Doska plošných spojov

Doska plošných spojov (skr. DPS, angl. printed circuit board, skr. PCB; iné názvy pozri nižšie) je doska tvorená nevodivým substrátom, na ktorom sú na základe schémy zapojenia konkrétneho obvodu vytvorené vodivé spoje, ktorými sú prepojené jednotlivé elektronické prvky. Slúži ako nosný a konštrukčný prvok elektronických obvodov zložených z viacerých samostatných elektronických prvkov.

Doska plošných spojov pre povrchovo montované súčiastky (SMD)
Nákres návrhu DPS s obrysmi osadzovaných súčiastok
Nákres návrhu DPS z CAD programu

Názvy

Celkovo sa vyskytujú tieto názvy:

  • s výrazom „plošný spoj“ v názve: doska plošných spojov[1][2][3], doska plošného spoja[4][5], doska s plošnými spojmi[6], platňa plošných spojov[7][pozn 1], platňa plošného spoja[10], platňa s plošnými spojmi[11]
  • v výrazom „tlačený spoj“ v názve[pozn 2]: doska tlačených spojov[19], doska tlačeného spoja[20], doska s tlačenými spojmi[21]
  • s výrazom „tlačený obvod“ v názve: doska tlačených obvodov[22], doska tlačeného obvodu[23], doska s tlačenými obvodmi[24], platňa s tlačenými obvodmi[25]
  • s výrazom „tlačený plošný spoj“ v názve: doska tlačených plošných spojov[26], doska tlačeného plošného spoja[27], doska s tlačenými plošnými spojmi[28]

Najčastejšie sa, zdá sa, vyskytujú názvy doska plošných spojov a doska s plošnými spojmi.

Druhy

DPS podľa počtu vrstiev delíme na jednovrstvové, dvojvrstvové (obojstranné) a viacvrstvové. Jednovrstvové DPS sú najjednoduchšie, pretože nepotrebujú vodivé prepojenia medzi jednotlivými vrstvami. Dvojvrstvové DPS obsahujú spoje po oboch stranách nosného materiálu, prepojenia medzi nimi sú tvorené prekovenými dierami (tzv. via). Viacvrstvové DPS obsahujú vodivé vrstvy aj vo vnútri materiálu a sú vyrábané spájaním viacerých jedno- a dvojvrstvových DPS s izolačnými medzi-vrstvami. Aj keď sú technologicky náročnejšie, viacvrstvové DPS umožňujú jednoduchší návrh zložitých elektronických obvodov a lepšie vlastnosti obvodov (napr. zníženie rušenia).

Dejiny vývoja DPS

Vynálezcom dosky plošných spojov bol Rakúsky inžinier Paul Eisler, ktorý ju vyrobil ako časť rádioprijímača počas práce v Anglicku. Okolo roku 1943 sa v USA začala táto technológia používať vo veľkom na výrobu odolných rádií používaných v 2. svetovej vojne. Po vojne, v roku 1948, v USA zverejnili vynález DPS pre potreby komerčného využitia. Dosky plošných spojov však neboli samozrejmosťou v oblasti spotrebnej elektroniky až do 50. rokov 20. storočia, kedy bol Armádou Spojených štátov vyvinutý proces ich automatickej montáže. Vynálezu DPS predchádzala technika podobného charakteru, ktorú vynašiel britský elektrotechnický inžinier John Adolph Sargrove (pôvodným priezviskom Szabadi). Išlo o kov nastriekaný na bakelitovú izolačnú dosku. Zariadením využívajúcim Sargroveho technológiu, pôvodne nazvaným Electronic Circuit Making Equipment – ECME (v preklade zariadenie na výrobu elektronických obvodov), bolo možné vyrobiť 3 rádiá za minútu.

Konštrukcia

Vodivé vrstvy DPS sú štandardne vyrobené z tenkej medenej fólie (hrúbka niekoľko desiatok μm). Izolačné vrstvy sú kombináciou laminátu a epoxidovej živice (obvykle 1,5 mm). Dosky plošných spojov sú vyrábané v troch štandardných farbách a to zelená, modrá a červená. V závislosti na požiadavkách elektronického obvodu je možné zvoliť z niekoľkých dielektrických materiálov s odlišnými izolačnými vlastnosťami. Príkladom takýchto materiálov sú: polytetrafluóretylén (teflón), bavlnený papier s fenolom FR-2, bavlnený papier s epoxidom FR-3, tkanina zo sklených vlákien s epoxidom FR-5 a sklopoliester FR-6. Asi najdôležitejšou vlastnosťou u DPS je tepelná roztiažnosť, ktorá určuje ich rozmerovú stálosť. Asi najmenšiu tepelnú roztiažnosť a tým aj najlepšie vlastnosti majú DPS vyrobené na báze sklených vlákien.

V súčasnosti obsahujú DPS aj jednoduché elektronické zariadenia. Pri súčasnej masovej produkcii dosiek plošných spojov je ich cena veľmi nízka a ich spoľahlivosť je viac než uspokojivá. Samotný návrh a výroba DPS nie je však lacná záležitosť, no použitím vhodných technológií môže výrobca dosiahnuť vzhľadom na cenu použitých elektronických súčiastok zanedbateľnú výrobnú cenu. DPS má oproti konštrukciám s drôtovými prepojmi alebo point-to-point konštrukciám nespočetne veľa výhod aj na vzdory zložitosti výroby DPS. Hlavným dôvodom použitia DPS je aj možnosť plnej automatizácie výroby elektronických zariadení. Pre potreby kontroly kvality a montáže DPS sú stanovené štandardy zverejnené organizáciou IPC.

Návrh motívu

Motív vodivých dráh je obvykle tvorený špecializovanými počítačovými CAD programami, na základe nákresu elektrického obvodu nakresleného obvykle v tom istom programe. Motív je potom prenesený na priesvitnú fóliu, ktorá slúži ako predloha pre výrobu DPS.

Spracovanie

Pri výrobe obojstrannej DPS je doska najprv vŕtaná na súradnicovo riadenej vŕtačke (CNC) na základe navrhnutého motívu, potom je do vyvŕtaných dier nanesená tenká vrstva kovu chemickou cestou ktorá je potom galvanicky (elektrochemicky) zhrubená.

Spôsob výroby vodivých prepojení na doske plošných spojov závisí najmä od toho, či ide o ich masovú výrobu, alebo majú byť použité na konštrukciu jedného zariadenia, napr. prototypu alebo amatérskeho výrobku.

Prvotne môžeme rozdeliť technológie výroby na dve základné. Prvou je nanášanie (tlačenie) vodivých spojov na izolačnú vrstvu. Druhou metódou je odstraňovanie časti súvislej vrstvy tenkej medenej fólie naparenej na izolačnom podklade.V dnešnej dobe je častejšie využívaná druhá zo spomínaných metód. Motív dráh je prenesený na DPS fotolitografickou cestou: DPS je pokrytá fotorezistom, je exponovaná UV svetlom cez fóliu s motívom, pričom sa pochopiteľne dbá na súkryt s vyvŕtanými dierami a na súkryt oboch strán, fotorezist je vyvolaný a následne sú odkryté časti medenej fólie odleptané. Po odstránení zvyškov fotorezistu sú vodivé medené plochy pokovené (cínom alebo zlatom) aby sa zabránilo oxidácii medi, čo by sťažilo či znemožnilo následnú montáž (spájkovanie) súčiastok. Potom je nanesená a vytvarovaná tzv. nespájkovacia maska, ktorá pokrýva miesta ktoré nebudú spájkované a zabraňuje prístupu spájky na tieto miesta. Nakoniec môže byť DPS sieťotlačou potlačená pomocnými textami a nákresmi, ktoré pomáhajú pri osadzovaní dosky a opravovaní obvodu.

Ďalšou možnosťou ako vytvoriť masku je sieťotlač, ktorá používa odolné atramenty, na ochranu požadovaných vodivých spojov pred odleptaním. Sieťotlač je možné použiť aj pri metóde nanášania vodivých spojov na ohybný izolačný základ, čo sa využíva najmä pri výrobe flexibilných DPS alebo pohyblivých prívodov.

Iným spôsobom je frézovanie, ktorým odstraňujeme nepotrebnú časť medenej fólie nanesenej na izolačnom podklade. Pri tomto spôsobe výroby nie je treba dosku pokrývať maskou. Vhodným softvérom vytvoríme obrazec plošného spoja (masku) a pomocou frézovacieho zariadenia podobného plottru (CNC zariadenie) sa nepotrebná meď z dosky systematicky vyfrézuje.

Zvláštnosti

Ohybné DPS nemajú ako nosnú vrstvu ohybnú, ale pevnú plastovú fóliu. Často sa používajú ako pohyblivý prívod (napr. k pohyblivej tlačovej hlave počítačovej tlačiarne) alebo v priestorovo obmedzených zariadeniach (kde sa dajú tvarovať aj do malého objemu).

Pre vysokofrekvenčné a mikrovlnné zariadenia sa DPS vyrábajú z materiálov s nižšími dielektrickými stratami pri vysokých frekvenciách, napr. teflon alebo syntetický korund (Al2O3).

Vo veľmi lacných zariadeniach spotrebnej elektroniky je základným materiálom obvykle laminát obsahujúci papier namiesto sklenej textílie, používa sa výhradne pre jednostranné DPS.

Poznámky
  1. O vzťahu výrazov platňa a doska v slovenčine v tomto kontexte pozri[8], ďalej heslo doska a platňa v Krátkom slovníku slovenského jazyka a heslo doska v publikácii Slovenčina bez chýb (tento text považuje výraz doska v tomto kontexte za úplne nesprávny)[9].
  2. Výraz tlačený spoj (resp. tlačený obvod) sa väčšinou uvádza jednoducho ako synonymum plošného spoja (resp. plošného obvodu)[12][13][14]. Podľa iných názorov je výraz tlačený spoj nesprávny (správne je len plošný spoj)[15], podľa ďalších názorov je tlačený spoj názov určitého staršieho typu plošného spoja[16] a inde sa naopak ako jediný názov uvádza len tlačený obvod[17]. Medzičasom zrušená norma STN 35 9002 mala vo svojom nadpise uvedený názov plošné spoje.[18]

Referencie
  1. Dosky plošných spojov [online]. Košice : Katedra technológií v elektronike, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Technická univerzita v Košiciach, rev. 2018-09-19, [cit. 2018-10-19]. Dostupné online.
  2. STN EN 60664-5 https://www.sutn.sk/eshop/public/standard_detail.aspx?id=106010 (predmet normy)
  3. STN EN 61010-1 https://www.sutn.sk/eshop/public/standard_detail.aspx?id=113430
  4. printed circuit board. In: Výkladový terminologický slovník elektronických komunikácií - 2018 (anglicko-slovenský a slovensko-anglický). [Banská Bystrica] : Výskumný ústav spojov, 2018. Dostupné online. ISBN 978-80-89906-02-4.
  5. RAGAN, Ján. Anglicko-slovenský slovník výpočtovej techniky. 1. vyd. Bratislava : Slovenské pedagogické nakladateľstvo, 1998. 485 s. ISBN 80-08-01117-3. S. 335.
  6. STN IEC 60326-3 https://www.sutn.sk/eshop/public/standard_detail.aspx?id=59388; STN EN 61191-1 https://www.sutn.sk/eshop/public/standard_detail.aspx?id=118318
  7. Nemecko-slovenský technický slovník. 1. vyd. Zväzok 1 A – L. Bratislava : Alfa, 1993. 565 s. ISBN 80-05-01159-8. S. 545.
  8. BUZÁSSYOVÁ, Klára. Doska, platňa, tabuľa a ich české ekvivalenty. Kultúra slova, 1971, roč. 36, čís. 5, s. 289-290. Dostupné online [cit. 2018-10-19]. ISSN 0023-5202.
  9. IVANOVÁ-ŠALINGOVÁ, Mária; ŠALING, Samo; MANÍKOVÁ, Zuzana. Slovenčina bez chýb. 1. vyd. Veľký Šariš : SAMO, 1998. 399 s. ISBN 80-967524-3-X. S. 122.
  10. ZOUFALÝ, Kamil, ed. Urob — Udělej si sám. 1. vyd. Zväzok 30. Bratislava : Alfa, 1979. 64 s. Dostupné online. S. 50.
  11. ZOUFALÝ, Kamil, ed. Urob — Udělej si sám. 1. vyd. Zväzok 54. Bratislava : Alfa, 1985. 64 s. Dostupné online. S. 6.
  12. Nemecko-slovenský technický slovník. 1. vyd. Zväzok 2 M – Z. Bratislava : Alfa, 1993. ISBN 80-05-01192-X. S. 759.
  13. plošný obvod. In: KORBAŘ, Tomáš; STRÁNSKÝ, Antonín, et al. Technický naučný slovník. 1. vyd. Zväzok 3 M – Po. Praha : SNTL, 1963. 667 s. (Řada technických slovníků.) S. 556. ; plošný spoj. In: KORBAŘ, Tomáš; STRÁNSKÝ, Antonín, et al. Technický naučný slovník. 1. vyd. Zväzok 3 M – Po. Praha : SNTL, 1963. 667 s. (Řada technických slovníků.) S. 557.
  14. Francúzsko-slovenský a slovensko-francúzsky technický slovník. 1. vyd. Bratislava : Slovenské vydavateľstvo technickej literatúry, 1966. 1058 s. S. 117.
  15. plošný spoj. In: PAULIČKA, Ivan, ed. Všeobecný encyklopedický slovník. Zväzok M – R. Praha : OTTOVO NAKLADATELSTVÍ, 2005. 1000 s. ISBN 80-7181-708-2. S. 641.
  16. tištěný spoj. In: Technický slovník naučný. Zväzok 8 T – Ž. Praha : Encyklopedický dům, 2005. 609 s. ISBN 80-86044-26-2. S. 107. (definícia nie je ale uvedená celkom jednoznačne)
  17. BEŇAČKA, Štefan, et al. Anglicko-slovenský technický slovník. 3. vyd. Zväzok 2 K – Z. Bratislava : Alfa, 1993. 687 s. (Edícia prekladových slovníkov.) ISBN 80-05-00846-5. S. 267.
  18. STN 35 9002 https://www.sutn.sk/eshop/public/standard_detail.aspx?id=59384
  19. INES : Medzinárodná stupnica jadrových a radiačných udalostí : Užívateľská príručka [online]. Preklad Úrad jadrového dozoru Slovenskej republiky. [Cit. 2018-10-20]. S. [68]. Dostupné online.
  20. surface mount technology. In: Výkladový terminologický slovník elektronických komunikácií - 2018 (anglicko-slovenský a slovensko-anglický). [Banská Bystrica] : Výskumný ústav spojov, 2018. Dostupné online. ISBN 978-80-89906-02-4.
  21. STN EN 60730-1 https://www.sutn.sk/eshop/public/standard_detail.aspx?id=88947
  22. Úradný vestník Európskej únie, L 173/5, NARIADENIE RADY (EÚ) 2016/1051 z 24. júna 2016 [online]. 30.6.2016, [cit. 2018-10-20]. Dostupné online.
  23. ROG GX800VH (7th Gen Intel Core) [online]. ASUS Slovensko, [cit. 2018-10-20]. Dostupné online.
  24. Úradný vestník Európskej úni, L 175/45, NARIADENIE KOMISIE (ES) č. 957/2006 z 28. júna 2006 o zatriedení určitého tovaru do kombinovanej nomenklatúry, ktorým sa mení a dopĺňa nariadenie (EHS) č. 48/90 [online]. 29.6.2016, [cit. 2018-10-20]. Dostupné online.
  25. Spracovanie plastov : anglicko-německo-francúzsko-rusko-slovenský slovník. 1. vyd. Bratislava : Alfa, 1984. 511 s. (Edícia prekladových slovníkov.) S. 445.
  26. Centrálny elektronický priečinok [online]. Finančné riaditeľstvo SR, [cit. 2018-10-20]. Dostupné online.
  27. Systém upevnenia a uzemnenia dosky tlačeného plošného spoja [online]. Úrad priemyselného vlastníctva SR, [cit. 2018-10-20]. Dostupné online.
  28. Úradný vestník Európskej úni, L 217/9, ROZHODNUTIE KOMISIE (EÚ) 2016/1371 z 10. augusta 2016, ktorým sa stanovujú ekologické kritériá udeľovania environmentálnej značky EÚ osobným počítačom, notebookom a tabletom [oznámené pod číslom C(2016) 5010] [online]. 12.8.2016, [cit. 2018-10-20]. Dostupné online.

Iné projekty
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.