Самое полное руководство по терминологии печатных плат 2023 года: важные знания, которые вы упускали

Введение

Вы когда-нибудь смотрели на печатную плату (PCB) и задумывались о сложной сети линий, отверстий и компонентов? Что означают все эти термины, такие как «через», «трассировка», «паяльная маска»? Какой вклад они вносят в сложную симфонию функционирующего электронного устройства? Понимание терминологии, используемой при проектировании и производстве печатных плат, может показаться изучением нового языка. Но не волнуйтесь, мы вас прикроем.

В этом подробном руководстве мы углубимся в мир Терминология печатной платы. Мы изучим все: от базовых терминов проектирования до современного производственного жаргона. Независимо от того, являетесь ли вы начинающим любителем или опытным инженером, желающим повысить свою квалификацию, эта статья послужит вам полезным источником информации обо всем, что касается печатных плат.

Итак, пристегнитесь и приготовьтесь к глубокому погружению в увлекательный мир терминологии печатных плат. Вы скоро станете свободно говорить на языке электроники!

Терминология проектирования печатных плат

Основные термины проектирования

• Схематическое изображение: Схема — это диаграмма, которая представляет элементы системы с использованием абстрактных графических символов, а не реалистичных изображений. Он служит чертежом схемы, показывающим, как компоненты соединяются друг с другом, но не обязательно как они будут физически расположены на печатной плате.
• Макет: Компоновка печатной платы подразумевает расположение компонентов и прокладку электрических соединений между ними на физической плате. Это решающий шаг в проектировании печатной платы, поскольку он напрямую влияет на производительность и функциональность конечного продукта.
• След: При проектировании печатных плат посадочное место — это расположение и размеры площадок, используемых для установки компонента на плате. Это решающий аспект выбора и размещения компонентов, поскольку занимаемая площадь должна соответствовать физическим размерам и конфигурации контактов компонента. Неправильные посадочные места могут привести к проблемам при сборке и сбоям в работе схемы.
• С помощью: В конструкции печатной платы переходное отверстие — это небольшое отверстие, просверленное в плате, обеспечивающее электрическое соединение между различными слоями печатной платы. Переходные отверстия играют решающую роль в многослойных печатных платах, обеспечивая сложную маршрутизацию и соединение.
• След: Трасса — это непрерывный путь меди на печатной плате, который электрически соединяет различные компоненты. Ширина и длина дорожек могут существенно повлиять на производительность схемы, влияя на целостность сигнала, подачу питания и управление температурным режимом.
• Подушка: Контактная площадка — это небольшой участок меди на печатной плате, где контакт компонента обеспечивает электрическое соединение.
• Шелкография: Шелкография на печатной плате содержит удобочитаемый текст и символы, которые предоставляют информацию о плате и ее компонентах.

Расширенные условия проектирования

• Земляной самолет: Заземляющий слой — это большая область меди на печатной плате, которая подключена к земле источника питания.
• Силовой самолет: Как и земляной слой, слой питания представляет собой большую область меди на печатной плате, подключенную к источнику питания.
• Целостность сигнала: Целостность сигнала относится к качеству электрического сигнала.
• Электромагнитная совместимость (ЭМС): ЭМС — это способность электронной системы правильно функционировать в своей электромагнитной среде, не создавая недопустимых электромагнитных помех чему-либо в этой среде.
• Электромагнитные помехи (EMI): ЭМП — это возмущение, которое влияет на электрическую цепь вследствие электромагнитной индукции или электромагнитного излучения, испускаемого внешним источником.
• Контролируемый импеданс: Контролируемый импеданс — это характеристический импеданс линии передачи, образованной дорожками печатной платы.
• Высокоскоростной дизайн: Высокоскоростное проектирование относится к проектированию схем, в которых необходимо учитывать влияние целостности сигнала из-за высоких частот сигнала или быстрого времени переключения.
• Кольцевое кольцо: Кольцевое кольцо — это область медной площадки вокруг просверленного и обработанного отверстия на печатной плате.
• Слепой переход: Слепое переходное отверстие — это переходное отверстие, которое соединяет внешний слой с одним или несколькими внутренними слоями, но не проходит через всю плату.
• Похоронен через: Скрытое переходное отверстие — это переходное отверстие, которое соединяет два или более внутренних слоев и не имеет соединений с внешними слоями.
• Медный вес: Вес меди относится к толщине медного слоя на печатной плате.
• Перекрестные помехи: Перекрестные помехи — это форма помех, вызванная воздействием электрических или магнитных полей одного сигнала на соседний сигнал.
• Зона хранения: Зона запрета — это определенная область на печатной плате, где не размещаются компоненты и дорожки.
• Нетлист: Список соединений — это список всех электрических соединений в цепи.
• Термальный рельеф: Термический рельеф — это рисунок, используемый для соединения площадки с медной заливкой таким образом, чтобы ограничить поток тепла.
• Надгробие: Надгробие — это дефект сборки поверхностного монтажа, при котором компонент стоит вертикально.
• Повернуть и поклониться: Скручивание и изгиб относятся к деформации печатной платы, при которой она не является идеально ровной.
• Расширение оси Z: Расширение по оси Z — это изменение толщины печатной платы из-за изменений температуры.

Условия использования программного обеспечения для проектирования

• EDA (автоматизация электронного проектирования): EDA — это категория программных инструментов для проектирования электронных систем, таких как печатные платы и интегральные схемы.
• DRC (проверка правил проектирования): DRC — это процесс, в котором программный инструмент проверяет разводку печатной платы, чтобы убедиться, что она соответствует правилам проектирования по минимальной ширине дорожек, минимальному расстоянию между дорожками и т. д.
• САПР (компьютерное проектирование): САПР — это использование компьютеров для создания, модификации, анализа или оптимизации конструкции.
• DFM (Проектирование для технологичности): DFM — это методология проектирования, направленная на упрощение производственного процесса для снижения производственных затрат и повышения качества продукции.
• ERC (проверка электрических правил): ERC — это процесс, при котором программный инструмент проверяет схему на наличие ошибок, таких как неподключенные контакты или неправильное подключение питания.
• Гербер-файлы: Файлы Gerber — это стандартный формат файлов, используемый при изготовлении печатных плат. Они содержат информацию о медных слоях, паяльной маске, шелкографии и отверстиях.
• Спецификация (спецификация материалов): Спецификация представляет собой список всех компонентов, используемых в конструкции печатной платы. Обычно он включает в себя такую информацию, как обозначения компонентов, номера деталей, количества и описания.

Условия проектирования для производства (DFM)

• Паяльная маска: Маска для пайки представляет собой защитный слой, наносимый на голую плату для предотвращения образования мостиков припоя между близко расположенными контактными площадками и для защиты меди от коррозии.
• Паяльная паста: Паяльная паста представляет собой смесь мельчайших частиц припоя и флюса, которая используется в процессе сборки для припаивания компонентов поверхностного монтажа к печатной плате.
• Выберите и поместите файл: Файл захвата и размещения используется сборочной машиной для определения правильного положения и ориентации каждого компонента на плате.
• Панельизация: Панельизация — это метод, используемый при производстве печатных плат, при котором несколько плат изготавливаются как единое целое для повышения эффективности производства.
• Тестовые точки: Тестовые точки — это определенные места на печатной плате, которые легко доступны для целей тестирования. Обычно они отмечены на шелкографии и подключены к важным сигналам или шинам питания.

Терминология компонентов печатной платы

Основные компоненты

• Резистор (R): Резистор — это пассивный двухконтактный электрический компонент, который реализует электрическое сопротивление как элемент схемы. Он используется для ограничения тока, деления напряжения и, в некоторых случаях, для выработки тепла.
• Конденсатор (С): Конденсатор — это пассивный двухконтактный электронный компонент, который сохраняет электрическую энергию в электрическом поле. Его можно использовать для различных целей, таких как сглаживание, фильтрация и накопление энергии.
• Индуктор (Л): Индуктор, также называемый катушкой или реактором, представляет собой пассивный двухконтактный электрический компонент, который сохраняет энергию в магнитном поле, когда через него протекает электрический ток.
• Диод (Д): Диод — это двухконтактный электронный компонент, который проводит ток преимущественно в одном направлении.
• Транзистор (Б): Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электрической энергии.

Расширенные компоненты

• Интегральная схема (ИС): Интегральная схема или монолитная интегральная схема представляет собой набор электронных схем на одном небольшом плоском куске полупроводникового материала, обычно кремния.
• Микроконтроллер (У): Микроконтроллер — это небольшой компьютер на одной интегральной схеме, содержащий ядро процессора, память и программируемые периферийные устройства ввода-вывода.
• Операционный усилитель (ОУ, U): Операционный усилитель представляет собой усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, дифференциальным входом и, как правило, несимметричным выходом.
• Цифро-аналоговый преобразователь (DAC, U): ЦАП — это система, которая преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал.
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, U): АЦП — это система, которая преобразует аналоговый сигнал, например звук, улавливаемый микрофоном, или свет, попадающий в цифровую камеру, в цифровой сигнал.
• Кристаллический генератор (Y): Кварцевый генератор — это электронная схема генератора, которая использует механический резонанс вибрирующего кристалла из пьезоэлектрического материала для создания электрического сигнала с точной частотой.
• Светодиод (LED, D): Светодиод — это полупроводниковый источник света, который излучает свет, когда через него протекает ток.
• Предохранитель (Ф): Предохранитель — это защитное устройство, состоящее из полоски проволоки, которая плавится и разрывает электрическую цепь, если ток превышает безопасный уровень.
• Переключатель (S): Выключатель — это компонент, который может «замыкать» или «разрывать» электрическую цепь, прерывая ток или перенаправляя его с одного проводника на другой.
• Разъем (J): Разъем — это устройство, которое позволяет подключить электрический проводник к порту, чтобы электрические сигналы могли передаваться от проводника к устройству.
• Реле (К): Реле представляет собой переключатель с электрическим управлением. Он состоит из набора входных клемм для одного или нескольких сигналов управления и набора рабочих контактных клемм.
• Потенциометр (П): Потенциометр представляет собой трехполюсный резистор со скользящим или вращающимся контактом, образующий регулируемый делитель напряжения.

Дополнительные компоненты

• Аккумулятор (БТ): Аккумулятор – это устройство, состоящее из одного или нескольких электрохимических элементов с внешними соединениями для питания электрических устройств.
• Спикер (СП): Динамик — это электроакустический преобразователь, который преобразует электрический звуковой сигнал в соответствующий звук.
• Микрофон (М): Микрофон — это устройство, которое записывает звук путем преобразования звуковых волн в электрический сигнал.
• Мотор (М): Двигатель – это машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.
• Дисплей (ДС): Дисплей — это устройство вывода для представления информации в визуальной или тактильной форме.
• Термистор (ТН): Термистор — это тип резистора, сопротивление которого зависит от температуры.
• Фотодиод (ФД):

Фотодиод — это полупроводниковое устройство, преобразующее свет в электрический ток.

• Фототранзистор (Q): Фототранзистор — это полупроводниковое устройство, которое используется для обнаружения света и преобразования его в электрический сигнал.
• Регулятор напряжения (ВР): Регулятор напряжения – это система, предназначенная для автоматического поддержания постоянного уровня напряжения.
• Радиочастотный модуль (РЧ): Радиочастотный модуль — это небольшое электронное устройство, используемое для передачи и/или приема радиосигналов между двумя устройствами.
• Чип памяти (U): Чип памяти — это электронный носитель данных, в котором для хранения информации используется технология интегральных схем.
• Тактовый генератор (CLK): Тактовый генератор — это схема, которая генерирует сигнал синхронизации для использования в синхронизации работы схемы.

Терминология компоновки печатной платы

Основные условия макета

• Схема платы: Контур платы определяет физический размер и форму печатной платы. Это первое, что определяется при запуске нового макета, и оно определяет пространство, доступное для размещения и трассировки компонентов.
• Размещение компонентов: Размещение компонентов означает расположение компонентов на печатной плате. Правильное размещение компонентов может оказать существенное влияние на производительность конечного продукта, поскольку влияет на целостность сигнала, распределение мощности, управление температурным режимом и технологичность.
• Медная заливка: Медная заливка — это практика заполнения неиспользуемого пространства на печатной плате медью, которая подключена к слою источника питания, обычно заземленному. Этот метод часто используется для уменьшения электромагнитных помех путем защиты от внешних источников шума. Кроме того, медная заливка может помочь улучшить рассеивание тепла, поскольку медь является отличным проводником тепла. Это может быть особенно полезно в конструкциях высокой мощности, где управление теплом является критической проблемой.
• Распродажа: Зазор означает минимальное расстояние, необходимое между различными электрическими объектами на печатной плате для предотвращения электрического короткого замыкания и помех.

Условия расширенного макета

• BGA (матрица шариковых сеток): BGA — это тип корпуса для поверхностного монтажа, используемый для интегральных схем. Он обеспечивает больше соединительных контактов, чем можно разместить в двухрядном или плоском корпусе.
• QFN (Quad Flat без отведений): QFN представляет собой плоский, квадратный или прямоугольный пластиковый корпус для поверхностного монтажа с большим количеством выводов со всех четырех сторон.
• Дифференциальная пара: Дифференциальная пара — это пара трасс, по которым передается дифференциальный сигнал. Они проложены близко друг к другу, чтобы поддерживать одинаковый импеданс и качество сигнала.
• Через сшивание: Сшивание переходных отверстий — это практика использования нескольких переходных отверстий для соединения двух плоскостей вместе. Этот метод может помочь снизить шум и улучшить тепловые характеристики.
• Соответствие длины: Согласование длины — это метод, используемый в высокоскоростных конструкциях, чтобы гарантировать, что критически важные сигналы прибудут в пункт назначения одновременно.
• Развязывающие конденсаторы: Развязывающие конденсаторы используются в электронных схемах для предотвращения нежелательного соединения одной части схемы с другой.
• Сигнальная плоскость: Сигнальные плоскости — это слои многослойной печатной платы, предназначенные для переноса трасс сигнала.

Терминология производства печатных плат

Основные условия производства

• Субстрат: Подложка, часто изготовленная из FR4, представляет собой изоляционный материал, обеспечивающий механическую жесткость печатной платы. Он служит основой, на которую наносятся все остальные слои (медь, паяльная маска, шелкография).
• Медный плакированный: Медное покрытие представляет собой подложку, покрытую тонким слоем меди, который затем вытравливается для формирования дорожек и площадок. Медь обеспечивает проводящие пути для цепи.
• Офорт: Травление — это процесс использования химикатов для удаления ненужной меди с печатной платы, оставляя только нужные следы и площадки.
• Бурение: Сверление — это процесс создания отверстий в печатной плате для выводов компонентов или переходных отверстий.
• Покрытие: Покрытие — это процесс добавления слоя меди в просверленные отверстия для создания электрических соединений между слоями.

Условия расширенного производства

• Чистота поверхности: На открытые медные площадки наносится отделочное покрытие для предотвращения окисления и обеспечения поверхности, пригодной для пайки при сборке компонентов.
• Паяльная маска: В процессе производства паяльная маска представляет собой защитный слой, наносимый на голую плату. Его основная функция — предотвращение образования перемычек между близко расположенными контактными площадками во время процесса пайки, что может привести к короткому замыканию. Он также защищает медь от окисления и вредного воздействия окружающей среды.
• Шелкография: При производстве печатных плат шелкография используется для печати эталонных индикаторов, таких как обозначения компонентов, настройки переключателей, контрольные точки и другие индикаторы, полезные при сборке, тестировании и обслуживании печатной платы.
• Ламинирование: Ламинирование — это процесс соединения нескольких слоев материала с использованием тепла и давления.
• Многослойная печатная плата: Многослойная печатная плата — это печатная плата, имеющая более двух слоев медных дорожек.
• Панельизация: Панельизация — это метод, используемый при производстве печатных плат, при котором несколько плат изготавливаются как единое целое для повышения эффективности производства.
• PTH (сквозное отверстие с металлическим покрытием): PTH — это отверстие в печатной плате, покрытое медью для создания электрического соединения между различными слоями платы.
• NPTH (сквозное отверстие без покрытия): NPTH — это отверстие в печатной плате, не покрытое медью. Эти отверстия обычно используются для монтажа или механического выравнивания.
• HASL (Выравнивание припоем горячим воздухом): HASL — это тип отделки поверхности, при котором печатная плата покрывается расплавленным припоем, а затем используется горячий воздух для выравнивания и разглаживания припоя.
• ENIG (никелевое иммерсионное золото): ENIG — это тип обработки поверхности, при котором на печатную плату наносится тонкий слой никеля, а затем тонкий слой золота.
• OSP (органические консерванты для пайки): OSP — это тип отделки поверхности, который включает нанесение тонкого слоя органического материала на открытую медь для предотвращения окисления.
• FCT (Функциональный тест): FCT — это тип тестирования печатной платы, который проверяет правильность функционирования печатной платы.
• FPT (тест летающего зонда): FPT — это тип тестирования печатных плат, при котором для проверки электрических характеристик печатной платы используются движущиеся щупы.
• AXI (автоматизированный рентгеновский контроль): AXI — это технология, используемая для проверки скрытых особенностей целевых объектов или продуктов с помощью рентгеновских лучей.
• ИКТ (внутрисхемное тестирование): ICT — это тип теста, который проверяет функциональность печатной платы путем подачи сигналов на плату и измерения ее реакции.
• AOI (автоматизированный оптический контроль): AOI — это процесс визуального контроля, в котором используется камера для сканирования печатной платы на наличие производственных дефектов.

Терминология материалов для печатных плат

Материалы подложки

• FR4 (огнестойкий 4): FR4 — стандартный материал подложки, используемый в печатных платах. Это тип армированного стекловолокном эпоксидного ламината, известного своей низкой стоимостью, хорошими электрическими свойствами и превосходной механической прочностью.
• CEM (композитный эпоксидный материал): CEM — это тип материала для печатных плат, который широко используется из-за его низкой стоимости. CEM1 и CEM3 являются наиболее распространенными типами.
• Высокочастотные материалы: Высокочастотные материалы — это специализированные подложки печатных плат, предназначенные для хорошей работы на высоких частотах и в высокоскоростных конструкциях. Они обеспечивают меньшие потери сигнала и лучшую производительность в радиочастотных и микроволновых условиях по сравнению со стандартными материалами, такими как FR4.
• Гибкие материалы (FPC, гибкие печатные схемы): Гибкие материалы, такие как полиимид, используются для производства гибких печатных плат, которые могут сгибаться, не ломаясь.
• Алюминий (MCPCB, печатная плата с металлическим сердечником): Алюминий часто используется в качестве подложки для мощных светодиодных фонарей или силовой электроники, где рассеивание тепла является серьезной проблемой.

Проводящие материалы

• Медь: Медь является основным материалом, используемым для создания дорожек, площадок и плоскостей на печатной плате, благодаря ее превосходной электропроводности.
• Проводящие чернила: Проводящие чернила — это тип чернил, которые могут проводить электричество и используются в различных приложениях, включая печатные платы.
• Бессвинцовый припой: Бессвинцовый припой — это тип припоя, который не содержит свинца, что делает его более экологически чистым, чем традиционный припой.

Защитные и изоляционные материалы

• Паяльная маска: В качестве материала паяльная маска представляет собой слой изолирующего полимера, обычно наносимый на внешние слои печатной платы. Он обеспечивает изоляцию, защищает компоненты и дорожки платы, а также предотвращает растекание и замыкание олова во время пайки.
• Шелкография: Шелкография, с точки зрения материалов, относится к слою чернильных следов, используемых для идентификации компонентов, контрольных точек, частей платы, предупреждающих символов, логотипов и маркировок, относящихся к плате.
• Материалы термоинтерфейса (TIM): TIM — это материалы, используемые для улучшения теплопередачи от электронных компонентов к радиаторам.

Специализированные материалы

• Препрег: Препрег — это тип материала, используемый при производстве многослойных печатных плат. Это стекловолокно, пропитанное частично отвержденной смолой.
• Основной: В контексте многослойных печатных плат сердцевина представляет собой слой жесткого материала, обычно FR4, полностью затвердевшего и ламинированного медью.
• Материал Роджерса: Материал Роджерса — это тип высокочастотного материала, известный своими низкими диэлектрическими потерями, что делает его пригодным для высокоскоростных конструкций.
• ПТФЭ (политетрафторэтилен): ПТФЭ — это высокочастотный материал, известный своей низкой диэлектрической проницаемостью и низкими потерями сигнала.

Заключение

В заключение, понимание терминологии печатных плат имеет решающее значение для всех, кто занимается электроникой, будь то любитель, профессиональный инженер или даже энтузиаст. Мы надеемся, что это подробное руководство прольет свет на наиболее важные термины и концепции в этой области. От проектирования до производства каждый термин имеет свое значение и вносит свой вклад в сложный танец функционирования печатной платы.

Часто задаваемые вопросы

1. В чем разница между переходным отверстием и дорожкой при проектировании печатной платы? Переходное отверстие — это небольшое отверстие, просверленное в плате и обеспечивающее электрическое соединение между различными слоями печатной платы. С другой стороны, дорожка — это непрерывный путь меди на печатной плате, который электрически соединяет различные компоненты.
2. Какова роль паяльной маски в производстве печатных плат? Паяльная маска — это защитный слой, наносимый на голую плату для предотвращения образования перемычек припоя между близко расположенными контактными площадками и защиты меди от коррозии.
3. Что означает «панельизация» в контексте производства печатных плат? Панельизация — это метод, используемый при производстве печатных плат, при котором несколько плат изготавливаются как единое целое для повышения эффективности производства.
4. Каково значение «медного веса» при проектировании печатных плат? Вес меди относится к толщине медного слоя на печатной плате. Это важный фактор при определении допустимой токовой нагрузки и тепловых характеристик платы.
5. Что такое «список соединений» при проектировании печатных плат? Список соединений — это список всех электрических соединений в цепи. Это важнейшая часть процесса проектирования, обеспечивающая правильное соединение всех компонентов.