▷ מהו לוח PCB או מעגל מודפס. להשתמש, איך זה נעשה

האם שמעת פעם את המונח PCB, או לוח מעגלים משולב ? אם אינך יודע מה זה, אנו נסביר לך את זה במאמר זה. כשאתה קורא מאמר זה, אתה מוקף על ידי PCBs; יש לך כמה במחשב האישי שלך, צג, עכבר וגם בנייד שלך. כל אלמנט אלקטרוני בנוי באמצעות PCB, או לפחות "האיברים הפנימיים" שלו.

מדד התוכן

השימוש ב- PCBs היה צעד ענק בהתפתחות המכשירים האלקטרוניים, שכן הוא סיפק שיטה חדשנית לחיבור אלמנטים ללא שימוש בכבלים חשמליים. העולם של היום לא יהיה זהה ללא המצאת PCBs, אז בואו נראה מה הם ואיך הם מיוצרים

מה זה PCB

PCB הוא ראשי תיבות של Printed Circuit Board, אך אנו משתמשים בראשי תיבות באנגלית (Printed Circuit Board) כדי לא לבלבל אותו למשל עם חריצי PCI של המחשב האישי שלנו.

ובכן, PCB הוא בעצם תמיכה פיזית בה מותקנים רכיבים אלקטרוניים וחשמליים ומחוברים ביניהם. רכיבים אלה יכולים להיות, שבבים, קבלים, דיודות, נגדים, מחברים וכו '. אם תסתכל על מחשב בפנים, תראה שיש לוחות שטוחים מרובים עם הרבה רכיבים מודבקים אליו, זהו לוח אם והוא מורכב מ- PCB והרכיבים שצייננו.

כדי לחבר כל אלמנט בלוח PCB, אנו משתמשים בסדרה של פסי מוליך נחושת דקיקים במיוחד המייצרים מעקה, מוליך, כאילו מדובר בכבל. במעגלים הפשוטים ביותר, יש לנו רק מסילות מוליכות בצד אחד או משני צידי ה- PCB, אך במעגלים מלאים יותר יש לנו פסי חשמל ואפילו רכיבים מוערמים בשכבות מרובות של אותם.

התמיכה העיקרית למסילות ורכיבים אלו היא שילוב של פיברגלס מחוזק מחומרים קרמיים, שרפים, פלסטיק ואלמנטים אחרים שאינם מוליכים. אם כי כיום משתמשים ברכיבים כמו מסלולואיד ומסלולי צבע מוליכים לייצור לוחות PCB גמישים.

הלוח המעגל המשולב הראשון נבנה בשנת 1936 על ידי המהנדס פול אייזלר, ששימש רדיו. משם, התהליכים אוטומטיים לייצור בקנה מידה גדול, תחילה באמצעות מכשירי רדיו ואחר כך עם כל מיני רכיבים.

מה יש בתוך PCB?

מעגלים מודפסים מורכבים מסדרת שכבות מוליכות, לפחות המורכבות ביותר. כל אחת מהשכבות המוליכות הללו מופרדת על ידי חומר מבודד הנקרא מצע. חורים הנקראים vias משמשים לחיבור מסילה רב שכבתית , שיכולים לעבור לחלוטין דרך ה- PCB או רק להגיע לעומק מסוים.

המצע יכול להיות מיוצר קומפוזיציות שונות, אך תמיד מחומרים לא מוליכים כך שכל אחד ממסלולי החשמל נושא איתות ומתח משלו. השימוש הנפוץ ביותר כיום נקרא Pértinax, שהוא בעצם נייר מכוסה שרף, קל מאוד לטפל בו ולמכונה. אך בציוד בעל ביצועים גבוהים משתמשים במתחם שנקרא FR-4 שהוא חומר עמיד פיברגלס מצופה שרף.

הרכיבים האלקטרוניים, מצדם, כמעט תמיד יגיעו לאזור החיצוני של ה- PCB, ויותקנו משני הצדדים, בכדי לנצל את מלוא הרחבתם. לפני יצירת מסילות החשמל, השכבות השונות של ה- PCB נוצרות רק על ידי המצע וכמה גיליונות נחושת דקים מאוד או חומר מוליך אחר, וזה יהיה דרך מכונה הדומה למדפסת אשר אלה ייווצרו ודרך תהליך די. ארוך ומורכב.

תהליך יצירת PCB

אנו כבר יודעים ממה עשויים מעגלים משולבים, אך מעניין מאוד לדעת כיצד הם עשויים. מה שכן, אנו יכולים ליצור מעגל משולב בסיסי בעצמנו על ידי רכישת אחד מהלוחות הללו, אך כמובן שהתהליך יהיה שונה למדי ממה שמשמש בפועל.

תכנון PCB באמצעות תוכנה

הכל מתחיל בתכנון ה- PCB, התחקות אחר פסי החשמל הנחוצים לחיבור הרכיבים, וכן רישום של כמה שכבות שיהיו נחוצות בכדי שיוכלו לייצר את כל החיבורים שעומדים להיות נחוצים לרכיבים.

תהליך זה מתבצע באמצעות תוכנת מחשב של CAM כגון TinyCAD או DesignSpark PCB, הנמצאים בשימוש נרחב בקריירות הנדסיות. לא רק מעוצבים פסי חשמל, אלא נוצרות גם תוויות שונות לרשימת הרכיבים המותקנים ולזהות כל אחד מהמחברים.

כל הצעדים הנדרשים בתהליך הפיתוח יתועדו כך שהיצרן יודע בדיוק מה לעשות כאשר הפרויקט נשלח אליכם.

פריסת משי ותצלום

לאחר שתוכנן, אנו מעבירים את הפרויקט ישירות ליצרן וזה יהיה המקום בו מתחילה היצירה הפיזית של PCB. התהליך הבא נקרא התחקות מצולמת, לפיה לייזר דמוי מדפסת (פוטופלוטר) מתחקה אחר גרף עם מסכות החיבור של האלמנטים האלקטרוניים.

לשם כך משתמשים ביריעה דקה של מתכת מוליכה בגודל של כ- 7 אלפי סנטימטרים. בהמשך מסכות אלה ישמשו לקביעת היכן מודבקים הרכיבים האלקטרוניים. בתהליכים מתקדמים יותר, תהליך זה מתבצע ישירות על ה- PCB בעזרת מדפסת החותקת את מסכות החיבור עם מתכת זו.

הדפסת שכבה פנימית

הדבר הבא שנעשה הוא ההדפסה על גבי PCB של פסי החשמל הפנימיים השונים, עם מתחם מיוחד. זה כרוך ב"ציור "שלילית של פסי החשמל שעל הגיליון ליצירת דפוס מוליך עם חומר סרט רגיש או יבש. ובכן, הסרט הזה שנוצר נחשף לאור לייזר או אור סגול כדי להסיר את החומר העודף וכך ליצור שלילית של המעגל הסופי.

תהליך זה מבוצע אם ל- PCB יש שכבות פנימיות עם מסילות מוליכות. יתר על כן, תהליך זה יחזור על השכבות החיצוניות של ה- PCB ליצירת פסי הנחושת הסופיים ובהתאם לתכנון המעגל.

בדיקה ואימות (AOI)

לאחר שבוצעו שכבות המסילה המוליכות השונות, מכונה תבדוק שכולן נכונות ועובדות היטב. הדבר נעשה באופן אוטומטי על ידי השוואה בין העיצוב המקורי לבין ההדפס הפיזי, לחיפוש מכנסיים קצרים או פסי שבור.

סרט חלודה ולמינציה

כל אחד מהיריעות המודפסות עם פסי המוליכה עובר טיפול בתחמוצת כדי לשפר את היכולות והעמידות של פסי הנחושת של כל שכבה.

הודות לתהליך, יימנעו delaminering של שכבות המסלול המוליכות השונות על לוחות PCB רגישים במיוחד או עם מספר גדול של רכיבים כמו אלה של מחשבים.

הדבר הבא לעשות הוא לבנות את ה- PCB הסופי, לשם כך כל אחד משכבות המעגל יחובר באמצעות יריעות פיברגלס עם שרף אפוקסי, פרטינקס או כל שיטה אחרת שתשתמש בה. כל זה ידבק בצורה מושלמת באמצעות מכבש הידראולי וככה נקבל את המעגל המשולב.

קידוח חורים

בכל הזדמנויות אנו נצטרך ליצור סדרה של חורים ל- PCB על ידי קידוח בכדי להיות מסוגלים להצטרף לשכבות הנחושת והמעקות השונים. נצטרך גם ניקוב מלא כדי שנוכל להחזיק אלמנטים אלקטרוניים או מחברים או חריצי הרחבה שונים.

תהליך הקידוח חייב להיות מדויק ביותר, כדי לשמור על שלמות ה- PCB, כך שראשי טונגסטן קרביד משמשים לחומר הקשה ביותר שקיים.

חורים מתכתיים

על מנת שהחורים הללו יוצרים קשר עם המסילות הפנימיות השונות, יהיה צורך בתהליך ציפוי עם סרט נחושת דק בכדי לספק את המוליכות הנחוצה. פורנירים אלה יהיו בגודל 40-60 מיליון סנטימטרים.

ה- PCB מוכן כעת להתחקות אחר פסי הנחושת על הפנים החיצוניות של זה.

סרט מסלול חיצוני והתחשמלות

כעת ניצור את המסלולים המוליכים החיצוניים, ולשם כך נלך באותו הנוהל ליצירת המסילה הפנימית. ראשית אנו יוצרים את הסרט היבש כשלילי של המעגל הסופי. ואז, בעזרת לייזר, נוצרים החללים שבהם הנחושת עומדת להפקיד, ליצירת המסילה המוליכה.

ואז ה- PCB יעבור תהליך אלקטרוליטי, אשר מורכב מהדבקת הנחושת באזורים נטולי נייר כסף יבש ובכך ליצור את מסילות החשמל של ה- PCB. ה- PCB מונח באמבט נחושת ויחובר אלקטרוליטית לתבניות המוליכות בכדי ליצור מסילות בגודל 0.001 אינץ '.

ואז נוסף שכבה של פח על גבי הנחושת כדי להגן על התקפה כימית זו כשאנחנו עוברים לתהליך SES או " strip-etch-strip"

רצועת תחריט

זהו הצעד הלפני אחרון, עודף הנחושת יוסר מהלחץ, העודף יהיה זה שלא טבלנו בפח. בדרך זו, רק הנחושת המוגנת פח תישאר.

לאחר מכן עלינו גם להסיר את הפח באמצעות טיפול כימי כדי להשאיר לבסוף רק את פסי הנחושת שיהיו אלה שבסופו של דבר יחברו רכיבים ויעבירו את החשמל.

כעת תהליך נוסף של AOI יוודא שהכל נכון לתיעוד סוף סוף של המסכה והאגדה.

מסכת הלחמה ואגדה

לבסוף תוחל מסכת הלחמה על הלוח המעגל האלקטרוני כך שלאחר מכן ניתן יהיה להלחין את הרכיבים למסילות בצורה נכונה בדיוק לאן הם צריכים ללכת.

ואז מודפס גם האגדה המורכבת , המידע שהמעצב רצה לספק על ה- PCB, כמו שם המחברים, קוד האלמנט וכו '. בנוסף, העיצוב הסופי של ה- PCB ייעשה גם עם הצבעים שהיצרן רוצה לתת לו, כפי שאנו רואים בלוחות האם של המשחקים וכו '.

ריתוך רכיבים ובדיקות אחרונות

ה- PCB מוכן ורק הרכיבים יתווספו באמצעות זרועות רובוט דיוק גבוה, והחריצים המתאימים. בדרך זו הלוח מוכן להיבדק חשמלית ולבדוק שהוא עובד נכון.

נוסיף גם את מסכות החיבור לריתוך אלמנטים אלה בצורה נכונה.

סיכום ומילים אחרונות

ובכן, זה כל מה שיש PCB ואיך הם מיוצרים. כפי שניתן לראות שהתהליך מורכב למדי ודורש צעדים רבים, עלינו לזכור כי הדיוק חייב להיות מקסימאלי כך שאחר כך הוא יעבוד כמצופה.

PCBs הופכים מורכבים יותר, עם מסלולים דקים וצפופים יותר, בכדי להיות מסוגלים להכיל מספר עצום של רכיבים במעט מאוד מקום.

אנו ממליצים גם לבקר במדריך שלנו ללוחות האם הטובים ביותר בשוק

ותמצאו גם את המדריכים האלה מעניינים:

אם יש לך שאלות או שאתה רוצה לבצע תיקון, כתוב לנו בתגובות. אנו מקווים שהמידע מעניין.