Das Funktionsprinzip der PCB-Platte

The reason electronic devices can perform different functions is that the internal PCBA board provides it with various capabilities. We usually refer to the printed circuit board in the equipment as PCB, which is actually not the correct name. The printed circuit board itself cannot work, it acts as a carrier for the electronic equipment, and the PCBA board is the main body that makes the electronic equipment work.

The smartphone you use has a long, uncluttered line. The main function of these lines is to integrate the hardware devices of the mobile phone into a single PCBA, including Wi-Fi, antenna, GPS, fingerprint sensor, etc. In the following content, FS Technology will take a mobile phone as an example to show you wie die Leiterplatte funktioniert.

PCBA Grundkenntnisse

The development of PCBA is very rapid. Humans have never known what PCBA is, and it only took a century to understand the working principle of printed circuit boards and become the core of the electronics industry. Circuit boards were first invented in 1936 by Austrian Paul Eisner. Its development was aided by the use of the technology in radio equipment by the US military, as the technology became more well-known in the United States. In 1948, PCBA’s ability to work was recognized around the world and used for commercial purposes. In the mid-1950s, printed circuit boards became commonplace in people’s daily lives. As printed circuit boards dominate the electronics manufacturing industry, more and more attention has been paid to how circuit boards work.

Vielleicht haben Sie so eine Platine schon einmal gesehen, vielleicht ist sie grün oder in einer anderen Farbe. Was wie eine einfache Leiterplatte aussieht, ist in Wirklichkeit ein mehrschichtiges Labyrinth aus Hunderten von Kupferdrähten. Die Leiterplatte bietet allen auf ihr montierten Komponenten Halt und wirksame Abschirmung, und die Leitungen in der Mitte der Platte dienen als Plattform für die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen den Komponenten.

PCB VS PCBA

Für Praktiker, die nicht aus der PCBA-Branche kommen, ist es leicht, die Konzepte von PCB und PCBA. PCB ist die Abkürzung für Printed Circuit Board (Leiterplatte) und PCBA ist die Abkürzung für Printed Circuit Board Assembly (Leiterplattenmontage). Es gibt wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Begriffen. In der Regel bezeichnen wir das leitende Muster, das durch die Kombination von Schaltkreisen und gedruckten Bauteilen auf dem Isoliermaterial gemäß dem vorgegebenen Design gebildet wird, als PCB, und die Platte, auf der elektronische Bauteile installiert wurden, wird als PCBA bezeichnet.

Wie PCBs funktionieren

Bei der Herstellung von Leiterplatten wird die leitende Schicht der Kupferfolie an der Oberfläche durch das Isoliermaterial der Leiterplattenbasis isoliert. Dadurch kann der Strom durch die verschiedenen Komponenten auf einem vorher festgelegten Weg fließen, wodurch Funktionen wie Leistungserzeugung, Verstärkung, Dämpfung, Modulation, Demodulation und Codierung erreicht werden. Dies ist eine Beschreibung aus einer PCBA Website der Regierung. It may not be easy for non-industry practitioners to understand. FS Technology will disassemble the working principle of the entire mobile phone PCBA to show you.

Verbindung von PCBA-Leiterbahnen mit Komponenten

Understanding how a printed circuit board works should start with its composition. The entire PCBA board is composed of bare boards and components, such as microchips, resistors, capacitors and connectors. Die Hersteller befestigen die Komponenten durch Löten oder andere Techniken auf der Leiterplatte. Nehmen Sie zum Beispiel eine einseitige Leiterplatte, die nur auf einer Seite elektronische Komponenten und Drähte enthält. Normalerweise montieren wir die Komponenten auf einer nicht leitenden Platine, indem wir SMT-Bestückung Technologie oder PCBA DIP Montage Technologie und verbinden sie durch kleine Pfade, die Leiterbahnen genannt werden. Die Leiterbahnen ermöglichen die Funktion der elektrischen Komponenten auf der gesamten Platine, indem sie diese mit Strom versorgen. Nicht alle Hardware-Geräte werden direkt auf der Leiterplatte montiert. Komponenten wie Monitore und Kameras werden über Gegenstecker und Flachkabel mit der Leiterplatte verbunden.

Das Funktionsprinzip von doppelseitigen und mehrschichtigen Leiterplatten besteht darin, Prozessgas (Ar, N2, O2 usw.) in die Hochvakuumverbindung einzuführen, und das Gas wird zu einem Plasma ionisiert. Unter der Einwirkung des elektrischen Feldes bewegen sich diese Plasmen in Richtung eines hohen bzw. niedrigen Potenzials. Die Atomgruppen, die sich in Richtung des niedrigen Potenzials bewegen, beschießen das Ziel (Kupfer), so dass die Kupferatome aus dem Kupfer herausgelöst und schließlich auf dem Substrat (GFK), d.h. dem kupferbeschichteten Laminat, abgelagert werden. Dies ist eine traditionelle physikalische Methode, die den Vorteil hat, dass sie keine Umweltverschmutzung verursacht und technisch ausgereift ist. Der Nachteil ist, dass die Effizienz langsam und der Zyklus lang ist. Wenn Sie sich schnell über die PCB-HerstellungsprozessSie können das geätzte Muster im Voraus erstellen und dann die Leiterplatte auf die oben beschriebene Weise formen. Das innere Loch für den Anschluss kann auch mit Metallkupfer beschichtet werden, um es zu metallisieren.

Das Bild unten ist die Leiterplatte, die von FS Technology durch Röntgenstrahlen aufgenommen wurde. Der dunkle Bereich in der Abbildung stellt den Draht oder die Leiterbahn dar, und sein Teil besteht aus einem nichtleitenden Isoliermaterial aus gewebten Glasfasern und einem FR4-Epoxidharzkleber. Auf diesem Röntgenbild können Sie sehen, dass, obwohl viele Drähte auf der Platine übereinander gestapelt sind, sie keinen Kontakt zueinander haben.

Mit Röntgenstrahlen fotografierte Leiterplatte

The picture below is the key to the operation and function of the mobile phone circuit board – the microchip, referred to as a system-on-a-chip or SoC for short. Because it is mounted in a grid of connection points on the PCB (pads of the ball blue array), the hub is connected to a wire or trace that runs through the PCB. There are also many pads on the PCBA where other microchips are mounted, such as memory chips and wireless chips as well as resistors, capacitors, and other components.

SoC in PCBA

Next, let’s focus on a small set of wires. As mentioned above, there are a lot of wires inside the phone, and the total length of these wires can go around a football field. In the image below we can see that there are 15 traces connecting the SOC and the 16MP rear camera, if more traces are used, it means more data can be sent. If you look closely, you will see that as these traces are numerous, they are independent of each other. To make it easier to understand the traces, the diagram below shows just one set of wires, but the traces in the phone are actually routed along the edge of the printed circuit board and connected to a flat cable to the touchscreen display. All these tiny signal lines have to go through the mobile PCBA board to work. PS: The width is less than 1 mm.

15 übersichtlich angeordnete Leiterbahnen

Kurz gesagt, die Leiterplatte ermöglicht es jeder Komponente, sich über Hunderte von Drähten mit dem SoC oder einem anderen Mikrochip zu verbinden und ist ziemlich präzise organisiert.

Die Zusammensetzung der Leiterplatte

This smartphone PCB is actually made up of ten conductive layers, the top and bottom layers of which are used to mount the PCBA-Komponenten and act as multiple antennas. In order for it to function properly, power and ground planes are included on every circuit board. In addition, the ground plane also has the functions of electromagnetic shielding and heat dissipation. The remaining four intermediate layers are used to carry all communication lines or signal lines. Each conductive layer contains copper and insulating fiberglass and epoxy. Die hier gezeigte Smartphone-PCBA hat nur 10 leitende Schichten, aber in anderen Anwendungen können sie 2 bis 50 weitere Schichten haben. FS Technology kann Multilayer-PCBAs mit bis zu 56 Lagen herstellen.

Zehnlagige leitfähige Schicht PCBA-Platine

Außerdem befindet sich auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte eine Schicht aus farbiger Lötstoppmaske, die als elektrische Isolierung dient und so die Pads der Komponenten zugänglich macht. Darüber befindet sich ein Siebdruck mit Tinte für die Markierung und Buchstaben, die die Position der Bauteile angeben.

Farbige PCBA Lötmaske

Damit die Leiterplatte ordnungsgemäß funktioniert, muss das Signal durch jede leitende Kupferschicht und das dazwischen liegende Isoliermaterial fließen. Dieses Smartphone hat zehn separate Schichten aus leitendem Kupfer und Isoliermaterial zwischen den einzelnen Schichten. Wie breitet sich das Signal von einer Schicht zur anderen aus?

Die Leiterplattenschichten erfüllen diese Funktion, indem sie die Signale durch Durchkontaktierungen oder vertikale Verbindungen bohren oder metallisieren. Diese Durchkontaktierungen verbinden die Drähte der einzelnen Lagen miteinander, wodurch mehrere Komponenten miteinander verbunden werden und die Arbeit von mehrlagigen Leiterplatten realisiert wird. Es gibt drei Arten von Durchkontaktierungen, die Sie mit dem PCB-Herstellung Technologie der chinesischen Hersteller.

  • Durchgangsloch: Ein Loch von der oberen Schicht zur unteren Schicht
  • Blind Vias: Blind Vias verbinden die obere oder untere Schicht mit der mittleren Schicht
  • Buried Vias: während Buried Vias interne Schichten verbinden

Drei Arten von Durchkontaktierungen in PCBA

Da bei diesem Verfahren viele Schichten durchquert werden müssen, wird beim Durchqueren von unverbundenen leitenden Schichten das Kupfer um die Durchkontaktierungen auf dieser Schicht entfernt. Wenn wir uns die Pads auf der Oberseite der Leiterplatte für die Montage ansehen, können Sie drei Sätze von Drähten erkennen, die in verschiedene Richtungen verlaufen, während durch jede Schicht Löcher gehen.

These complex wires exist on the PCB in the center of the phone, and they are so incredible. Each model of smartphone is different in shape and specification, so engineers need to use PCB-Design-Tools to design different types of PCBA. For example, some mobile phones have separate top and bottom PCB boards, the larger one is called the main board and the smaller one is called the daughter board.

Zeichnung für die Demontage der PCBA eines Mobiltelefons

Ein weiteres wichtiges Detail ist, dass die Platine leichter ist, nur einen Esslöffel Wasser wiegt und gut in Ihr Telefon passt. Ingenieure arbeiten ständig an Innovationen, um Mikrochips, Widerstände, Kondensatoren, Induktoren und Steckverbinder so klein wie möglich zu machen, wobei einige Komponenten kleiner als ein Floh sind.

PCBA-Komponenten kleiner als ein Floh

In der Vergangenheit wurden bei der Entwicklung von PCBA-Platinen Komponenten verwendet, die zu viel Platz auf der Platine und auf der Leiterplatte beanspruchten. Da der Befestigungsmechanismus für diese Komponenten darin besteht, dass die Stifte durch die Anschlusslöcher geführt werden, werden diese älteren Designs als Durchsteckkomponenten bezeichnet. Bei diesen Komponenten handelt es sich jedoch um SMD-Komponenten, die mit der SMT-Montagetechnik montiert werden.

The above is a summary of the “How does a PCB board work” by FS Technology. I believe that after reading this article, you have a deep understanding of PCBA, and if you want to try to make your own PCB-Visitenkartefinden Sie die detaillierten Schritte in unserem Blogbeitrag.

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