Papan Litar Bercetak (PCB) membolehkan teknologi moden dengan menghubungkan komponen dengan laluan tembaga yang direka dengan teliti. Daripada alat asas seperti kalkulator kepada sistem aeroangkasa canggih, ia membolehkan teknologi moden.
CC10. Garis Panduan Keselamatan untuk Mengendalikan PCB
Apakah Papan Litar Bercetak (PCB)?
Papan Litar Bercetak (PCB) adalah sokongan elektronik moden. Dibina daripada gentian kaca, epoksi atau lamina, ia mempunyai laluan tembaga yang menghubungkan komponen seperti perintang, transistor dan IC. Perkataan "dicetak" berasal daripada proses pengimejan, di mana fail reka bentuk Gerber mentakrifkan corak tembaga. Daripada jam tangan dan kalkulator ringkas kepada sistem aeroangkasa dan telekomunikasi, PCB membolehkan teknologi merentas setiap industri.
Pelbagai Jenis PCB
Papan Litar Bercetak (PCB) terdapat dalam beberapa jenis, masing-masing direka untuk memenuhi keperluan struktur dan prestasi tertentu.
• PCB Satu Sisi menggunakan jejak tembaga hanya pada satu sisi papan. Ia ringkas, kos rendah dan sangat sesuai untuk elektronik asas seperti kalkulator dan bekalan kuasa kecil di mana ketumpatan litar tidak berisiko.
• PCB Dua Sisi mempunyai lapisan tembaga di kedua-dua belah pihak, dengan vias yang menghubungkan jejak atas dan bawah. Struktur ini membolehkan penghalaan yang lebih kompleks dan ketumpatan komponen yang lebih besar, menjadikannya biasa dalam penguat, pengawal dan pelbagai peralatan perindustrian.
• PCB berbilang lapisan terdiri daripada berbilang lapisan tembaga dan dielektrik yang dilaminasi bersama. Mereka menyokong ketumpatan litar tinggi, integriti isyarat yang lebih baik dan reka bentuk padat, menjadikannya berguna dalam aplikasi lanjutan seperti pelayan, peranti komunikasi 5G dan sistem perubatan.
• PCB tegar dibina di atas substrat FR-4 pepejal yang menahan lenturan dan getaran. Ketahanan mereka menjadikannya standard dalam komputer riba, kereta dan perkakas rumah.
• PCB fleksibel (Flex) diperbuat daripada bahan polimida atau PEEK, membolehkannya bengkok atau dilipat. Sifatnya yang ringan dan padat menjadikannya sesuai untuk boleh pakai, kamera digital dan implan perubatan di mana ruang terhad.
• PCB Rigid-Flex menggabungkan bahagian tegar dan fleksibel dalam satu papan. Pendekatan hibrid ini menjimatkan ruang, mengurangkan penyambung dan meningkatkan kebolehpercayaan, menjadikannya berharga dalam sistem aeroangkasa, peralatan pertahanan dan elektronik pengguna kecil.
Lapisan Asas PCB
Papan Litar Bercetak (PCB) terdiri daripada beberapa lapisan utama, masing-masing mempunyai fungsi tertentu untuk memastikan ketahanan, prestasi dan kebolehgunaan.
• Substrat – Ini ialah bahan asas PCB, biasanya diperbuat daripada gentian kaca FR-4 atau polimida. Ia memberikan kekuatan mekanikal dan kestabilan, bertindak sebagai asas yang menyokong semua lapisan lain.
• Lapisan Kuprum – Diletakkan di atas substrat, lapisan ini membentuk laluan konduktif yang membawa isyarat elektrik dan arus antara komponen. Bergantung pada jenis papan, mungkin terdapat satu atau beberapa lapisan tembaga.
• Topeng Pateri – Salutan pelindung yang digunakan di atas jejak tembaga, topeng pateri menghalang pengoksidaan, mengurangkan risiko litar pintas, dan memastikan pateri mengalir hanya di mana ia diperlukan semasa pemasangan.
• Skrin sutera – Lapisan paling atas yang mengandungi tanda bercetak seperti label komponen, penunjuk kekutuban dan nombor bahagian. Ia membantu dengan pemasangan, penyelesaian masalah dan penyelenggaraan dengan menyediakan panduan visual yang jelas.
Aliran Kerja Reka Bentuk PCB Dijelaskan
Proses reka bentuk PCB (Papan Litar Bercetak) bermula dengan pembangunan konsep dan penciptaan gambar rajah blok, di mana jurutera menentukan fungsi keseluruhan litar dan menggariskan cara bahagian yang berbeza akan berinteraksi. Peringkat ini membantu menggambarkan seni bina sistem dan merancang reka bentuk sebelum sebarang kerja terperinci bermula.
Seterusnya ialah reka bentuk skematik, yang melibatkan melukis sambungan elektrik antara komponen. Simbol setiap komponen dan hubungannya dengan yang lain ditakrifkan, membentuk gambar rajah litar elektronik lengkap yang berfungsi sebagai pelan tindakan untuk PCB.
Selepas skematik siap, penciptaan jejak dan fasa penempatan komponen bermula. Dalam langkah ini, setiap bahagian elektronik diberikan jejak fizikal yang mewakili saiz dunia sebenar dan susun atur pinnya. Pereka bentuk meletakkan komponen ini pada susun atur PCB dengan cara yang mengoptimumkan ruang, prestasi elektrik, dan kebolehkilangan.
Proses itu kemudian beralih kepada reka bentuk susun, di mana jurutera menentukan bilangan lapisan, jenis bahan dan ketebalan PCB. Langkah ini penting untuk mengurus integriti isyarat, kawalan impedans dan keserasian elektromagnet—terutamanya dalam reka bentuk berkelajuan tinggi atau berbilang lapisan.
Seterusnya, analisis DRC (Semakan Peraturan Reka Bentuk) dan DFM/DFA (Reka Bentuk untuk Pembuatan/Reka Bentuk untuk Pemasangan) dilakukan. DRC memastikan bahawa susun atur PCB mengikut peraturan reka bentuk elektrik dan mekanikal, manakala analisis DFM dan DFA menyemak sama ada reka bentuk boleh dihasilkan dan dipasang dengan cekap tanpa ralat atau isu pembuatan.
Setelah reka bentuk disahkan, langkah penjanaan fail pengeluaran diikuti. Di sini, pereka bentuk mencipta fail pembuatan standard seperti format Gerber atau IPC-2581 dan menjana BOM (Bill of Materials), yang menyenaraikan setiap komponen yang diperlukan untuk pengeluaran.
Akhirnya, proses itu berakhir dengan pembuatan dan pemasangan PCB. PCB dibuat mengikut spesifikasi reka bentuk, komponen dipasang, dan papan dipasang diuji untuk memastikan fungsi yang betul.
Bahan Digunakan dalam Pembuatan PCB
Bahan yang berbeza dipilih dalam pembuatan PCB berdasarkan prestasi, kos, dan keperluan aplikasi.
• FR-4 – Substrat yang paling banyak digunakan, diperbuat daripada gentian kaca yang diperkukuh dengan resin epoksi. Ia menawarkan kekuatan mekanikal yang baik, penebat elektrik dan kemampuan, menjadikannya sesuai untuk kebanyakan elektronik pengguna dan peranti tujuan umum.
• Polimida – Bahan fleksibel dan tahan haba yang mengekalkan kestabilan di bawah tekanan haba. Ketahanan dan keupayaannya untuk membengkokkan menjadikannya sesuai untuk aplikasi aeroangkasa, automotif dan PCB fleksibel di mana kebolehpercayaan dalam keadaan yang sukar diperlukan.
• Kerajang Tembaga – Digunakan sebagai lapisan konduktif, ketebalan kerajang tembaga boleh berkisar antara 1/2 oz hingga 4 oz setiap kaki persegi. Kuprum yang lebih tebal menyokong beban arus yang lebih tinggi, menjadikannya berguna untuk elektronik kuasa, pemacu motor dan litar dengan permintaan arus yang tinggi.
• Rogers / Lamina Frekuensi Tinggi – Lamina khusus dengan pemalar dielektrik rendah (Dk) dan faktor pelesapan rendah (Df). Bahan-bahan ini memastikan integriti dan kestabilan isyarat pada frekuensi tinggi, menjadikannya berguna untuk reka bentuk RF, sistem komunikasi 5G dan aplikasi radar.
Proses Pembuatan PCB
Langkah 1 - Reka Bentuk Susun Atur CAD
Proses ini bermula dengan menyediakan susun atur PCB menggunakan perisian CAD/EDA. Ini mentakrifkan susunan papan, penghalaan jejak, melalui peletakan dan jejak komponen. Fail output (Gerber, fail gerudi, BOM) berfungsi sebagai pelan tindakan untuk pengeluaran.
Langkah 2 - Percetakan Filem (Pengimejan)
Setiap lapisan PCB ditukar kepada topeng foto resolusi tinggi. Filem-filem ini mewakili corak tembaga, topeng pateri dan lapisan skrin sutera, yang membimbing langkah kemudian seperti etsa dan percetakan.
Langkah 3 - Etsa Tembaga
Lamina bersalut tembaga disalut dengan photoresist dan terdedah kepada cahaya UV melalui photomask. Selepas pembangunan, kuprum yang tidak dilindungi terukir secara kimia, meninggalkan kesan litar yang dikehendaki utuh.
Langkah 4 - Penjajaran Lapisan & Laminasi
Untuk papan berbilang lapisan, teras terukir individu disusun dengan kepingan prepreg (gentian kaca yang diresapi resin). Haba dan tekanan dalam akhbar laminasi mengikat lapisan ke dalam struktur pepejal. Sasaran optik dan sistem pendaftaran sinar-X memastikan penjajaran lapisan yang tepat.
Langkah 5 - Penggerudian Ketepatan
Gerudi CNC atau laser berkelajuan tinggi mencipta lubang untuk vias, komponen melalui lubang dan ciri mekanikal. Toleransi dalam mikron untuk memastikan sambungan yang boleh dipercayai.
Langkah 6 - Penyaduran Tembaga untuk Vias
Lubang yang digerudi dibersihkan secara kimia dan disalut dengan tembaga. Ini membentuk dinding tong konduktif di dalam vias, mewujudkan sambungan elektrik antara lapisan PCB.
Langkah 7 - Permohonan Topeng Pateri
Topeng pateri cecair boleh bergambar foto (LPI) disalut pada papan. Pendedahan dan pembangunan UV hanya membuka kawasan pad, manakala selebihnya ditutup untuk melindungi kesan dan menghalang jambatan pateri.
Langkah 8 - Percetakan Skrin Sutera
Penunjuk rujukan, tanda kekutuban, logo dan label pemasangan dicetak pada permukaan papan menggunakan dakwat epoksi atau percetakan digital, membantu pemasangan dan pemeriksaan.
Langkah 9 - Permohonan Kemasan Permukaan
Untuk melindungi pad tembaga yang terdedah dan meningkatkan kebolehpaterian, kemasan permukaan digunakan. Pilihan biasa termasuk:
• HASL (Hot Air Solder Leveling) – salutan pateri timah/plumbum atau bebas plumbum
• ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) – kemasan rata dan boleh dipercayai untuk komponen pic halus
• OSP (Pengawet Kebolehpateri Organik) – pilihan mesra alam, kos efektif
Langkah 10 - Ujian Elektrik (E-Ujian)
Penguji probe terbang atau katil kuku automatik menyemak litar terbuka, seluar pendek dan sambungan bersih yang betul, memastikan prestasi elektrik sepadan dengan reka bentuk.
Langkah 11 - Pemeriksaan Akhir & Kawalan Kualiti
Pemeriksaan Optik Automatik (AOI), pengimejan sinar-X dan pemeriksaan manual mengesahkan penjajaran pad, kualiti lubang, integriti topeng pateri dan ketepatan dimensi. Hanya lembaga yang lulus piawaian IPC yang ketat diluluskan untuk penghantaran.
Pembuatan PCB Berbilang Lapisan & Pertimbangan HDI
Pembuatan PCB berbilang lapisan melibatkan lebih kerumitan daripada papan satu atau dua lapisan, kerana penjajaran yang tepat dan kaedah interkoneksi lanjutan diperlukan.
• Vias Buta dan Terkubur – Vias ini menghubungkan lapisan terpilih tanpa melalui keseluruhan papan. Mereka mengolongkan ruang permukaan dan meningkatkan ketumpatan penghalaan, yang membantu dalam reka bentuk padat dan berfungsi tinggi.
• HDI (High-Density Interconnect) – Teknologi HDI menggunakan mikrovia, lebar surih yang lebih halus dan dielektrik yang lebih nipis untuk mencapai ketumpatan interkoneksi yang sangat tinggi. Ini menjadikannya berguna untuk telefon pintar, tablet, boleh pakai dan sistem 5G di mana pengecilan dan penghantaran isyarat berkelajuan tinggi adalah satu kemestian.
• Panduan Penggerudian X-Ray – Untuk memastikan ketepatan semasa melalui penggerudian, sistem pendaftaran X-ray menyelaraskan lapisan dalaman dengan ketepatan yang melampau. Langkah ini menghalang salah pendaftaran, meningkatkan kebolehpercayaan, dan menyokong toleransi ketat yang dituntut oleh reka bentuk berbilang lapisan lanjutan.
Gambaran Keseluruhan Proses Perhimpunan PCB
Sebaik sahaja PCB dibuat, komponen dipasang padanya melalui proses pemasangan yang jelas.
• Teknologi Pelekap Permukaan (SMT) – Komponen diletakkan terus pada pad bersalut pes pateri pada permukaan papan. Kaedah ini menyokong ketumpatan komponen yang tinggi dan merupakan standard untuk elektronik padat moden.
• Perhimpunan Melalui Lubang – Plumbum komponen dimasukkan ke dalam lubang yang digerudi dan dipateri, memberikan ikatan mekanikal yang kuat. Ia biasanya digunakan untuk penyambung, komponen kuasa dan papan yang memerlukan ketahanan tinggi.
• Pematerian Aliran Semula – Selepas komponen SMT diletakkan, papan melalui ketuhar aliran semula di mana pemanasan terkawal mencairkan pes pateri, mewujudkan sambungan yang boleh dipercayai. Proses ini digunakan untuk pengeluaran automatik dan volum tinggi.
• Pematerian Gelombang – Papan dengan komponen lubang melalui gelombang pateri cair, yang mengikat berbilang sendi secara serentak. Ia cekap untuk pengeluaran berskala besar papan teknologi campuran.
Garis Panduan Keselamatan untuk Mengendalikan PCB
Pengendalian PCB yang betul diperlukan untuk melindungi kedua-dua papan dan orang yang bekerja dengannya.
• Perlindungan ESD – Elektrik statik boleh merosakkan komponen sensitif dengan mudah. Gunakan tali pergelangan tangan, tikar anti-statik dan beg simpanan yang betul untuk mengelakkan nyahcas elektrostatik semasa pengendalian dan pemasangan.
• Vol Tinggitage Langkah Berjaga-jaga – PCB dalam sistem kuasa boleh menyimpan tenaga berbahaya dalam kapasitor. Sentiasa nyahcas kapasitor dengan selamat, bekerja dengan alatan bertebat dan ikut prosedur penguncian/tagout apabila berkenaan.
• Peralatan Pelindung Diri (PPE) – Pakai sarung tangan, cermin mata dan topeng untuk melindungi daripada asap pateri, habuk gentian kaca dan sisa kimia. Ini mengurangkan risiko pendedahan semasa pematerian dan penyediaan papan.
• Perlindungan Kelembapan – PCB boleh menyerap lembapan, yang boleh menyebabkan kecacatan seperti delaminasi semasa pematerian. Simpan papan dalam pek tertutup vakum atau kabinet kering untuk mengekalkan kebolehpercayaan.
• Keselamatan Terma – Papan dan sambungan pateri kekal panas selepas aliran semula atau pematerian manual. Berikan masa penyejukan yang mencukupi dan gunakan sarung tangan tahan haba semasa mengendalikan pemasangan yang baru dipateri.
Aplikasi PCB Merentas Industri
PCB adalah teras kepada hampir setiap teknologi moden, dengan aplikasi yang merangkumi pelbagai industri.
• Elektronik Pengguna – Ditemui dalam telefon pintar, televisyen, komputer riba dan konsol permainan, PCB membolehkan reka bentuk padat, prestasi tinggi dan sambungan yang boleh dipercayai untuk peranti harian.
• Automotif – Kenderaan moden bergantung pada PCB untuk unit kawalan enjin, sistem pengurusan bateri EV, infotainmen dan penderia canggih yang menyokong keselamatan dan automasi.
• Perubatan – Peranti kuasa PCB kebolehpercayaan tinggi seperti perentak jantung, peranti boleh pakai pesakit, mesin MRI dan peralatan diagnostik di mana ketepatan dan keselamatan adalah penting.
• Perindustrian – Digunakan dalam robotik, automasi kilang, pemacu motor dan penyongsang kuasa, PCB memberikan ketahanan dan kecekapan dalam persekitaran yang menuntut.
• Aeroangkasa & Pertahanan – PCB khusus disepadukan ke dalam avionik, sistem radar, satelit dan elektronik pertahanan di mana kekasaran, pengecilan dan kebolehpercayaan dalam keadaan yang melampau diperlukan.
• Telekomunikasi – PCB memacu infrastruktur seperti stesen pangkalan 5G, pelayan data dan perkakasan rangkaian, menyokong komunikasi berkelajuan tinggi dan sambungan global
Kesimpulannya
PCB jauh lebih daripada sekadar pembawa litar; Mereka adalah asas inovasi dalam elektronik. Dengan meneroka struktur, kaedah pengeluaran dan aplikasi industri mereka, kami mendapat pandangan yang lebih jelas tentang cara teknologi berkembang. Dengan trend yang muncul seperti papan optik, substrat mesra alam dan reka bentuk dipacu AI, masa depan teknologi PCB menjanjikan kecekapan, pengecilan dan kemampanan yang lebih besar.
Soalan Lazim [Soalan Lazim]
Berapa lama PCB biasanya bertahan?
Kebanyakan PCB bertahan 10–20 tahun, bergantung pada kualiti reka bentuk, bahan dan keadaan persekitaran. Papan mewah dengan salutan pelindung dan pengurusan haba sering melebihi julat ini dalam kegunaan perindustrian atau aeroangkasa.
Apakah yang paling kerap menyebabkan kegagalan PCB?
Punca biasa termasuk terlalu panas, penyerapan lembapan, nyahcas elektrostatik (ESD), sambungan pateri yang lemah dan kerosakan surih. Reka bentuk pencegahan dan salutan pelindung mengurangkan risiko ini dengan ketara.
Bolehkah PCB dikitar semula atau digunakan semula?
Ya. PCB boleh dikitar semula untuk memulihkan tembaga, emas dan logam lain. Proses kitar semula mesra alam sedang muncul, tetapi menggunakan semula keseluruhan PCB jarang berlaku kerana haus komponen dan teknologi yang berkembang.
Bagaimanakah anda menguji PCB sebelum digunakan?
PCB diuji dengan pemeriksaan kesinambungan, ujian rintangan penebat dan Pemeriksaan Optik Automatik (AOI). Penguji probe terbang atau katil kuku mengesahkan sambungan yang betul dan mengesan seluar pendek sebelum pemasangan.
Apakah industri yang memerlukan PCB kebolehpercayaan tinggi?
Sektor aeroangkasa, pertahanan, automotif dan perubatan menuntut PCB kebolehpercayaan tinggi. Papan ini direka bentuk dengan toleransi yang lebih ketat, bahan yang teguh dan pematuhan ketat kepada piawaian IPC untuk memastikan prestasi dalam persekitaran berbahaya.