Czym są i do czego służą obwody drukowane?
Obwód drukowany (PCB – ang. Printed Circuit Board) jest płytką wykonaną z materiału izolacyjnego, który stanowi podłoże dla połączeń elektrycznych (ścieżki) oraz punktów lutowniczych (pady), i jest przeznaczona do montażu podzespołów elektronicznych. Zapewnia także odpowiedni przepływ sygnałów elektrycznych pomiędzy ich wyprowadzeniami. Co jeszcze należy wiedzieć o obwodach drukowanych?
Do czego wykorzystywane są obwody drukowane?
Pierwszy obwód drukowany powstał w USA i został opatentowany w 1956 roku. Początkowo tego typu elementy były wykorzystywane w branży wojskowej i kosmonautyce, gdzie pracowały w urządzeniach systemów zasilania, zarządzania oraz dystrybucji energii. Obecnie obwody drukowane stosuje się w urządzeniach oraz układach elektronicznych, które pracują z niskimi napięciami, gdzie dąży się do minimalizacji rozmiarów poprzez zmniejszanie elementów tworzących mozaiki. Coraz częściej wykorzystuje się je również w urządzeniach wysokoprądowych dużych mocy mających znaczną gęstość prądu sieci przewodzących. Dotyczy to wielu sektorów przemysłu: motoryzacyjnego, kolejowego, energetycznego, a także przy produkcji paneli solarnych, sprzętu spawalniczego i różnego typu zasilaczy oraz przetwornic dużych mocy.
Rodzaje obwodów drukowanych
Obwody jednowarstwowe – na jednej warstwie rozmieszczone są pola lutownicze oraz inne elementy, które tworzą obwód drukowany. Tego typu obwody znajdują zastosowanie w przypadku prostych obwodów. Zwiększenie liczby połączeń uzyskuje się przez zastosowanie mostków.
Obwody dwuwarstwowe – połączenia elektryczne (ścieżki) znajdują się po obu stronach płytki. Dzięki metalizacji otworów punktów lutowniczych lub tzw. przelotek możliwe jest przeprowadzenie sygnału na drugą stronę płytki.
Obwody wielowarstwowe – posiadają szereg warstw przewodzących, które rozdzielone są warstwami izolacyjnymi. Na zewnętrznych warstwach rozmieszcza się zwykle pola lutownicze, a na wewnętrznych – ścieżki, warstwy zasilania i uziemienia, a także pola technologiczne. W obwodach wielowarstwowych można rozmieścić bardzo gęstą sieć połączeń, ekranować część układu oraz prowadzić ścieżki o własnościach tzw. linii paskowych i ścieżki o minimalnej rezystancji i indukcyjności, które przydatne są do montażu szybkich i miniaturowych obwodów. Gęstość połączeń uzyskiwana w tego typu obwodach jest 4-20 razy większa niż dla obwodów jednowarstwowych.
Obwody drukowane wielowarstwowe składają się z rdzenia, czyli cienkiej warstwy dielektrycznej, która przyjmuje postać płytki materiału podłożowego (np. laminatu), warstwy sygnałowej, na której wykonane są ścieżki sygnałowe, powierzchni wewnętrznej – warstwy przyjmującej postać ciągłego obszaru mającej za zadanie rozprowadzenie sygnałów zasilających, oraz prepregu – mieszaniny włókien szklanych oraz żywicy.
Rodzaje laminatów
Laminat jest materiałem dielektrycznym, który stanowi bazę dla obwodu drukowanego. Na jego płytę nakleja się odpowiedniej grubości folię miedzianą, która stanowi materiał do wykonania przyszłych ścieżek obwodu drukowanego – wyjaśnia właścicielka firmy ELPIN, producenta obwodów drukowanych i płytek PCB.
Poniżej przedstawiamy najpopularniejsze rodzaje laminatów:
Laminaty kompozytowe – rdzeń papierowy, który nasączony jest żywicą epoksydową i dwustronnie pokryty włóknem szklanym, stosowany do produkcji obwodów jednostronnych (CEM1) lub dwustronnych (CEM3).
Laminaty fenolowo-papierowe – papier, który nasączony jest żywicą fenolową (FR2) lub epoksydową (FR3) z domieszką związków ograniczających palność; znajduje zastosowanie w urządzeniach, które pracują w warunkach normalnych.
Laminaty szklano-epoksydowe (FR4) – twarda żywica epoksydowa, która wzmocniona jest prasowanymi włóknami szklanymi z domieszką związków ograniczających palność; stosowana do realizacji płytek drukowanych sprzętu profesjonalnego oraz wojskowego.
Laminaty szklano-teflonowe (PTFE) – najdroższe laminaty, wykonane w oparciu o kompozycję teflonu i ceramiki i stosowane do realizacji płytek obwodów mikrofalowych.
