PCB (Printed Circuit Board) to ważny element elektroniczny, który służy jako konstrukcja nośna dla podzespołów elektronicznych oraz nośnik połączeń elektrycznych. Nazywa się ją „płytką drukowaną”, ponieważ jest wytwarzana przy użyciu technik druku elektronicznego. PCB jest jednym z podstawowych komponentów w przemyśle elektronicznym. Niemal każde urządzenie elektroniczne, od małych urządzeń, takich jak zegarki cyfrowe i kalkulatory, po duże systemy, takie jak komputery, elektronika komunikacyjna i wojskowe systemy uzbrojenia, wykorzystuje płytki drukowane do elektrycznego łączenia układów scalonych i innych elementów elektronicznych.
Płytka drukowana składa się z podłoża izolacyjnego, przewodów połączeniowych oraz pól lutowniczych do montażu i lutowania elementów elektronicznych, pełniąc funkcję ścieżek przewodzących i izolującej bazy. Może zastąpić skomplikowane okablowanie, zapewniając połączenia elektryczne między różnymi elementami, upraszczając procesy montażu i lutowania, zmniejszając nakład pracy związany z tradycyjnymi metodami okablowania i znacząco zmniejszając pracochłonność. Ponadto płytki PCB pomagają zmniejszyć całkowity rozmiar urządzeń, obniżyć koszty produkcji oraz poprawić jakość i niezawodność sprzętu elektronicznego. Zapewniają one dobrą spójność produktów i mogą być standaryzowane pod względem konstrukcji, co ułatwia mechanizację i automatyzację produkcji. Co więcej, w pełni zmontowana i przetestowana płytka drukowana może służyć jako niezależna część zamienna, ułatwiając wymianę i konserwację kompletnych produktów.
Płytki drukowane były pierwotnie wytwarzane 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 zastosowanie układów scalonych doprowadziły do powstania mniejszych urządzeń elektronicznych o rosnącej gęstości i złożoności obwodów, co wymusiło ciągłe innowacje w dziedzinie płytek drukowanych. Obecnie, płytki PCB ewoluowały od płytek jednostronnych do dwustronnych, wielowarstwowych i elastycznych. Ich struktura i jakość osiągnęły poziom ultrawysokiej gęstości, miniaturyzacji i wysokiej niezawodności. Stale pojawiają się nowe metody projektowania, materiały i procesy produkcyjne. W ostatnich latach w przemyśle powszechnie stosowane jest różnorodne oprogramowanie do komputerowego wspomagania projektowania (CAD) płytek PCB , a zmechanizowana i zautomatyzowana produkcja całkowicie zastąpiła procesy ręczne w wyspecjalizowanych firmach produkujących płytki PCB.
Klasyfikacja według liczby warstw
Ze względu na liczbę warstw obwodów, płytki PCB można podzielić na płytki jednostronne , dwustronne i wielowarstwowe. Typowe płytki wielowarstwowe zazwyczaj mają cztery lub sześć warstw, podczas gdy bardziej złożone płytki mogą mieć nawet kilkadziesiąt warstw. Trzy główne typy klasyfikacji płytek PCB to:
Deski jednostronne
Płytki jednostronne (Single-Sided Boards) mają elementy skoncentrowane po jednej stronie, a ścieżki przewodzące po drugiej (lub zarówno ścieżki, jak i elementy montowane powierzchniowo po jednej stronie, a elementy przewlekane po drugiej). Ponieważ ścieżki występują tylko po jednej stronie, ten typ płytki PCB nazywa się jednostronną. Ze względu na ścisłe ograniczenia w projektowaniu obwodów (ścieżki nie mogą się krzyżować i muszą prowadzić oddzielnymi ścieżkami), płytki jednostronne są zazwyczaj stosowane tylko we wczesnych projektach obwodów.
Tablice dwustronne
Płytki dwustronne (Double-Sided Boards) charakteryzują się okablowaniem po obu stronach, co wymaga odpowiednich połączeń elektrycznych między nimi. Połączenia te, zwane przelotkami, 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 w projektach jednostronnych (umożliwiając wykonywanie połączeń przez przelotki). Są one bardziej odpowiednie dla obwodów o większej złożoności niż te, które zazwyczaj obsługuje się na płytkach jednostronnych.
Płyta elastyczna, Płyta sztywno-elastyczna
Płytki wielowarstwowe (Multi-Layer Boards) zwiększają dostępną powierzchnię okablowania poprzez wykorzystanie wielu płytek jednostronnych lub dwustronnych. Na przykład, czterowarstwowa płytka PCB może składać się z płytki dwustronnej jako warstwy wewnętrznej, flankowanej przez dwie płytki jednostronne jako warstwy zewnętrzne, lub z dwóch płytek dwustronnych jako warstw wewnętrznych i dwóch płytek jednostronnych jako warstw zewnętrznych. 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 do grubości płytki sterującej można dodać puste warstwy, przy czym liczba warstw jest zazwyczaj parzysta 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. Zaawansowane superkomputery często wykorzystują płyty główne o wysokiej warstwowości, ale ponieważ klastry standardowych komputerów mogą obecnie zastąpić takie systemy, płytki ultra-wielowarstwowe stają się coraz rzadsze. Każda warstwa płytki PCB jest ściśle zintegrowana, przez co trudno określić jej rzeczywistą liczbę. Informacje te można jednak uzyskać , uważnie obserwując płytę główną .
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.
