Trükkplaat
Trükkplaat (PCB) on elektrooniliste komponentide ühendamiseks valmistatud plaat. Neid kasutatakse tänapäeval peaaegu kõigis arvutites ja elektroonikaseadmetes.
"Kaart" on valmistatud elektrit mittejuhtivast materjalist, tavaliselt klaaskiust. Tavaliselt on vask söövitatud (õhukeste joontega) plaadi sisse klaaskiudkihi vahele või plaadi pinnale. Nii läheb elekter ainult sinna, kuhu see soovitakse.
Seejärel kinnitatakse elektroonilised komponendid selle plaadi külge, kasutades elektrit juhtivat metalli. Tahvli sisse söövitatud metall võimaldab elektrienergia liikumist ühelt komponendilt teisele elektriahelates.
Plaatidel võib olla palju erinevaid osi, mis on omavahel ühendatud ja töötavad koos. Kõige tavalisemaid trükkplaate valmistatakse suures koguses konkreetse töö jaoks, näiteks arvuti, mobiiltelefoni või televiisori käitamiseks. Mõned trükkplaadid on valmistatud tavalised, nii et inimene saab ise ehitada oma uue elektritöö jaoks. Enamiku elektrit kasutavate asjade sees on vähemalt üks trükkplaat, mis paneb need tööle.
Paindlikud trükkplaadid on sellised, mis on valmistatud piisavalt õhukesest ja õigest materjalist, et neid saaks painutada (painutada).
Trükkplaadi komponendid, mis on kinnitatud
Ajalugu
Trükkplaadid on pärit 1850. aastatel kasutatud elektrilistest ühendussüsteemidest. Algselt kasutati puidust alustele paigaldatud suurte elektriliste komponentide ühendamiseks metallribasid või -varraste. Hiljem asendati metallribad juhtmetega, mis olid ühendatud kruviklemmidega, ja puidust alused asendati metallraamidega. See võimaldas asjadel olla väiksemad, mida oli vaja, kuna vooluahelad muutusid keerulisemaks ja sisaldasid rohkem osi. Thomas Edison katsetas meetodeid metallide kasutamiseks linapaberil. Arthur Berry patenteeris 1913. aastal Suurbritannias trükkimis- ja söövitusmeetodi. 1925. aastal töötas Charles Ducas Ameerika Ühendriikides välja meetodi, milles kasutati galvaniseerimist. Ta lõi elektrilise tee otse isoleeritud pinnale, trükkimaks läbi šablooni (papile või kartongile lõigatud kuju) spetsiaalse tindiga, mis suutis elektrit juhtida, nagu juhtmedki. Seda meetodit nimetati "trükitud juhtmestikuks" või "trükitud vooluahelaks".
1943. aastal patenteeris Ühendkuningriigis töötav austerlane Paul Eisler meetodi, mille abil söövitati elektrit mittejuhtivale, kõvale alusele kinnitatud vaskfooliumi kihile elektrit juhtiv muster ehk vooluringid. Eisleri tehnikat märkas USA sõjavägi ja nad hakkasid seda kasutama uutes relvades, sealhulgas lähedussütikutes, Teises maailmasõjas. Tema idee muutus väga kasulikuks 1950. aastatel, kui võeti kasutusele transistor. Kuni selle ajani olid vaakumtorud ja muud komponendid nii suured, et traditsioonilised paigaldus- ja juhtmestikumeetodid olid kõik, mida vajati. Transistoride kasutuselevõtuga muutusid komponendid aga väga väikesteks ja tootjad pidid kasutama trükkplaate, et ka ühendused oleksid väikesed.
Plaaditud läbilõike tehnoloogia ja selle kasutamine mitmekihilistes trükkplaatides patenteeriti 1961. aastal USA firma Hazeltine poolt. See võimaldas palju keerulisemaid plaate, kus komponendid olid tihedalt üksteise kõrval paigutatud. Integreeritud kiibid võeti kasutusele 1970. aastatel ja need komponendid lülitati kiiresti trükkplaatide projekteerimis- ja valmistamismeetoditesse. Tänapäeval võib trükkplaat mõnes rakenduses olla kuni 50 kihti.
Pindpaigaldustehnoloogia töötati välja 1960. aastatel ja seda hakati laialdaselt kasutama 1980. aastate lõpus.
Käsitsi valmistatud trükkplaat
Disain
Peamine ülesanne trükkplaadi projekteerimisel on välja selgitada, kuhu kõik komponendid paigutatakse. Tavaliselt on olemas projekt või skeem, mis muudetakse trükkplaadiks. Standardset trükkplaati ei ole olemas. Iga trükkplaat on kavandatud oma otstarbeks ja peab olema õige suurusega, et see sobiks vajalikku ruumi. Plaadi projekteerijad kasutavad arvutipõhist projekteerimistarkvara, et paigutada vooluahela kujundused plaadile. Elektriliste radade vahe võib olla 0,04 tolli (1,0 mm) või väiksem. Samuti pannakse paika komponentide juhtmete või kontaktpunktide aukude asukoht. Kui vooluahela muster on paigutatud, trükitakse negatiivne kujutis täpses suuruses läbipaistevale plastile. Negatiivse kujutise puhul on alad, mis ei ole osa vooluahela mustandist, näidatud mustalt ja vooluahela muster on näidatud selgesti. Seejärel eemaldatakse metall läbipaistvatelt aladelt, tavaliselt kemikaalidega. Sellest kujundist tehakse juhised arvutiga juhitavale puurmasinale või tootmisprotsessis kasutatavale automaatsele jootepastale.
Tootmine
Kaart on valmistatud vasest väliskihiga. Soovimatu vask eemaldatakse, jättes vasest juhtmed, mis ühendavad elektroonikakomponente. Komponendid paigutatakse plaadile, võttes juhtmetega ühendust.
Fotoresist
Mõnikord valmistatakse trükkplaate fotolithograafia abil. Fotoresistiks nimetatav kate reageerib valgusega ning seejärel pannakse trükkplaat ja kate arendusseadmesse. See meetod on plaadi kohta kallis, kuid alguses väga odav.
Siiditrükk
Trükkplaadi valmistamiseks on siiski erinevaid meetodeid. Mõned professionaalselt valmistatud trükkplaadid kasutavad erinevat meetodit, et eemaldada trükkplaadilt üleliigne vask. Kasutatakse protsessi nimega siiditrükk. Siiditrükk on see, kui kangas tõmmatakse tihedalt üle raami. Seejärel trükitakse kangale kujutis. Seejärel surutakse tint läbi riide. Tint ei lähe sinna, kuhu kujutis on kangale trükitud. Seda nimetatakse siiditrükkiks, sest tavaliselt on kangas siidist. Kangas on tavaliselt siidist, sest sellel on väga väikesed augud. siiditrükiga trükitakse tahvlile tint, mida nimetatakse resistiks. Resist on tint, mis peab vastu trükkplaadi valmistamiseks kasutatavale söövitusainele. Etchant lahustab plaadil oleva vase. See on iga plaadi puhul odavam kui fotoresist, kuid alguses on see kallim.
Freesimine
Teine võimalus trükkplaadi valmistamiseks on kasutada veskit. Veski on puur, mis liigub mitmes suunas. Puur eemaldab väikese koguse vaske iga kord, kui ta üle plaadi liigub. Veski eemaldab vase plaadil olevate juhtmete ümber. See jätab plaadile lisavase. Muud meetodid ei jäta plaadile täiendavat vaske. See meetod on plaadi kohta odavam, kuid selle valmistamiseks vajalikud seadmed on kallid. Seda meetodit ei kasutata sageli, sest teised kaks meetodit on lihtsamad.
Küsimused ja vastused
K: Mis on trükkplaat?
V: Trükkplaat (PCB) on elektroonikakomponentide ühendamiseks valmistatud plaat.
K: Milleks kasutatakse trükkplaate?
V: Trükkplaate kasutatakse tänapäeval peaaegu kõigis arvutites ja elektroonikas.
K: Millest on valmistatud trükkplaat?
V: "Kaart" on valmistatud elektrit mittejuhtivast materjalist, tavaliselt klaaskiust.
K: Kuidas võimaldab trükkplaat elektrienergia liikumist ühelt komponendilt teisele elektriahelates?
V: Tavaliselt on vask söövitatud (asetatud õhukesteks joonteks) plaadi sees klaaskiudkihtide vahele või plaadi pinnale. Plaadi sisse söövitatud metall võimaldab elektrienergia liikumist ühelt komponendilt teisele elektriahelates.
K: Mis on paindlikud trükkplaadid?
V: Paindlikud trükkplaadid on need, mis on valmistatud piisavalt õhukesest ja õigest materjalist, et painduda (painutada).
K: Mis on jäigalt painduvad plaadid?
V: Jäigad-flex plaadid on need, mis ühendavad endas jäikade plaatide ja painduvate plaatide omadusi, mis on mõnes kohas kõvad ja mõnes teises kohas painutatavad.
K: Kas enamiku elektriga töötavate asjade sees on vähemalt üks trükkplaat?
V: Jah, enamiku elektrit kasutavate asjade sees on vähemalt üks trükkplaat, mis paneb need tööle.
