Štampana ploča

Štampana ploča je pasivna elektronska komponenta koja omogućava ostvarivanje veze između elektronskih komponenti (otpornici, kondenzatori, tranzistori, konektori, integralna kola, preklopnici, tasteri...) koja su na njoj montirane. Izrađena je od glasfibera (za profesionalne potrebe) ili pertinaksa (za jeftinije elektronske uređaje). Na ploču je nanet bakar u tankom sloju. Na bakarnu površinu nanet je i tanak sloj kalaja. Bakar može biti nanet i sa obe strane. Takođe ploče mogu biti zalepljene jedna na drugu i time se otvaruje više slojeva bakra tj. višeslojna štampana ploča. Foto postupkom na ploču se nanosi budući izgled ploče, potom se hemijskim postupkom skida suvišan bakar. Posle bušenja i metalizacije rupa koje povezuju donju i gornju štampu na ploču se nanosi zaštitni film čija je funkcija da spreči kratke spojeve tokom montaže i lemljenja elemenata. Štampana ploča mora da izdrži, bez deformacija, prelazak preko kalajnog kupatila gde su temperature oko 270 °C.

Štampana ploča sa elementima

Štampana ploča DVD plejera. Tipične štampane ploče su zelene, ali mogu biti i u drugim bojama.

Deo kompjuterske ploče Sinkler ZX Spektrum iz 1984. godine. Na ovoj štampanoj ploči se mogu videti provodničke staze, vijasi (puteve kroz otvore do druge površine), i neke od elektronskih komponenti montirane pomoću montaže kroz otvor.

Štampane ploče mehanički podržavaju elektronske komponente pomoću provodnih podloga u oblicima koji su dizajniran za prihvatanje priključaka komponente, a takođe ih električno povezuju pomoću staza, ravni i drugih karakteristika ugraviranih sa jednom ili više slojeva bakra laminiranih na i/ili između slojeva neprovodne podloge. Komponente su obično zalemljene na štampanoj ploči kako bi se električno spojile i mehanički pričvrstile na nju. Štampane ploče se koriste u skoro svim elektronskim proizvodima i u nekim električnim proizvodima, kao što su pasivne razvodne kutije.

Alternative štampanih ploča obuhvataju ovijanje žicom i konstrukciju od tačke do tačke, obe od koji su nekada bile popularne, ali se sada retko koriste. Štampane ploče zahtijevaju dodatne napore u dizajnu za postavljanje kola, ali proizvodnja i montaža mogu biti automatizirani. Dostupan je softver za elektronsko projektovanje uz pomoć računara koji obavlja veliki deo posla. Masovna proizvodnja kola sa štampanim pločama je jeftinija i brža nego kod drugih metoda ožičenja, jer se komponente montiraju i povezuju u jednoj operaciji. Veliki broj štampanih ploča može se proizvesti u isto vreme, a raspoređivanje je potrebno uraditi samo jednom. Štampane ploče se takođe mogu napraviti ručno u malim količinama, uz redukovanu korisnost.

Štampne ploče mogu biti jednostrane (jedan bakreni sloj), dvostrane (dva bakarna sloja, na obe strane jednog sloja podloge) ili višeslojne (spoljni i unutrašnji slojevi bakra, naizmenično sa slojevima podloge). Višeslojne štampane ploče omogućavaju mnogo veću gustinu komponenti, jer bi tragovi kola na unutrašnjim slojevima inače zauzeli površinski prostor između komponenti. Rast popularnosti višeslojnih štampanih ploča sa više od dva, a posebno sa više od četiri, bakarnih ravni bio je paralelan sa usvajanjem tehnologije površinskog montiranja. Međutim, višeslojne štampane ploče čine popravku, analizu i modifikaciju kola mnogo težim i obično nepraktičnim.

Svetsko tržište golih ploča je premašilo je 60,2 milijarde dolara u 2014. godini i procenjuje se da će do 2024. godine dostići 79 milijardi dolara.

Pregled

Osnovna štampana ploča sastoji se od ravne ploče od izolacionog materijala i sloja bakarne folije, laminirane na podlogu. Hemijskim graviranjem deli bakar na odvojene provodne vodove koji se nazivaju koloseci ili tragovi kola, podloge za veze, veze za prolaz između slojeva bakra, i formiraju se karakteristike kao što su čvrste provodne površine za elektromagnetnu zaštitu ili druge svrhe. Staze funkcionišu kao žice fiksirane u mestu, i međusobno su izolovane vazduhom i materijalom podloge ploče. Površina štampane ploče može imati premaz koji štiti bakar od korozije i smanjuje šanse za lemljenje kratkih spojeva između staza ili neželjenog električnog kontakta sa zalutalim golim žicama. Zbog svoje funkcije u sprečavanju kratkih spojeva pri lemljenju, premaz se naziva lemno otpornim ili lemnom maskom.

Štampana ploča može imati više slojeva bakra. Dvoslojna ploča ima bakar sa obe strane; višeslojne ploče sendvič dodatne slojeve bakra između slojeva izolacionog materijala. Provodnici na različitim slojevima povezani su vijama, koje su bakarni otvori koji funkcionišu kao električni tuneli kroz izolacijsku podlogu. Vodovi komponenti kroz otvore ponekad takođe efikasno funkcionišu kao vije. Nakon dvoslojnih štampanih ploča, sledeći korak su obično četvoroslojne. Često su dva sloja namenjena za napajanje i uzemljenje, a druga dva se koriste za ožičenje signala između komponenti.

Komponente „kroz otvor” montirane su žicama koje prolaze kroz ploču i lemljene na tragove na drugoj strani. Komponente „površinskog montiranja” su pričvršćene svojim vodovima na bakarne tragove na istoj strani ploče. Ploča može koristiti oba načina za montažu komponenti. Štampane ploče sa samo komponentama montiranim kroz otvore sada nisu uobičajeni. Površinska montaža se koristi za tranzistore, diode, integrisana kola, otpornike i kondenzatore. Montaža kroz otvor može se koristiti za neke velike komponente, kao što su elektrolitički kondenzatori i konektori.

Patern koji se urezuje u svaki bakarni sloj štampane ploče naziva se „crtež”. Graviranje se obično vrši pomoću fotootpornog sloja koji je nanesen na štampanu ploču, zatim izložen svetlosti projektovanoj na paternu crteža. Otporni materijal štiti bakar od rastvaranja u rastvoru za nagrizanje. Gravirana ploča se zatim čisti. Dizajn štampanih ploča može se masovno reprodukovati na način sličan načinu na koji se fotografije mogu masovno umnožavati sa filmskih negativa pomoću fotografskog štampača.

Kada štampana ploča nema instalirane komponente, ona se manje dvosmisleno naziva štampana ploča za ožičenje (engl. printed wiring board, PWB) ili gravirana ploča za ožičenje (engl. etched wiring board). Međutim, izraz „štampana ploča za ožičenje” se retko koristi. Štampana ploča sa elektronskim komponentama naziva se sklop štampanog kola (engl. printed circuit assembly, PCA), sklop štampane ploče (engl. printed circuit board assemblyј, PCB) ili PCB sklop (PCBA). U neformalnoj upotrebi, izraz „štampana ploča” najčešće znači „sklop štampanog kola” (sa komponentama). IPC preferirani izraz za sklopljenu ploču je sklop kartice (engl. circuit card assembly, CCA), a za sklopljenu pozadinsku ploču to je sklop pozadinske ploče. „Kartica“ je još jedan široko korišćen neformalni izraz za „sklop štampanog kola“. Na primer, ekspanziona kartica.

Štampana pločlj može biti odštampana sa legendom koja identifikuje komponente, ispitne tačke ili identifikujućim tekstom. Prvobitno se u tu svrhu koristila sitoštampa, ali se danas obično koriste druge, kvalitetnije metode štampe. Obično legenda ne utiče na funkciju štampane ploče.

Minimalna štampana ploča za jednu komponentu, koja se koristi za izradu prototipa, naziva se razdvojna ploča. Svrha ove ploče je da „razdvajanje“ provodnika komponente na zasebnim terminalima tako da se ručno povezivanje na njih može lako izvršiti. Razdvojne ploče se posebno koriste za komponente za površinsko montiranje.

Napredne štampane ploče mogu sadržati komponente ugrađene u podlogu, kao što su kondenzatori i integrisana kola, kako bi se smanjila količina prostora koju komponente zauzimaju na površini štampane ploče, i poboljšale električne karakteristike.

Literatura

• Lesser, Roger; Alderton, Megan (1. 1. 2002). „The Future of Commercial Aviation”. Mobile Development and Design Magazine. Pristupljeno 30. 12. 2011. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „Flexible production cell for led arrays. (Spotlight: electronic displays)”. Canadian Electronics. 1. 3. 2003. Arhivirano iz originala 26. 04. 2015. g. Pristupljeno 30. 12. 2011. CS1 održavanje: Format datuma (veza) (potrebna pretplata)
• Khan, Zulki (1. 2. 2010). „Component Layout in Placement Processes”. Printed Circuit Design & Fab. Pristupljeno 30. 12. 2011. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Charpentier, Stephane (10. 3. 2010). „Fabrication: Visiting a production line of Kingston memory modules” (na jeziku: francuski). PC World (France). Arhivirano iz originala 26. 4. 2012. g. Pristupljeno 30. 12. 2011. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• K.H. Buschow et al (ed), ur. (2001). „Electronic Packaging: Solder Mounting Technologies”. Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Elsevier. ISBN 0-08-043152-6. CS1 održavanje: Tekst viška: spisak urednika (veza)
• Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). The art of electronics (PDF) (2nd izd.). Cambridge [u.a.]: Cambridge Univ. Press. ISBN 9780521370950. 
• Bilotta, Anthony J. (1985). Connections in electronic assemblies. New York: M. Dekker. str. 205. ISBN 9780824773199. 
• Williams, Paul, ur. (1999). Status of the Technology Industry Activities and Action Plan (PDF). Surface Mount Technology. Surface Mount Council. Arhivirano (PDF) iz originala 2015-12-28. g. 
• Garner, R.; Taylor, D. (1. 5. 1986). „Surface mount packaging”. Microelectronics Journal (na jeziku: engleski). 17 (3): 5—13. ISSN 0026-2692. doi:10.1016/S0026-2692(86)80170-7. Pristupljeno 19. 1. 2021. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Schneeweis, Scott. Artifact: Digital Computer Memory and Circuit Boards, LVDC, Saturn IB/V Guidance, Navigation and Control. Artifacts. Spaceaholic. Arhivirano iz originala 2015-12-28. g. Pristupljeno 2015-12-28. 
• „Reflow of double sided assembly”. SURFACE MOUNT PROCESS (na jeziku: engleski). Arhivirano iz originala 01. 08. 2021. g. Pristupljeno 2020-09-16. 
• Vitoriano, Pedro (jun 2016). „3D Solder Joint Reconstruction on SMD based on 2D Images”. SMT Magazine. str. 82—93. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Montrose, Mark I. (1999). „Components and EMC”. EMC and the Printed Circuit Board: Design, Theory, and Layout Made Simple. Wiley-Interscience. str. 64. ISBN 978-0780347038. 
• „Power Surface Mounts are small, hermetic, surface mountable packages”. www.ametek-ecp.com. Arhivirano iz originala 16. 09. 2017. g. Pristupljeno 2017-01-05. 
• Williams, Jim (1991). High Speed Amplifier Techniques - A Designer's Companion for Wideband Circuitry (PDF). Application Notes. Linear Technology. str. 26—29, 98—121. Arhivirano (PDF) iz originala 2015-12-28. g. Pristupljeno 2015-12-28. 
• Dr. Lee, Ning-Cheng; Hance, Wanda B. (1993). „Voiding Mechanisms in SMT”. Indium Corporation Tech Paper. Pristupljeno 2015-12-28. 
• DerMarderosian, Aaron; Gionet, Vincent (1983). „The Effects of Entrapped Bubbles in Solder Used for the Attachment of Leadless Ceramic Chip Carriers”. Reliability Physics Symposium: 235—241. ISSN 0735-0791. S2CID 11459596. doi:10.1109/IRPS.1983.361989. 
• „Two Prevalent Rework Heating Methods--Which One is Best?”. smt.iconnect007.com (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2018-07-27. 

Spoljašnje veze

• PCB Fabrication Data - A Guide
• The Gerber Format Specification
• „All About Capacitors”. Beavis Audio Research. Arhivirano iz originala 20. 05. 2013. g. Pristupljeno 2013-05-16. 
• „What Is an Axial Lead?”. wiseGEEK: clear answers for common. Conjecture Corporation. Pristupljeno 2013-05-16. 
• Jena, Hanings (4. 1. 2016). „PCB Assembly - Description”. www.ourpcb.com. Pristupljeno 7. 2. 2018. CS1 održavanje: Format datuma (veza)