Wie funktioniert die Leiterplatte? Video- und Texterklärung

Der Grund dafür, dass elektronische Geräte verschiedene Funktionen ausführen können, liegt darin, dass die interne Leiterplatte (PCBA) sie mit verschiedenen Fähigkeiten ausstattet. Wir bezeichnen die Leiterplatte in den Geräten normalerweise als PCB, was eigentlich nicht der richtige Name ist. Die Leiterplatte selbst kann nicht funktionieren, sie dient als Träger für die elektronischen Geräte, und die PCBA-Platte ist der Hauptteil, der die elektronischen Geräte zum Laufen bringt.

Das von Ihnen verwendete Smartphone hat eine lange, übersichtliche Leitung. Die Hauptfunktion dieser Linien besteht darin, die Hardware-Geräte des Mobiltelefons in einem einzigen PCBA, einschließlich Wi-Fi, Antenne, GPS, Fingerabdrucksensor usw. Im Folgenden wird FS Technology ein Mobiltelefon als Beispiel für die Einführung nehmen wie die Platine funktioniert.

Bevor wir mit dem Text beginnen, sehen wir uns eine Einführung in die Funktionsweise von PCB von einem YouTube-Blogger an.

Grundlegende Konzepte von Leiterplatten

Die Entwicklung von PCBA ist sehr schnell. Die Menschen haben nie gewusst, was PCBA ist, und es hat nur ein Jahrhundert gedauert, bis sie das Funktionsprinzip von Leiterplatten verstanden haben und zum Kernstück der Elektronikindustrie wurden. Leiterplatten wurden erstmals 1936 vom Österreicher Paul Eisner erfunden. Ihre Entwicklung wurde durch die Verwendung der Technologie in Funkgeräten durch das US-Militär begünstigt, da die Technologie in den Vereinigten Staaten immer bekannter wurde. Im Jahr 1948 wurde die Funktionsfähigkeit von PCBA weltweit anerkannt und für kommerzielle Zwecke genutzt. Mitte der 1950er Jahre wurden gedruckte Schaltungen im täglichen Leben der Menschen alltäglich. Da Leiterplatten die Elektronikindustrie dominieren, wurde der Funktionsweise von Leiterplatten immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt.

Für Praktiker, die nicht aus der PCBA-Branche kommen, ist es leicht, die Konzepte von PCB und PCBA. Vor der Erläuterung der FunktionsprinzipBitte lassen Sie sich von FS Technology einige verwirrende Begriffe in der PCBA-Industrie erklären.

PCB: Auch bekannt als Leiterplatte, gedruckte Schaltung, PWB, nackte Platte. 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.

PCBA: Die Abkürzung für PCB-Baugruppe, obwohl sie nur einen Buchstaben mehr hat als PCB, gibt es einen wesentlichen Unterschied zwischen den beiden. In der Regel bezeichnen wir das leitende Muster, das durch die Kombination der Schaltung und der gedruckten Komponente auf dem isolierenden Material gemäß dem vorbestimmten Design gebildet wird, als PCB, und die Platte, auf der die elektronischen Komponenten installiert wurden, wird PCBA genannt. Die PCBA-Platine ist ein elektronisches Bauteil, das in elektronischen Produkten eine entscheidende Rolle spielt.

SMT-Bestückung: eine Bestückungstechnologie, bei der SMD-Bauteile auf eine blanke Leiterplatte montiert werden. Der vollständige Name von SMT ist Surface Mount Technology.

THT-Bestückung: Eine traditionelle Technologie für die Installation von Steckkomponenten auf unbestückten Leiterplatten. Der vollständige Name von THT ist Durchstecktechnik.

Wie funktionieren gedruckte Schaltkreise?

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. Es mag für Nicht-Industriepraktiker nicht leicht zu verstehen sein. FS Technology wird das Funktionsprinzip des gesamten Systems zerlegen. PCBA für Mobiltelefone um es Ihnen zu zeigen.

Verbindung von PCBA-Leiterbahnen mit Komponenten

Um zu verstehen, wie eine Leiterplatte funktioniert, sollte man mit ihrer Zusammensetzung beginnen. Die gesamte Leiterplatte besteht aus unbestückten Platinen und Komponenten wie Mikrochips, Widerständen, Kondensatoren und Steckern. 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.

Das Bild unten ist der Schlüssel zum Betrieb und zur Funktion der Leiterplatte des Mobiltelefons - der Mikrochip, der als System-on-a-Chip oder kurz SoC bezeichnet wird. Da er in einem Raster von Anschlusspunkten auf der Leiterplatte montiert ist (Pads des blauen Arrays), ist der Hub mit einem Draht oder einer Leiterbahn verbunden, die durch die Leiterplatte verläuft. Auf der PCBA befinden sich auch viele Pads, auf denen andere Mikrochips wie Speicherchips und Funkchips sowie Widerstände, Kondensatoren und andere Komponenten montiert sind.

Als Nächstes wollen wir uns auf eine kleine Gruppe von Drähten konzentrieren. Wie oben erwähnt, gibt es eine Menge von Drähten im Inneren des Telefons, und die Gesamtlänge dieser Drähte kann um ein Fußballfeld gehen. Auf dem Bild unten sehen wir, dass es 15 Leitungen gibt, die den SOC und die 16-MP-Rückseitenkamera verbinden; je mehr Leitungen verwendet werden, desto mehr Daten können übertragen werden. Wenn Sie genau hinsehen, werden Sie feststellen, dass diese Leiterbahnen zwar zahlreich, aber unabhängig voneinander sind. Um das Verständnis der Leiterbahnen zu erleichtern, zeigt das Diagramm unten nur einen Satz Drähte, aber die Leiterbahnen im Telefon werden tatsächlich entlang der Kante der Leiterplatte verlegt und mit einem Flachkabel mit dem Touchscreen-Display verbunden. All diese winzigen Signalleitungen müssen durch den mobile PCBA-Platte zu arbeiten. PS: Die Breite beträgt weniger als 1 mm.

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

Diese Smartphone-Leiterplatte besteht aus zehn leitenden Schichten, von denen die obere und die untere Schicht zur Befestigung der PCBA-Komponenten und fungieren als mehrere Antennen. Damit sie ordnungsgemäß funktionieren, sind auf jeder Leiterplatte Stromversorgungs- und Masseflächen vorhanden. Darüber hinaus hat die Massefläche auch die Funktion der elektromagnetischen Abschirmung und der Wärmeableitung. Die verbleibenden vier Zwischenschichten werden für alle Kommunikations- oder Signalleitungen verwendet. Jede leitende Schicht besteht aus Kupfer und isolierenden Glasfasern und Epoxid. 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.

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.

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 Vias die sich 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

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.

Diese komplexen Drähte befinden sich auf der Leiterplatte in der Mitte des Telefons, und sie sind so unglaublich. Jedes Smartphone-Modell hat eine andere Form und Spezifikation, daher müssen die Ingenieure die PCB-Design-Tools um verschiedene Arten von PCBA zu entwerfen. Einige Mobiltelefone haben beispielsweise getrennte obere und untere Leiterplatten, von denen die größere als Hauptplatine und die kleinere als Tochterplatine bezeichnet wird.

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.

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.

Wie kann man überprüfen, ob eine Leiterplatte funktioniert?

Der Weg von der Leiterplatte zur PCBA ist ein komplizierter Prozess, und sowohl Einzelpersonen als auch Montageunternehmen sollten die Qualität der Leiterplatte umfassend prüfen, um sicherzustellen, dass die Leiterplatte normal funktionieren kann. FS Technology hat das Funktionsprinzip der PCB-Schaltung oben erklärt, dann werden wir die Probleme lösen, die in der selbstgemachten Leiterplatte auftreten können, das heißt, wie man überprüft, ob die Leiterplatte funktioniert.

Schematische Genauigkeit

Das Zeichnen eines Schaltplans ist der erste Schritt bei der Herstellung einer Leiterplatte. Diese Schaltpläne werden verwendet, um das Funktionsprinzip der Elektrizität sowie die Funktion und die Anschlussbeziehungen verschiedener elektrischer Komponenten darzustellen. Die Überprüfung des Schaltplans ist ein wichtiger Bestandteil, um sicherzustellen, dass Ihre selbst gefertigte Leiterplatte richtig funktioniert.

Prüfen Sie zunächst, ob die Spannungsversorgung des IC-Chips und die Beschriftung des Netzwerkknotens korrekt sind;
Prüfen Sie, ob sich Netzknoten überschneiden;
Das Modell des Bauteilgehäuses, die Pinreihenfolge des SMD-Bauteils;
Prüfen Sie, ob die Verkabelung korrekt ist, einschließlich falscher Verkabelung, fehlender Verkabelung und Mehrfachverkabelung.

Genauigkeit beim Einbau der Komponenten

Wie bereits erwähnt, besteht die Aufgabe der Leiterplatte darin, eine Plattform für die elektrische Verbindung elektronischer Anwendungen bereitzustellen, und die PCBA ist das Herzstück für den Betrieb elektronischer Anwendungen. Nach Abschluss der PCBA-Montage muss die Schweiß- und Montagequalität der polaren Komponenten auf der Platine überprüft werden, z. B. ob die Pins der Leuchtdioden, Gleichrichterdioden und Trioden übereinstimmen. Es ist erwähnenswert, dass selbst Bauteile mit gleicher Funktion, aber unterschiedlichen Beschaffungskanälen, eine unterschiedliche Anordnung der Pins aufweisen. Wenn Sie die PCBA selbst herstellen, müssen Sie sie nach dem manuellen Löten mit einem Multimeter messen, sonst funktioniert sie nicht, wenn sie für die PCBA der Tastatur und Maus verwendet wird.

Elektrische Beobachtungsmethode

Die Methode der Beobachtung beim Einschalten ist eine Methode zur Manuelle PCB-InspektionDas heißt, nachdem die Leiterplatte unter Spannung gesetzt wurde, ist man nicht darauf erpicht, sie zu testen, sondern die Veränderungen nach dem Einschalten zu beobachten. Jegliche Fehler bei der Herstellung der Leiterplatte oder beim Löten können nach dem Einschalten Rauch, Geruch usw. verursachen, was kein übliches Phänomen beim Betrieb der Schaltung ist.

Zusammenfassen

Die obigen Ausführungen beziehen sich auf die "Funktionsweise der Leiterplatte". In diesem Artikel hat die FS Technology eine umfassende Beschreibung von" Wie funktioniert die Schaltung? " zu "wie man überprüft, ob eine Leiterplatte funktioniert" und bietet Videoerklärungen. Wenn Sie ein Elektronik-Enthusiast sind und ein tieferes Verständnis von PCBA haben, können Sie versuchen, eine einzigartige elektronische Visitenkarte zu erstellen, indem Sie "Wie funktionieren Leiterplatten" und "PCB-Visitenkarte".

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