Kompletny przewodnik po komponentach płytek drukowanych - typ, wybór i montaż

Rodzaje komponentów płytek drukowanych

Płytki drukowane składają się z różnych komponentów, które różnią się stopniem złożoności. Poniżej znajduje się przegląd najpopularniejszych typów komponentów płytek drukowanych:

1. Komponenty pasywne

Cel

Istnieją trzy cele dla komponentów pasywnych:

• Zmniejszenie natężenia prądu w obwodzie zwiększa jego rezystancję.
• Ograniczenie napięcia obwodu.
• Przechowywanie energii w postaci pola elektrycznego lub magnetycznego.

Wspólne materiały

• Miedź
• Nikiel
• Srebro 
• Pallad

Zalety

Zalety pasywnych komponentów płytek drukowanych są następujące:

• Są one stosunkowo niedrogie. 
• Lekka i niewielkich rozmiarów.
• Jeden chip lub płytka może zintegrować go z innymi komponentami.
• Ze względu na niskie straty, komponenty pasywne mogą być stosowane w szerokim zakresie częstotliwości (od 10 Hz do 100 kHz), w przeciwieństwie do urządzeń aktywnych.

Zastosowania

• Zasilacze: Stosowany w prostownikach, kondensatorach i filtrach.
• Wzmacniacze audio: Stosowany w filtrach, kondensatorach i cewkach indukcyjnych.
• Filtry: Używany w kondensatorach, cewkach i rezystorach do usuwania niepożądanych częstotliwości.
• Urządzenia medyczne: Stosowany w czujnikach i urządzeniach monitorujących.
• Technologia lotnicza i kosmiczna: Używany w czujnikach, systemach nawigacyjnych i sprzęcie komunikacyjnym.
• Automatyka przemysłowa: Stosowany w czujnikach, przełącznikach i systemach sterowania.

Popularne typy

Najpopularniejsze typy komponentów pasywnych obejmują:

• Rezystory służą do ograniczania przepływu prądu przez obwód poprzez wytwarzanie ciepła lub oporu, gdy przepływa przez nie prąd.
• Kondensatory magazynują energię elektryczną poprzez gromadzenie przeciwnego ładunku na dwóch przewodzących płytkach oddzielonych izolatorem, takim jak powietrze lub plastik.
• Cewki indukcyjne generują wokół siebie pole elektromagnetyczne, gdy przepływa przez nie prąd.

2. Aktywne komponenty

Cel

Urządzenia te wzmacniają lub przełącznik sygnały elektryczne z dużą prędkością. Oprócz zmiany przepływu energii elektrycznej, mogą one przełączać się między ścieżkami.

Wspólne materiały

Materiały stosowane w aktywnych komponentach płytki drukowanej obejmują:

• Folia miedziana lub laminat pokryty miedzią (Cu)
• Aluminiowe przewodniki są albo bezpośrednio powlekane na podłożu, albo drukowane grubą warstwą miedzi za pomocą galwanizacji.
• Maska lutownicza do pokrywania odsłoniętych miedzianych ścieżek i padów w celu zapobiegania korozji i zwarciom
• Fotorezyst używany jako folia ochronna podczas trawienia i jako maska lutownicza podczas lutowania.

Zalety

Oto niektóre z zalet aktywnych komponentów:

• Mniejsze niż komponenty pasywne
• Pozostaw więcej miejsca na płytce drukowanej dla innych komponentów.
• Niskie zużycie energii
• Wydajność konwersji energii jest wysoka. Mogą więc przekształcić więcej energii w energię elektryczną niż zużywają ze źródeł zewnętrznych.

Zastosowania

Poniżej przedstawiono zastosowania aktywnych komponentów płytki drukowanej:

• Kontrola częstotliwości: Komponenty aktywne odgrywają ważną rolę w kontroli częstotliwości. Dzięki temu urządzenie działa lub funkcjonuje z określoną częstotliwością.
• Wzmocnienie: Wzmocnienie to kolejne zastosowanie aktywnych komponentów. Dzieje się tak, ponieważ zwiększają one amplitudę sygnału.
• Regulacja napięcia: Innym zastosowaniem obwodów z komponentami aktywnymi jest regulacja napięcia. Niezależnie od wahań napięcia wejściowego, pomagają one regulować napięcie wyjściowe.
• Operacja przełączania: Przełączanie jest kolejnym zastosowaniem aktywnych obwodów składowych, w którym używamy ich do włączania / wyłączania obciążenia, które pozostaje podłączone do źródła prądu przemiennego (źródła).

Popularne typy

Obecnie dostępnych jest wiele różnych typów aktywnych komponentów. Niektóre przykłady obejmują:

• Tranzystory: Mogą być używane do wzmacniania i przełączania. Tranzystor składa się z emitera, bazy i kolektora.
• Diody: Pozwalają one na przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Mają trzy wyprowadzenia (anodę, katodę i bramkę).

Układy scalone (IC): Te krzemowe chipy zawierają wiele tranzystorów. Większość komputerów wykorzystuje je do sterowania jednostką centralną (CPU).

3. Komponenty elektromechaniczne

Cel

W płytce drukowanej elementy elektromechaniczne działają jako ścieżki przewodzące między dwiema stronami.

Wspólne materiały

Istnieje wiele różnych materiałów wykorzystywanych do produkcji komponentów elektromechanicznych. Oto kilka z najbardziej popularnych:

• Stopy metali
• Tworzywa sztuczne
• Guma i elastomery
• Szkło

Zalety

Komponenty elektromechaniczne mają następujące zalety:

• Wysoka precyzja pozycjonowania i szybkość działania.
• Niski poziom hałasu.
• Długa żywotność i możliwość wieloletniego użytkowania bez konieczności konserwacji lub wymiany.
• Łatwa instalacja i niewielka waga.

Zastosowania

• Przetworniki: Czujniki, mikrofony i głośniki wykorzystują te urządzenia do przekształcania ruchu mechanicznego w sygnały elektryczne.
• Czujniki: Za pomocą tych urządzeń można mierzyć temperaturę, ciśnienie i ruch w różnych zastosowaniach, takich jak motoryzacja, lotnictwo i medycyna.
• Generatory: Znajdujące się w elektrowniach, turbinach wiatrowych i elektrowniach wodnych generatory elektromechaniczne przekształcają energię mechaniczną w elektryczną.

Popularne typy

Niektóre typy obejmują:

• Przekaźniki: Urządzenia umożliwiające obwodowi niskiego napięcia sterowanie obwodem wysokiego napięcia, powszechnie stosowane w energetyce i przemyśle.
• Przełączniki: Mogą być używane do podłączania lub odłączania obwodów elektrycznych i obejmują przełączniki przyciskowe, przełączne, obrotowe i suwakowe.
• Złącza: Łączą dwa lub więcej obwodów elektrycznych. Dostępne w wersjach USB, audio, wideo i zasilania. Bez nich urządzenia elektroniczne nie mogą prawidłowo funkcjonować.

Jak wybrać komponenty płytki drukowanej?

Pierwszą rzeczą, którą musisz zrobić, to zdecydować, do czego ma służyć płytka drukowana. Czy budujesz prosty zegar, czy zaawansowany czujnik? 

Pomoże to zawęzić typy komponentów, których potrzebujesz.

• Funkcjonalność: Wybór komponentów pasujących do wymaganych funkcji płytki drukowanej.
• Rozmiar: Wybierz komponenty, które pasują do fizycznych wymiarów płytki.
• Moc: Wybór komponentów, które mogą sprostać wymaganiom zasilania obwodu.
• Dostępność: Zapewnienie, że potrzebne komponenty są łatwo dostępne i znajdują się w magazynie.
• Koszt: Zrównoważenie kosztów komponentów z ogólnym budżetem projektu.
• Niezawodność: Wybieraj komponenty, o których wiadomo, że są niezawodne i mają długą żywotność.
• Reputacja producenta: Wybierając części do płytek drukowanych, należy zwrócić uwagę na to, jak długo firma działa na rynku i ile produktów wysłała z powodzeniem. Dla tych, którzy szukają niezawodnego i doświadczonego producenta komponentów do płytek drukowanych, Langir to doskonała opcja.  

Projektowanie i układ obwodów drukowanych

Najlepsze praktyki dotyczące układu płytki drukowanej z różnymi typami komponentów

Oto kilka najlepszych praktyk dotyczących układu płytki drukowanej z różnymi typami komponentów:

Komponenty pasywne:

• Umieść elementy pasywne w pobliżu układu scalonego lub złącza, do którego są podłączone.
• Grupowe komponenty pasywne, takie jak filtrowanie lub sprzęganie sygnału, są wykorzystywane do tej samej funkcji.

Aktywne składniki:

• Umieść aktywne komponenty na środku płytki drukowanej, aby zminimalizować zakłócenia sygnału.
• Kondensatory odsprzęgające należy stosować w pobliżu aktywnych elementów płytki drukowanej, aby ograniczyć zakłócenia.

Złącza:

• Umieść złącza na krawędzi płytki drukowanej, aby zapewnić do nich łatwy dostęp.
• Złącza należy ustawiać w stałym kierunku, aby zapewnić prawidłowe wyrównanie.
• Należy zapewnić odpowiednie odstępy między złączami, aby zapobiec zakłóceniom.

Zasilanie i uziemienie:

• Użyj oddzielnej płaszczyzny dla zasilania i uziemienia, aby zminimalizować zakłócenia.
• Ścieżki zasilania i uziemienia są wystarczająco szerokie, aby obsłużyć wymagany prąd.

Komponenty wysokiej częstotliwości:

• Umieść komponenty o wysokiej częstotliwości w miejscu, w którym mogą zminimalizować wpływ pasożytniczej pojemności i indukcyjności.
• Używaj krótkich ścieżek dla komponentów o wysokiej częstotliwości, aby zminimalizować straty sygnału.
• Użyj dedykowanej płaszczyzny uziemienia, aby zminimalizować zakłócenia sygnału.

Zespół płytki drukowanej

Montaż płytek drukowanych polega na wypełnieniu płytki drukowanej komponentami elektronicznymi w celu stworzenia działającego urządzenia elektronicznego. Proces ten obejmuje kilka etapów, w tym wybór komponentów, układ płytki drukowanej (PCB) i proces montażu.

Rodzaje metod montażu

Istnieją dwie podstawowe metody montażu płytek drukowanych:

Otwór przelotowy

Montaż powierzchniowy

Testowanie komponentów przed montażem

Testowanie komponentów płytek drukowanych przed montażem zapewnia ich zgodność ze specyfikacjami i prawidłowe działanie. Korzystanie z tego procesu zapobiega kosztownym błędom, które mogą skutkować awarią produktu.

Unikanie szoku termicznego podczas lutowania

Techniki lutowania i sprzęt montażowy

Techniki i sprzęt lutowniczy obejmują lutowanie na fali, lutowanie rozpływowe i lutowanie ręczne. W zależności od wielkości produkcji i rodzaju lutowanych komponentów, sprzęt będzie się różnić.

Rozwiązywanie problemów z elementami płytki drukowanej

Komponenty płytek drukowanych mogą doświadczać różnych problemów, takich jak awarie, uszkodzenia, nieprawidłowa instalacja i problemy z kompatybilnością. Rozwiązywanie i diagnozowanie tych problemów wymaga znajomości różnych typów komponentów i narzędzi diagnostycznych.

Typowe problemy z komponentami płytek drukowanych

Płytki drukowane i ich komponenty są podatne na następujące problemy:

• Awaria: Przepięcie, przegrzanie lub niewłaściwa obsługa mogą spowodować awarię elementów płytki drukowanej.
• Uszkodzenia: Komponenty mogą ulec uszkodzeniu podczas obsługi, montażu lub działania, powodując awarie płytki drukowanej.
• Nieprawidłowa instalacja: Problemy takie jak odwrócenie polaryzacji lub niewspółosiowość mogą wynikać z nieprawidłowej instalacji.
• Problemy z kompatybilnością: Niektóre komponenty płytki drukowanej mogą nie być kompatybilne z płytką drukowaną lub innymi komponentami.

Rozwiązywanie problemów i diagnozowanie różnych typów podzespołów

Dostępne są różne narzędzia diagnostyczne do rozwiązywania problemów z komponentami pasywnymi i aktywnymi, w tym multimetry, oscyloskopy i analizatory logiczne. Narzędzia takie jak te identyfikują pierwotną przyczynę, taką jak wadliwe komponenty lub uszkodzone ślady.

Techniki przeróbek

Techniki przeróbek obejmują naprawę lub wymianę uszkodzonych komponentów na płytce drukowanej. Techniki te obejmują odlutowywanie, stacje do przeróbek gorącym powietrzem i lutownice. Niezbędne jest przestrzeganie odpowiednich technik przeróbek, aby zapobiec dalszemu uszkodzeniu PCB lub komponentów.

Przyszłość komponentów płytek drukowanych

Automatyzacja, miniaturyzacjai sztuczna inteligencja (AI) będą miały wpływ na przyszły rozwój komponentów płytek drukowanych.

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na bardziej złożone urządzenia elektroniczne wymagane są mniejsze, bardziej wydajne komponenty elektroniczne. Nanotechnologia odgrywa tu kluczową rolę. Nanotechnologia wykorzystuje materiały mierzone w nanometrach (nm) lub miliardowych częściach metra.

Korzyści płynące z zastosowania technik produkcji w nanoskali są liczne, w tym

• Mniejsza poprawa wydajności i efektywności związana z rozmiarem
• Większa trwałość i niezawodność dzięki mniejszej liczbie usterek
• I niższe zużycie energii.

Systemy AI zostały opracowane do użytku w transporcie, opiece zdrowotnej i innych branżach. W ciągu ostatnich kilku lat systemy oparte na sztucznej inteligencji były coraz częściej wykorzystywane do zaawansowanych zadań, takich jak identyfikacja obrazu, rozpoznawanie obiektów, rozpoznawanie mowy i tłumaczenie bez konieczności interwencji człowieka. Oferuje wgląd w ogromne zbiory danych, identyfikując wzorce, których ludzie nie są w stanie zrozumieć.

Rozmiar sprzętu staje się coraz mniejszy, ale wydajność przyspiesza szybciej niż kiedykolwiek, dzięki trendowi miniaturyzacji. Dzięki tej tendencji producenci mogą teraz wytwarzać produkty o wysokiej wydajności przy najniższych możliwych kosztach.

Wnioski 

Właściwy dobór komponentów, projekt i montaż mają kluczowe znaczenie dla pomyślnego działania komponentów płytek drukowanych. Aby upewnić się, że płytki drukowane spełniają te wymagania, należy skonsultować się z renomowanym i doświadczonym dostawcą, takim jak Langir.

Dzięki ich doświadczeniu w zakresie przełączników panelowych, paneli sterowania i ochrony obwodów, Langir może pomóc na każdym etapie procesu tworzenia płytek drukowanych.