Plošný spoj

Z Multimediaexpo.cz

Plošný spoj - ukázka montáže SMD a zelené nepájivé masky

Odpor osazený a zapájený do otvorů v DPS

Plošný spoj (také deska plošných spojů, zkráceně DPS, v angličtině PCB) se v elektronice používá pro mechanické připevnění a současně pro elektrické propojení elektronických součástek. Součástky jsou propojeny vodivými cestami vytvořenými leptáním z měděných folií nalepených na izolační laminátové desce, nejčastěji typu FR4 (skelný laminát, plátovaný měděnou folií). Samotné součástky jsou na DPS připájeny za své vývody cínovou pájkou. Klasická provedení součástek mají vývody ve formě drátů nebo kolíčků. Ty se obvykle prostrčí otvory v DPS a na opačné straně, než byla součástka se připájely k spojům, vytvořených vrstvou mědi. V současnosti se při sériové výrobě používá velmi často technologie povrchové montáže (surface-mount technology, SMT). Součástky pro povrchovou montáž (surface-mount device, SMD) mají na svém povrchu kontaktní plošky, za které se připájí na stejnou stranu DPS, na které jsou osazeny. To umožní i osazení desek součástkami z obou stran.

Desky plošných spojů v dnešní době umožňují výrobu levných a přitom dostatečně robustních elektronických zařízení.

Protože současné součástky mají desítky i stovky vývodů, nebylo by je možné dobře propojit na jednoduché desce plošných spojů. Proto byly vyvinuty oboustranné DPS, které mají vodivý obrazec z obou stran a následně vícevrstvé DPS. Vícevrstvé DPS vznikají slepením několika tenkých oboustranných DPS. U dvou- nebo vícevrstvých DPS se musí prokovovat průchody mezi vrstvami. DPS se běžně opatřují nepájivou maskou. To je poloprůhledná izolační vrstva typicky zelené barvy. Nechává odkryté jen pájecí plošky, zbytek vodivých cest zakrývá a zlepšuje tak izolační vlastnosti desky, současně brání poškození vodivých cest. Pro orientaci při kontrole, opravách nebo nastavování se na nepájivou masku často tiskne servisní potisk. Vyznačuje umístění součástek a jejich označení dle elektrického schematu.

Protože ruční návrh plošných spojů by byl u složitějších obvodů extrémně časově náročný, přičemž by snadno mohlo docházet k chybám dále prodražujícím vývoj, používají se pro návrh systémy CAE, usnadňující vývoj. Vývojář nejprve vytvoří schéma zapojení ze kterého se vygeneruje seznam spojů (netlist). Jiný program (autorouter) může na základě tohoto netlistu vytvořit předlohu pro výrobu DPS.

Základní materiál pro výrobu DPS

Plošný spoj - návrh - strana součástek

Plošný spoj - návrh - data k výrobě

Základním materiálem pro výrobu DPS je nejčastěji laminát ze skelné tkaniny sycený epoxidovou pryskyřicí. Z jedné nebo obou stran je nalepena měděná folie. Epoxidová pryskyřice má jemně nažloutlou (medovou) barvu. Tloušťka laminátu je běžně 1 až 1,5mm, tloušťka měděné folie 17 nebo 35 mikrometrů, pro náročnější účely se používají i další tloušťky. Tento materiál, bez ohledu na skutečného výrobce je v ČR známý pod názvem "CUPREXTIT". To byl obchodní název materiálu vyráběného podnikem KABLO Bratislava, závod GUMON. Obdobný materiál, výráběný v ČR se jmenoval UMATEX, později LAMPLEX. Materiály pro výrobu DPS existují v mnoha různých provedeních. Tloušťka laminátu může být od 0,8 mm do 2 mm. Složení nemusí být vždy skelná tkanina v epoxidu. Pro jednodušší výrobky (jako je spotřební elektronika) existují lamináty se základní vrstvou ze speciálního papíru nebo mohou být ze skelné tkaniny pouze vnější vrstvy, mezi nimi je netkaná textilie. Pro vysokofrekvenční obvody se užívá laminát na bázi teflonu. Tloušťka měděné folie je odvozena z její hmotnosti v amerických mírách. Podle této hmotnosti se také kdysi tloušťka označovala: 17 mikrometrů je tzv jednouncová měď (jedna čtvereční stopa váží jednu unci) 35 mikrometrů je dvouuncová měď.

Označení materiálů pro plošné spoje

• FR1 Papír nasycený fenolovou pryskyřicí - laciný druh
• FR2 Papír nasycený fenolovou pryskyřicí - standardní provedení
• FR3 Papír nasycený epoxidovou pryskyřicí
• FR4 Tkanina ze skelných vláken sycená epoxidovou pryskyřicí - nejběžnější druh
• FR5 Tkanina ze skelných vláken sycená epoxidovou pryskyřicí - zvláště tepelně odolný druh

Výroba desek plošných spojů

Plošný spoj - historie. Vlastní spoje zabírají větší část plochy desky, protože jsou širší a mají větší rozestupy mezi sebou. Deska je také pouze oboustranná, ne vícevrstvá.

Základní kroky při výrobě plošných spojů jsou:

• Vyvrtání otvorů
• Očištění povrchu měděné folie odmaštěním a obroušením
• Zakrytí motivu plošného spoje (vodivých cest a plošek, které mají na plošném spoji zůstat) leptuvzdornou vrstvou
  • V amatérských podmínkách se k zakrytí motivu plošného spoje používají rychleschnoucí laky nanášené ručně. Existují i předem připravené přířezy základního materiálu pokryté světlocitlivou vrstvou, ale v amatérských podmínkách bývá problém s dostatečným osvitem.
  • V počátcích průmyslové výroby plošných spojů se leptuvzdorná vrstva nanášela sítotiskem. Odtud také starší název plošných spojů: "Tištěné spoje" (v angličtině se stále běžně používá výraz PCB = Printed Circuit Board)
  • Současná průmyslová výroba plošných spojů používá fotolitografické techniky
• Odleptání nepotřebné mědi (v amatérských podmínkách chloridem železitým)
• Odstranění leptuvzdorné vrstvy
• Nanesení krycích a ochranných vrstev
• Mechanické opracování desky do výsledného tvaru
  • Frézováním se zhotovují kruhové otvory o průměru větším než 6mm a nekruhové otvory a výřezy. Provádí se většinou na stejném stroji (souřadnicové vrtačce) a při stejném upnutí jako vrtání. U jednostranných plošných spojů se otvory dříve zhotovovaly vystřihováním na výstředníkových lisech. Vzhledem k nákladům na zhotovení razníku a nebezpečí poškození povrchu se od této metody upustilo.
  • Stříháním na padacích nůžkách se ostřihují rovné vnější hrany, pokud vyhovuje přesnost dosažitelná touto metodou.
  • Řezáním kotoučovou pilou se docílí přesnějšího opracování rovných hran.
  • Drážkováním se dělí desky menších rozměrů, které se mají hromadně osazovat. Princip této techniky je v proříznutí úzké drážky do spodní i horní strany desky protiběžnými kotouči. Ponechá se pouze tenká spojovací vrstva. Osazené, zapájené a někdy i oživené desky se rozlámou jako tabulka čokolády.

Běžně se pro snížení ceny kombinuje frézování složitých tvarů s některou jednodušší technologií zhotovení rovných řezů.

Související články

• Osazování plošných spojů
• Pájení vlnou

Literatura

• Šandera Josef: Návrh plošných spojů pro povrchovou montáž - SMT a SMD; nakladatelství BEN - technická literatura, 2006; ISBN 80-7300-181-0
• Záhlava Vít: Návrh a konstrukce desek plošných spojů - principy a pravidla praktického návrhu; nakladatelství BEN - technická literatura, 2010; ISBN 978-80-7300-266-4

Externí odkazy