PCB (płytka drukowana) jest ważnym elementem elektronicznym, który służy jako struktura nośna dla elementów elektronicznych i nośnik połączeń elektrycznych. Nazywa się ją „płytką drukowaną”, ponieważ jest produkowana przy użyciu technik druku elektronicznego. Płytki drukowane są jednym z podstawowych elementów w przemyśle elektronicznym. Prawie każde urządzenie elektroniczne, od małych przedmiotów, takich jak zegarki cyfrowe i kalkulatory, po duże systemy, takie jak komputery, elektronika komunikacyjna i systemy uzbrojenia wojskowego, wykorzystuje płytki drukowane do łączenia układów scalonych i innych elementy elektroniczne elektrycznie.
Płytka drukowana składa się z izolacyjnego podłoża, przewodów łączących i padów do montażu i lutowania podzespołów elektronicznych, pełniąc funkcję ścieżek przewodzących i izolacyjnej podstawy. Może zastąpić skomplikowane okablowanie w celu uzyskania połączeń elektrycznych między różnymi podzespołami, upraszczając procesy montażu i lutowania, zmniejszając obciążenie pracą związane z tradycyjnymi metodami okablowania i znacznie zmniejszając intensywność pracy. Ponadto, PCB pomagają zmniejszyć ogólny rozmiar urządzeń, obniżyć koszty produktów i poprawić jakość i niezawodność sprzętu elektronicznego. Oferują dobrą spójność produktu i mogą być standaryzowane w konstrukcji, ułatwiając mechanizację i automatyzację produkcji. Ponadto w pełni zmontowana i przetestowana płytka drukowana może służyć jako niezależna część zamienna, ułatwiając wymianę i konserwację kompletnych produktów.
Płytki drukowane były pierwotnie wykonane z laminatów miedzianych na bazie papieru. Od czasu wprowadzenia tranzystorów półprzewodnikowych w latach 1950. XX wieku popyt na płytki drukowane gwałtownie wzrósł. Szybki rozwój i powszechne stosowanie układów scalonych doprowadziły do powstania mniejszych urządzeń elektronicznych o rosnącej gęstości obwodów i złożoności, co wymagało ciągłej innowacji w płytkach drukowanych. Obecnie odmiany PCB ewoluowały od płytek jednostronnych do płytek dwustronnych, płytek wielowarstwowych i płytek elastycznych. Ich struktura i jakość rozwinęły się do ultrawysokiej gęstości, miniaturyzacji i wysokiej niezawodności. Nowe metody projektowania, materiały i procesy produkcyjne ciągle się pojawiają. W ostatnich latach różne wspomagane komputerowo oprogramowanie do projektowania (CAD) PCB zyskało szeroką popularność w przemyśle, a zmechanizowana i zautomatyzowana produkcja całkowicie zastąpiła procesy ręczne w wyspecjalizowanych zakładach produkujących płytki PCB.
Klasyfikacja według liczby warstw
Ze względu na liczbę warstw obwodu płytki PCB można podzielić na płytki jednostronne, tablice dwustronne, i wielowarstwowe płytki. Typowe wielowarstwowe płytki mają zazwyczaj cztery lub sześć warstw, podczas gdy bardziej złożone płytki mogą mieć dziesiątki warstw. Trzy główne typy klasyfikacji PCB to:
Deski jednostronne
Płytki jednostronne (Single-Sided Boards) mają komponenty skoncentrowane po jednej stronie i ścieżki przewodzące po przeciwnej stronie (lub zarówno ścieżki, jak i elementy montowane powierzchniowo po jednej stronie, z elementami przewlekanymi po drugiej). Ponieważ ścieżki pojawiają się tylko po jednej stronie, ten typ PCB nazywa się jednostronnym. Ze względu na ścisłe ograniczenia projektowania obwodów (ścieżki nie mogą się krzyżować i muszą podążać oddzielnymi ścieżkami), płytki jednostronne są zwykle stosowane jedynie we wczesnych projektach obwodów.
Tablice dwustronne
Płytki dwustronne (Double-Sided Boards) mają okablowanie po obu stronach, co wymaga odpowiednich połączeń elektrycznych między obiema stronami. Te połączenia, znane jako przelotki, to małe otwory wypełnione lub pokryte metalem, które umożliwiają połączenie ścieżek z obu stron. Płytki dwustronne, które mają dwukrotnie większą powierzchnię niż płytki jednostronne, rozwiązują problemy z przeplotem projekty jednostronne (umożliwiając wykonywanie połączeń przez przelotki). Są one bardziej odpowiednie dla obwodów bardziej złożonych niż te, które są zazwyczaj obsługiwane przez płytki jednostronne.
Płyta elastyczna, Płyta sztywno-elastyczna
Płytki wielowarstwowe (płytki wielowarstwowe) zwiększają dostępną powierzchnię okablowania poprzez wykorzystanie wielu jednostronnych lub dwustronnych płytek. Na przykład czterowarstwowa płytka PCB może składać się z dwustronnej płytki jako warstwy wewnętrznej, flankowanej przez dwie jednostronne płytki jako warstwy zewnętrzne lub z dwóch dwustronnych płytek jako warstw wewnętrznych z dwiema jednostronnymi płytkami jako warstwami zewnętrznymi. Te płytki drukowane są przeplatane izolacyjnymi materiałami klejącymi i połączone ze sobą zgodnie z wymaganiami projektowymi. Liczba warstw niekoniecznie wskazuje na liczbę niezależnych warstw okablowania; w szczególnych przypadkach puste warstwy mogą być dodawane do grubości płytki sterującej, przy czym liczba warstw jest zazwyczaj równa i obejmuje dwie najbardziej zewnętrzne warstwy. Większość płyt głównych składa się z 4 do 8 warstw, chociaż technicznie płytka PCB może mieć prawie 100 warstw. Superkomputery wysokiej klasy często wykorzystują płyty główne o dużej liczbie warstw, ale ponieważ klastry standardowych komputerów mogą teraz zastąpić takie systemy, płyty ultra-wielowarstwowe stają się coraz mniej powszechne. Każda warstwa w PCB jest ściśle zintegrowana, co utrudnia rozróżnienie rzeczywistej liczby warstw, chociaż uważna obserwacja płyta główna może ujawnić te informacje.
Płyta elastyczna, Płyta sztywno-elastyczna
Elastyczne płytki, sztywne płytki giętkie są klasyfikowane jako sztywne płytki drukowane i elastyczne płytki drukowane. Ogólnie rzecz biorąc, płytka drukowana pokazana na pierwszym obrazku jest określana jako sztywna płytka drukowana, podczas gdy żółte połączenia na drugim obrazku są nazywane elastyczną płytką drukowaną. Intuicyjna różnica polega na tym, że elastyczną płytkę drukowaną można wyginać. Typowe grubości sztywnej płytki drukowanej to 0.2 mm, 0.4 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.6 mm i 2.0 mm. Typowa grubość elastycznej płytki drukowanej to 0.2 mm, z grubszymi warstwami dodawanymi z tyłu w celu lutowania elementów, które mogą wynosić od 0.2 mm do 0.4 mm. Zrozumienie tych szczegółów zapewnia inżynierom konstrukcyjnym odniesienie przestrzenne podczas projektowania. Typowe materiały na sztywną płytkę drukowaną to laminaty papierowe fenolowe, laminaty papierowe epoksydowe, laminaty poliestrowo-szklane i laminaty epoksydowo-szklane; typowe materiały na elastyczną płytkę drukowaną to folia poliestrowa, folia poliimidowa i folia fluorowana etylenowo-propylenowa.
