Piirilevy
Painettu piirilevy (PCB) on elektronisten komponenttien yhdistämiseen tarkoitettu levy. Niitä käytetään nykyään lähes kaikissa tietokoneissa ja elektroniikassa.
Kortti on valmistettu sähköä johtamattomasta materiaalista, yleensä lasikuidusta. Yleensä kupari on syövytetty (asetettu ohuiksi viivoiksi) levyn sisälle lasikuitukerrosten väliin tai levyn pintaan. Tämä saa sähkön kulkemaan vain sinne, minne se halutaan.
Elektroniset komponentit kiinnitetään sitten tähän levyyn käyttämällä metallia sähkön johtamiseen. Levyyn syövytetyn metallin avulla sähkö voi kulkea komponentilta toiselle sähköpiireissä.
Levyissä voi olla monia eri osia, jotka ovat yhteydessä toisiinsa ja toimivat yhdessä. Yleisimpiä piirilevyjä valmistetaan suuria määriä tiettyä tehtävää varten, esimerkiksi tietokoneen, matkapuhelimen tai television käyttämistä varten. Jotkin piirilevyt valmistetaan tavallisina, jotta henkilö voi rakentaa oman piirilevynsä uutta sähkötehtävää varten. Useimmissa sähköä käyttävissä laitteissa on ainakin yksi piirilevy, joka saa ne toimimaan.
Joustavat piirilevyt ovat piirilevyjä, jotka on tehty riittävän ohuiksi ja oikeasta materiaalista, jotta ne voivat taipua.
Painetun piirilevyn komponentit kiinnitetty
Historia
Painetut piirilevyt ovat peräisin 1850-luvulla käytetyistä sähköisistä liitäntäjärjestelmistä. Alun perin puualustoille asennettujen suurten sähkökomponenttien yhdistämiseen käytettiin metalliliuskoja tai -sauvoja. Myöhemmin metalliliuskat korvattiin ruuviliittimiin liitetyillä johdoilla, ja puiset alustat korvattiin metallikehyksillä. Tämä mahdollisti pienemmät kojeet, mitä tarvittiin, kun virtapiireistä tuli monimutkaisempia ja useampia osia sisältäviä. Thomas Edison kokeili metalleja pellavapaperilla. Arthur Berry patentoi vuonna 1913 Isossa-Britanniassa print-and-etch-menetelmän. Vuonna 1925 yhdysvaltalainen Charles Ducas kehitti menetelmän, jossa käytettiin galvanointia. Hän loi sähköisen reitin suoraan eristetylle pinnalle painamalla sabluunan (kartonkiin tai paperiin leikattu muoto) läpi erikoismusteella, joka pystyi johtamaan sähköä, aivan kuten johdotkin. Tätä menetelmää kutsuttiin "painetuksi johdotukseksi" tai "painetuksi piiriksi".
Vuonna 1943 itävaltalainen Paul Eisler patentoi Yhdistyneessä kuningaskunnassa menetelmän, jolla johtava kuvio tai piirit voidaan syövyttää kuparifoliokerrokseen, joka on kiinnitetty kovaan alustaan, joka ei johda sähköä. Yhdysvaltain armeija huomasi Eislerin tekniikan, ja sitä alettiin käyttää uusissa aseissa, kuten läheisyyssytyttimissä, toisessa maailmansodassa. Hänen ideastaan tuli erittäin hyödyllinen 1950-luvulla, kun transistori otettiin käyttöön. Siihen asti tyhjiöputket ja muut komponentit olivat niin suuria, että perinteisiä kiinnitys- ja johdotusmenetelmiä ei tarvittu. Transistorien käyttöönoton myötä komponenteista tuli kuitenkin hyvin pieniä, ja valmistajien oli käytettävä piirilevyjä, jotta myös liitännät olisivat pieniä.
Yhdysvaltalainen Hazeltine-yritys patentoi läpireikätekniikan ja sen käytön monikerroksisissa piirilevyissä vuonna 1961. Tämä mahdollisti paljon monimutkaisemmat piirilevyt, joissa komponentit oli sijoitettu lähekkäin. Integroidut piirisirut otettiin käyttöön 1970-luvulla, ja nämä komponentit sisällytettiin nopeasti piirilevyjen suunnittelu- ja valmistustekniikoihin. Nykyään painetussa piirilevyssä voi joissakin sovelluksissa olla jopa 50 kerrosta.
Pinta-asennustekniikka kehitettiin 1960-luvulla, ja se tuli laajalti käyttöön 1980-luvun lopulla.
Käsin tehty piirilevy
Suunnittelu
Piirilevyn suunnittelun tärkein tehtävä on selvittää, mihin kaikki komponentit sijoitetaan. Tavallisesti on olemassa suunnitelma tai kaavio, joka muutetaan piirilevyksi. Standardipiirilevyä ei ole olemassa. Jokainen piirilevy suunnitellaan omaan käyttötarkoitukseensa, ja sen on oltava oikean kokoinen, jotta se mahtuu tarvittavaan tilaan. Piirilevysuunnittelijat käyttävät tietokoneavusteista suunnitteluohjelmistoa piirimallien asetteluun piirilevylle. Sähköpolkujen välit voivat olla 0,04 tuumaa (1,0 mm) tai pienempiä. Myös komponenttijohtojen tai kontaktipisteiden reikien sijainti määritetään. Kun piirikuvio on piirretty, negatiivikuva tulostetaan tarkan kokoisena kirkkaalle muovilevylle. Negatiivikuvassa alueet, jotka eivät kuulu piirikuvioon, näkyvät mustana ja piirikuvio näkyy kirkkaana. Tämän jälkeen metalli poistetaan kirkkailta alueilta, yleensä kemikaalien avulla. Tästä kuvioinnista tehdään ohjeet tietokoneohjattua porakonetta tai valmistusprosessissa käytettävää automaattista juotospastaa varten.
Valmistus
Kortti on valmistettu kuparista valmistetuista ulkokerroksista. Turha kupari poistetaan, jolloin jäljelle jäävät kuparijohdot, jotka yhdistävät elektroniset komponentit. Komponentit asetetaan kortille, jolloin ne ovat kosketuksissa johtimiin.
Fotoresisti
Piirilevyjä valmistetaan joskus fotolitografialla. Valon kanssa reagoi fotoresistiksi kutsuttu päällyste, minkä jälkeen piirilevy ja päällyste asetetaan kehitteeseen. Menetelmä on kallis piirilevyä kohti, mutta aluksi se on hyvin halpa.
Silkkipaino
Piirilevyn valmistukseen on kuitenkin olemassa erilaisia menetelmiä. Joissakin ammattimaisesti valmistetuissa piirilevyissä käytetään eri menetelmää ylimääräisen kuparin poistamiseksi piirilevystä. Käytössä on menetelmä nimeltä silkkipainatus. Silkkipainossa kangas vedetään tiukasti kehyksen päälle. Sen jälkeen kankaaseen painetaan kuva. Sitten painetaan painoväri kankaan läpi. Muste ei mene sinne, missä kuva on painettu kankaaseen. Sitä kutsutaan silkkipainoksi, koska kangas on yleensä silkkiä. Kangas on yleensä silkkiä, koska siinä on hyvin pieniä reikiä. silkkipainatuksella painetaan kartongille resistiksi kutsuttua mustetta. Resisti on muste, joka vastustaa piirilevyn valmistuksessa käytettyä etanointiainetta. Etsausaine liuottaa levyn kuparin. Tämä on jokaiselle levylle halvempaa kuin valokuvaresisti, mutta alussa kalliimpaa.
Jyrsintä
Toinen tapa valmistaa piirilevy on käyttää myllyä. Mylly on pora, joka liikkuu moneen suuntaan. Pora poistaa pienen määrän kuparia joka kerta, kun se liikkuu levyn poikki. Jyrsin poistaa kuparin levyn johtojen ympäriltä. Näin levylle jää ylimääräistä kuparia. Muut menetelmät eivät jätä ylimääräistä kuparia levylle. Tämä menetelmä on halvempi levyä kohti, mutta sen valmistamiseen tarvittavat laitteet ovat kalliita. Tätä menetelmää ei käytetä usein, koska kaksi muuta menetelmää ovat helpompia.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on painettu piirilevy?
V: Painettu piirilevy (PCB) on elektronisten komponenttien yhdistämiseen tarkoitettu levy.
K: Mihin piirilevyjä käytetään?
V: Piirilevyjä käytetään nykyään lähes kaikissa tietokoneissa ja elektroniikassa.
K: Mistä piirilevy on valmistettu?
V: "Kortti" on valmistettu materiaalista, joka ei johda sähköä, yleensä lasikuidusta.
K: Miten piirilevy mahdollistaa sähkön siirtymisen komponentilta toiselle sähköpiireissä?
V: Yleensä kupari on syövytetty (asetettu ohuiksi viivoiksi) levyn sisälle lasikuitukerrosten väliin tai levyn pinnalle. Levyyn syövytetty metalli mahdollistaa sähkön kulkemisen komponentilta toiselle sähköpiireissä.
K: Mitä ovat joustavat piirilevyt?
V: Joustavat piirilevyt ovat piirilevyjä, jotka on tehty riittävän ohuiksi ja oikeasta materiaalista, jotta ne voivat taipua (taipua).
K: Mitä ovat jäykät taipuisat piirilevyt?
V: Jäykät taipuisat piirilevyt ovat piirilevyjä, joissa yhdistyvät jäykkien piirilevyjen ja taipuisien piirilevyjen ominaisuudet, eli ne ovat joistakin kohdista kovia ja joistakin kohdista taipuvia.
K: Onko useimmissa sähköä käyttävissä esineissä ainakin yksi piirilevy?
V: Kyllä, useimmissa sähköä käyttävissä asioissa on ainakin yksi piirilevy, joka saa ne toimimaan.
