En printed circuit board (PCB) er en grundlæggende komponent inden for elektronikproduktion, der fungerer som en platform til at samle og forbinde forskellige elektroniske komponenter for at skabe funktionelle enheder. Det er typisk et fladt, stift eller fleksibelt kort lavet af isolerende materiale som glasfiber, med ledende spor ætset på overfladen. Disse spor giver elektriske forbindelser, der forbinder komponenter som modstande, kondensatorer, integrerede kredsløb og stik, hvilket muliggør strømmen af signaler og strøm.
Definition
En PCB er en essentiel byggeblok inden for moderne elektronik.
Det består typisk af et ikke-ledende substratmateriale, ofte lavet af glasfiberforstærket epoxy, kendt som printkortet. Dette basismateriale giver mekanisk støtte og stabilitet til de komponenter, der er monteret på det.
På overfladen af et printed circuit board er der ledende baner kaldet spor eller kobberbaner, der danner de elektriske forbindelser mellem komponenterne. Disse kobberbaner oprettes ved at ætse eller trykke et tyndt lag af kobber på dets overflade.
Elektroniske komponenter såsom integrerede kredsløb (IC = Integrated Circuits):
Modstande
Kondensatorer
Transistorer
Stikforbindelser
Disse monteres på PCB’et ved hjælp af forskellige lodningsteknikker.
Komponenterne positioneres og fastgøres på de angivne placeringer på printkortet, og deres ben eller terminaler loddes til kobberbanerne.
Denne loddeproces etablerer elektriske forbindelser mellem komponenterne og printkortet, hvilket danner et komplet kredsløb.
Alle komponenter repræsenteres af et footprint, der viser de elektriske ben, komponentens størrelse, en mekanisk 3D-model og dokumentationsdetaljer.
Overblik af PCB byggesten
Substrat: Substratet, også kendt som PCB-basismaterialet, er fundamentet som printkortet er opbygget på. Det giver mekanisk støtte og elektrisk isolation til kredsløbet.
Almindelige substratmaterialer inkluderer glasfiberforstærket epoxy (FR-4), polyimid (PI) og Rogers-materialer.
Kobberlag: Kobberlag er tynde lag af kobber, der er lamineret på substratet. Disse lag fungerer som ledende veje for elektriske signaler og strømdistribution.
Printkortet kan have konstruktioner med enkeltlag (et kobberlag), dobbeltsidet (to kobberlag) eller flerlags (tre eller flere kobberlag).
Pads: Pads er små områder af eksponeret kobber på PCB-overfladen. De fungerer som kontaktpunkter til lodning af elektroniske komponenter på boardet.
Pads giver elektriske forbindelser mellem komponenterne og kobbertraces.
Vias: Vias er små belagte huller i printkortet, der etablerer forbindelser mellem forskellige lag.
De tillader traces at passere fra et lag til et andet, hvilket muliggør komplekse kredsløb og effektiv udnyttelse af plads.
Vias kan være gennemhuller (gennem alle lag) eller blinde/forgravede vias (forbindelse mellem specifikke lag).
Loddemaske: Loddemasken er et beskyttende lag, der påføres over kobbertraces og pads.
Den er normalt grøn, men kan også være i andre farver.
Loddemasken forhindrer lodsbroer og utilsigtede forbindelser under lodning, samtidig med at den beskytter kobbertraces mod miljømæssige faktorer og korrosion.
Silkscreen: Silkscreen-laget er et ikke-ledende lag, der indeholder markeringer, labels, komponentkonturer, referencebetegnelser og anden tekst eller symboler.
Det giver information til samling, identifikation og referenceformål og hjælper med komponentplacering og orientering.
Komponenter: Elektroniske komponenter er de funktionelle elementer, der monteres på PCB’et for at danne det elektroniske kredsløb.
Dette inkluderer integrerede kredsløb (IC’er), modstande, kondensatorer, induktorer, dioder, transistorer, stik og forskellige andre aktive og passive komponenter.
Montagehuller: Montagehuller er forborede huller på PCB’et, der bruges til at fastgøre boardet til et kabinet eller et større system.
De giver mekanisk stabilitet og korrekt justering af printkortet under installationen.
Strøm- og jordplaner: Power- og jordplaner er dedikerede kobberlag i printkort med flere lag, der fører henholdsvis strøm- og jordsignaler.
De giver lavimpedansveje for strømdistribution, reducerer støj og hjælper med signalintegritet.
Disse byggeblokke arbejder sammen for at skabe et funktionelt PCB.
Ingeniører placerer og router sporene strategisk, positionerer komponenterne og optimerer lagstruktur for at opfylde elektriske, mekaniske og produktionsmæssige krav.
Sammenspillet af disse elementer danner kredsløbet, der muliggør den ønskede funktionalitet af den elektroniske enhed eller system.
Implementering
Processen med at oprette et PCB omfatter flere trin, herunder design, layout, fremstilling og samling:
Design: Ingeniører bruger specialiseret software til at designe layoutet af komponenter og spor. Dette involverer faktorer som signalveje, komponentplacering og termisk styring.
Layout: Det designede layout omdannes til en fysisk repræsentation ved hjælp af computerstyrede designværktøjer (CAD). Dette inkluderer at definere positioner og størrelser af komponenter, spor, vias og pads.
Fremstilling: PCB-designet overføres til et fysisk kort gennem processer som ætning. Et kobberklædt kort ætses for at skabe de ønskede ledende spor og mønstre.
Samling: Elektroniske komponenter loddet fast på PCB’en ved hjælp af automatiseret samleudstyr. Metoder som overflademontering (SMT) eller gennemhuller (THT) kan anvendes.
Fordele
PCB’er tilbyder en mangfoldighed af fordele, der bidrager til effektiviteten og pålideligheden af elektroniske systemer:
Kompakt Integration: PCB’er tillader komplekse elektroniske kredsløb at blive kompakt integreret, hvilket reducerer pladsbehovet og muliggør miniaturisering af enheder.
Forbedret Signalintegritet: Veludformede PCB’er minimerer signalforvrængninger, krydsnedslag og elektromagnetisk interferens, hvilket fører til højere signalhøjde og bedre systemydelse.
Let Fremstilling: Standardiserede fremstillingsprocesser gør PCB-samlingen effektiv og omkostningseffektiv, hvilket muliggør masseproduktion af elektroniske enheder.
Designfleksibilitet: PCB’er kan designes til specifikke applikationer, hvilket tillader tilpasning af komponentplacering, routing og ydeevneegenskaber.
Reduceret Længde af Forbindelser: Designet af PCB’er optimerer afstanden mellem komponenter, hvilket reducerer signalrejsetiderne og minimerer forsinkelser.
Pålidelighed og Reproducerbarhed: PCB’er giver konstante elektriske forbindelser, hvilket reducerer risikoen for forbindelsesfejl og sikrer reproducerbarhed i fremstillingen.
Sammenfattende er PCB’er essentielle komponenter inden for moderne elektronik og tilbyder en organiseret og effektiv metode til at forbinde elektroniske elementer. Gennem præcis design, fremstilling og samleprocesser bidrager PCB’er til pålideligheden, ydeevnen og miniaturiseringen af en bred vifte af elektroniske enheder og systemer.
