проверку перед ламинированием, поскольку впоследствии ошибки исправить невозможно. Машины автоматического оптического контроля (AOI) сравнивают изображение платы с цифровым изображением, полученным из исходных проектных данных. Машины автоматического оптического формирования (AOS) затем могут добавлять недостающую медь или удалять излишки меди с помощью лазера, что сокращает количество печатных плат, которые необходимо отбраковать. [42] [43] [44] Дорожки печатной платы могут иметь ширину всего 10 микрометров.
Отверстия в печатной плате обычно сверлятся сверлами , покрытыми карбидом вольфрама . Покрытый карбид вольфрама используется, поскольку материалы платы абразивны. Сверла из быстрорежущей стали быстро затупятся, разрывая медь и разрушая плату. Сверление выполняется сверлильными станками с компьютерным управлением, с использованием файла сверла или файла Excellon , который описывает местоположение и размер каждого просверленного отверстия.
Отверстия могут быть сделаны проводящими, путем гальванизации или вставки полых металлических люверсов, для соединения слоев платы. Некоторые проводящие отверстия предназначены для вставки выводов сквозных компонентов. Другие, используемые для соединения слоев платы, называются переходными отверстиями .
Когда требуются отверстия диаметром менее 76,2 микрометра, сверление механическими сверлами невозможно из-за высокой скорости износа и поломки. В этом случае отверстия могут быть просверлены лазером — выпарены лазерами . Просверленные лазером отверстия обычно имеют худшую отделку поверхности внутри отверстия. Эти отверстия называются микроотверстиями и могут иметь диаметр до 10 микрометров. [45] [46]
Также возможно сверлением контролируемой глубины , лазерным сверлением или предварительным сверлением отдельных листов печатной платы перед ламинированием, чтобы создавать отверстия, которые соединяют только некоторые из медных слоев, а не проходят через всю плату. Эти отверстия называются глухими переходными отверстиями , когда они соединяют внутренний медный слой с внешним слоем, или скрытыми переходными отверстиями , когда они соединяют два или более внутренних медных слоев и ни одного внешнего слоя. Лазерные сверлильные станки могут сверлить тысячи отверстий в секунду и могут использовать как УФ-, так и CO2 - лазеры. [47] [48]
Стенки отверстий для плат с двумя или более слоями могут быть сделаны проводящими, а затем покрыты гальванической медью для формирования сквозных металлизированных отверстий . Эти отверстия электрически соединяют проводящие слои печатной платы.
Для многослойных плат, с тремя слоями или более, сверление обычно приводит к образованию размазанных высокотемпературных продуктов разложения связующего вещества в ламинированной системе. Перед тем, как отверстия могут быть покрыты, этот размазанный слой должен быть удален химическим процессом удаления размазанного слоя или плазменным травлением . Процесс удаления размазанного слоя обеспечивает хорошее соединение с медными слоями при сквозном покрытии отверстия. На платах высокой надежности процесс, называемый обратным травлением, выполняется химическим способом с использованием травителя на основе перманганата калия или плазменного травления. Возвращение размазанного слоя удаляет смолу и стекловолокна, так что медные слои проникают в отверстие и по мере покрытия отверстия становятся неотъемлемой частью осажденной меди.
Правильный выбор покрытия или отделки поверхности может иметь решающее значение для производительности процесса, объема доработок, частоты отказов в полевых условиях и надежности. [49]
Печатные платы могут быть покрыты припоем, оловом или золотом поверх никеля. [50] [51]
После травления печатных плат и их промывания водой наносится паяльная маска , а затем вся открытая медь покрывается припоем, никелем/золотом или другим антикоррозионным покрытием. [52]
Важно использовать припой, совместимый как с печатной платой, так и с используемыми деталями. Примером может служить BGA с шариковыми выводами из оловянно-свинцового припоя для соединений, теряющих шарики на оголенных медных дорожках, или с использованием бессвинцовой паяльной пасты.
Другие используемые покрытия: органический консервант паяемости (OSP), иммерсионное серебро (IAg), иммерсионное олово (ISn), химическое никелевое иммерсионное золотое покрытие (ENIG), химическое никелевое иммерсионное палладиевое золото (ENEPIG) и прямое золотое покрытие (по никелю). Краевые разъемы , размещенные вдоль одного края некоторых плат, часто никелируются, а затем золотятся с использованием ENIG. Другим соображением при выборе покрытия является быстрая диффузия металла покрытия в оловянный припой. Олово образует интерметаллиды, такие как Cu 6 Sn 5 и Ag 3 Cu, которые растворяются в ликвидусе или солидусе олова (при 50 °C), удаляя поверхностное покрытие или оставляя пустоты.
Электрохимическая миграция (ЭХМ) — это рост проводящих металлических нитей на печатной плате (ПП) или в ней под воздействием смещения постоянного напряжения. [53] [54] Известно, что серебро, цинк и алюминий под воздействием электрического поля образуют усы . Серебро также образует проводящие поверхностные дорожки в присутствии галогенидов и других ионов, что делает его плохим выбором для использования в электронике. Олово будет образовывать «усы» из-за напряжения на покрытой поверхности. Покрытие оловом со свинцом или припоем также образует усы, только уменьшенное за счет снижения процентного содержания олова. Оплавление для расплавления припоя или оловянной пластины для снятия поверхностного напряжения снижает частоту образования усов. Другая проблема покрытия — оловянная чума , превращение олова в порошкообразный аллотроп при низкой температуре. [55]
Области, которые не должны быть спаяны, могут быть покрыты паяльной маской ( паяльным резистом ). Паяльная маска — это то, что придает печатным платам их характерный зеленый цвет, хотя она также доступна в нескольких других цветах, таких как красный, синий, фиолетовый, желтый, черный и белый. Один из наиболее распространенных паяльных резистов, используемых сегодня, называется «LPI» ( жидкая фотообразующая паяльная маска ). [56] Фоточувствительное покрытие наносится на поверхность печатной платы, затем экспонируется светом через пленку изображения паяльной маски и, наконец, проявляется, где неэкспонированные области смываются. Сухая пленочная паяльная маска похожа на сухую пленку, используемую для изображения печатной платы для гальванизации или травления. После ламинирования на поверхность печатной платы она отображается и проявляется как LPI. Когда-то, но больше не используется обычно из-за своей низкой точности и разрешения, для трафаретной печати эпоксидными чернилами. Помимо отталкивания припоя, паяльный резист также обеспечивает защиту от окружающей среды для меди, которая в противном случае была бы открыта.
Легенда (также известная как шелкография или шелкография ) часто печатается на одной или обеих сторонах печатной платы. Она содержит обозначения компонентов , настройки переключателей, контрольные точки и другие указания, полезные при сборке, тестировании, обслуживании и иногда использовании печатной платы.
Существует три способа печати легенды:
Платы без установленных компонентов обычно тестируются на «короткие замыкания» и «разрывы». Это называется электрическим тестом или электронным тестом печатной платы . Короткое замыкание — это соединение между двумя точками, которые не должны быть соединены. Разрыв — это отсутствующее соединение между точками, которые должны быть соединены. Для крупносерийного производства приспособление, такое как «ложе гвоздей» в жестком игольчатом адаптере, контактирует с медными контактами на плате. Приспособление или адаптер — это существенная фиксированная стоимость, и этот метод экономически выгоден только для крупносерийного или высокоценного производства. Для мелкосерийного или среднесерийного производства используются тестеры с летающими пробниками , в которых тестовые пробники перемещаются по плате с помощью привода XY для контакта с медными контактами. Приспособление не требуется, и, следовательно, фиксированные затраты намного ниже. Система CAM предписывает электрическому тестеру подавать напряжение на каждую контактную точку по мере необходимости и проверять, что это напряжение появляется на соответствующих контактных точках и только на них.
При сборке голая плата заполняется (или «набивается») электронными компонентами для формирования функциональной печатной платы (PCA), иногда называемой «сборкой печатной платы» (PCBA). [57] [58] В технологии сквозного монтажа выводы компонентов вставляются в отверстия, окруженные проводящими площадками ; отверстия удерживают компоненты на месте. В технологии поверхностного монтажа (SMT) компонент размещается на печатной плате так, чтобы штырьки совпадали с проводящими площадками или приземлялись на поверхности печатной платы; паяльная паста, которая ранее была нанесена на площадки, временно удерживает компоненты на месте; если компоненты для поверхностного монтажа применяются к обеим сторонам платы, компоненты с нижней стороны приклеиваются к плате. Как при сквозном, так и при поверхностном монтаже компоненты затем припаиваются ; после охлаждения и затвердевания припой удерживает компоненты на месте навсегда и электрически соединяет их с платой.
Существует множество методов пайки , используемых для крепления компонентов к печатной плате. Крупносерийное производство обычно осуществляется с помощью машины Pick-and-Place и объемной пайки волной для деталей со сквозными отверстиями или печей оплавления для компонентов SMT или деталей со сквозными отверстиями, но опытные специалисты могут вручную паять очень маленькие детали (например, корпуса 0201 размером 0,02 дюйма на 0,01 дюйма) [59] под микроскопом , используя пинцет и паяльник с тонким наконечником для прототипов небольшого объема. Для деликатных деталей может использоваться селективная пайка . Некоторые детали SMT нельзя паять вручную, например, корпуса BGA . Все компоненты со сквозными отверстиями можно паять вручную, что делает их предпочтительными для прототипирования, где размер, вес и использование точных компонентов, которые будут использоваться в крупносерийном производстве, не являются проблемами.
Часто конструкции с сквозным и поверхностным монтажом приходится объединять в одной сборке, поскольку некоторые требуемые компоненты доступны только в корпусах для поверхностного монтажа, в то время как другие доступны только в корпусах для сквозного монтажа. Или, даже если все компоненты доступны в корпусах для сквозного монтажа, может быть желательно воспользоваться преимуществами сокращения размера, веса и стоимости, которые можно получить с помощью некоторых доступных устройств для поверхностного монтажа. Другая причина использования обоих методов заключается в том, что монтаж с сквозным монтажом может обеспечить необходимую прочность для компонентов, которые, вероятно, будут выдерживать физическую нагрузку (например, разъемы, которые часто сопрягаются и разъединяются или которые подключаются к кабелям, которые, как ожидается, будут оказывать существенное напряжение на интерфейс печатной платы и разъема), в то время как компоненты, которые, как ожидается, останутся нетронутыми, будут занимать меньше места при использовании методов поверхностного монтажа. Для дальнейшего сравнения см. страницу SMT .
После заполнения платы ее можно протестировать различными способами:
Для облегчения этих тестов печатные платы могут быть спроектированы с дополнительными контактными площадками для создания временных соединений. Иногда эти площадки должны быть изолированы резисторами. Внутрисхемный тест может также проверять функции проверки граничного сканирования некоторых компонентов. Внутрисхемные тестовые системы могут также использоваться для программирования энергонезависимых компонентов памяти на плате.
При граничном сканировании тестовые схемы, интегрированные в различные ИС на плате, формируют временные соединения между дорожками печатной платы для проверки правильности монтажа ИС. Граничное сканирование требует, чтобы все проверяемые ИС использовали стандартную процедуру конфигурации теста, наиболее распространенной из которых является стандарт Joint Test Action Group ( JTAG ). Архитектура тестирования JTAG предоставляет средства для тестирования соединений между интегральными схемами на плате без использования физических тестовых зондов, используя схемы в ИС для использования самих выводов ИС в качестве тестовых зондов. Поставщики инструментов JTAG предоставляют различные типы стимулов и сложные алгоритмы не только для обнаружения неисправных сетей, но и для изоляции неисправностей в определенных сетях, устройствах и выводах.
Если платы не проходят тест, специалисты могут отпаять и заменить неисправные компоненты. Эта задача называется переделкой .
Печатные платы, предназначенные для экстремальных условий, часто имеют конформное покрытие , которое наносится погружением или распылением после пайки компонентов. Покрытие предотвращает коррозию и утечки тока или короткое замыкание из-за конденсации. Самые ранние конформные покрытия были восковыми ; современные конформные покрытия обычно представляют собой погружения в разбавленные растворы силиконовой резины, полиуретана, акрила или эпоксидной смолы. Другой метод нанесения конформного покрытия заключается в распылении пластика на печатную плату в вакуумной камере. Главным недостатком конформных покрытий является то, что обслуживание платы становится чрезвычайно сложным. [60]
Многие собранные печатные платы чувствительны к статическому электричеству , поэтому во время транспортировки их необходимо помещать в антистатические пакеты . При работе с этими платами пользователь должен быть заземлен . Неправильные методы обращения могут передавать накопленный статический заряд через плату, повреждая или разрушая компоненты. Повреждение может не сразу повлиять на функциональность, но может привести к раннему отказу позже, вызвать периодические сбои в работе или сузить диапазон условий окружающей среды и электрических условий, при которых плата функционирует должным образом. Даже голые платы иногда чувствительны к статическому электричеству: дорожки стали настолько тонкими, что можно сдуть дорожку (или изменить ее характеристики) статическим разрядом. Это особенно актуально для нетрадиционных печатных плат, таких как MCM и микроволновые печатные платы.
Конструкция Cordwood может значительно сэкономить место и часто использовалась с компонентами с проволочными выводами в приложениях, где пространство было в приоритете (например, взрыватели , системы наведения ракет и телеметрии), а также в высокоскоростных компьютерах , где были важны короткие дорожки. В конструкции Cordwood компоненты с аксиальными выводами монтировались между двумя параллельными плоскостями. Название происходит от способа, которым компоненты с аксиальными выводами (конденсаторы, резисторы, катушки и диоды) укладываются в параллельные ряды и столбцы, как поленница дров. Компоненты либо спаивались вместе с помощью перемычки, либо соединялись с другими компонентами тонкой никелевой лентой, приваренной под прямым углом к выводам компонентов. [61] Чтобы избежать замыкания между различными слоями межсоединений, между ними помещались тонкие изолирующие карты. Перфорации или отверстия в картах позволяли выводам компонентов выступать на следующий слой межсоединений. Одним из недостатков этой системы было то, что приходилось использовать специальные компоненты с никелем и свинцом, чтобы обеспечить надежные сварные соединения. Дифференциальное тепловое расширение компонента может оказывать давление на выводы компонентов и дорожки печатной платы и вызывать механические повреждения (как это было замечено в нескольких модулях программы Apollo). Кроме того, компоненты, расположенные внутри, трудно заменить. Некоторые версии конструкции Cordwood использовали спаянные односторонние печатные платы в качестве метода соединения (как показано на рисунке), что позволяло использовать компоненты с обычными выводами ценой сложности снятия плат или замены любого компонента, который не находится на краю.
До появления интегральных схем этот метод позволял достичь максимально возможной плотности размещения компонентов; по этой причине он использовался рядом поставщиков компьютеров, включая Control Data Corporation . Метод построения кордвуда использовался лишь изредка после того, как печатные платы стали широко распространены, в основном в аэрокосмической отрасли или другой электронике с чрезвычайно высокой плотностью размещения компонентов.
Минимальная печатная плата для одного компонента, используемая для прототипирования , называется breakout board . Назначение breakout board — «развести» выводы компонента на отдельные клеммы, чтобы можно было легко выполнить ручное подключение к ним. Breakout boards особенно используются для компонентов поверхностного монтажа или любых компонентов с малым шагом выводов.
Современные печатные платы могут содержать компоненты, встроенные в подложку, такие как конденсаторы и интегральные схемы, для уменьшения пространства, занимаемого компонентами на поверхности печатной платы, и одновременного улучшения электрических характеристик. [62]
Multiwire — запатентованная технология соединения, которая использует проложенные на станке изолированные провода, встроенные в непроводящую матрицу (часто пластиковую смолу). [63] Она использовалась в 1980-х и 1990-х годах. По состоянию на 2010 год Multiwire все еще был доступен через Hitachi.
Поскольку было довольно легко укладывать соединения (провода) внутри матрицы встраивания, этот подход позволил конструкторам полностью забыть о маршрутизации проводов (обычно это трудоемкая операция при проектировании печатных плат): везде, где конструктору нужно соединение, машина проведет провод по прямой линии от одного места/контакта до другого. Это привело к очень короткому времени проектирования (никаких сложных алгоритмов для использования даже для проектов с высокой плотностью), а также к уменьшению перекрестных помех (что хуже, когда провода идут параллельно друг другу — чего почти никогда не происходит в Multiwire), хотя стоимость слишком высока, чтобы конкурировать с более дешевыми технологиями печатных плат, когда требуются большие количества.
Вносить исправления в схему платы Multiwire гораздо проще, чем в схему печатной платы. [64]
Печатные платы использовались в качестве альтернативы их типичному использованию в электронной и биомедицинской инженерии благодаря универсальности их слоев, особенно медного слоя. Слои печатных плат использовались для изготовления датчиков, таких как емкостные датчики давления и акселерометры, исполнительных механизмов, таких как микроклапаны и микронагреватели, а также платформ датчиков и исполнительных механизмов для Lab-on-a-chip (LoC), например, для выполнения полимеразной цепной реакции (ПЦР), и топливных элементов, и это лишь некоторые из них. [65]
Производители могут не поддерживать ремонт печатных плат на уровне компонентов из-за относительно низкой стоимости замены по сравнению со временем и стоимостью устранения неполадок на уровне компонентов. При ремонте на уровне платы техник определяет плату (PCA), на которой находится неисправность, и заменяет ее. Этот сдвиг экономически эффективен с точки зрения производителя, но также является материально расточительным, поскольку печатная плата с сотнями функциональных компонентов может быть выброшена и заменена из-за отказа одной незначительной и недорогой детали, такой как резистор или конденсатор. Эта практика вносит значительный вклад в проблему электронных отходов . [66]
Во многих странах (включая всех участников Европейского единого рынка , [67] Соединенное Королевство , [68] Турцию и Китай ) законодательство ограничивает использование свинца , кадмия и ртути в электрооборудовании. Поэтому печатные платы, продаваемые в таких странах, должны использовать бессвинцовые производственные процессы и бессвинцовый припой, а присоединенные компоненты сами должны соответствовать требованиям. [69] [70]
Стандарт безопасности UL 796 охватывает требования безопасности компонентов для печатных плат, используемых в качестве компонентов в устройствах или приборах. Тестирование анализирует такие характеристики, как воспламеняемость, максимальная рабочая температура , электрическое отслеживание, тепловое отклонение и непосредственная поддержка токоведущих электрических частей.
Медиафайлы по теме Печатные платы на Wikimedia Commons