PCB pločica
Ploča plošnih spojeva (skr. DPS, angl. printed circuit board, skr. PCB; druge nazive pogledajte ispod) je ploča sastavljena od nevodljivog materijala, na kojoj su, na osnovi šeme povezivanja određenog kola, stvoreni vodljivi spojevi koji povezuju pojedinačne elektronske komponente. Služi kao nosiva i konstrukcijska komponenta elektronskih kola sastavljena od više samostalnih elektronskih komponenti.
Nazivi
Ukupno se javljaju sledeći nazivi:
- s izrazom „plošni spoj“ u nazivu: ploča plošnih spojeva, ploča plošnog spoja, ploča s plošnim spojevima, platno plošnih spojeva, platno plošnog spoja, platno s plošnim spojevima
- s izrazom „tisani spoj“ u nazivu: ploča tisanih spojeva ploča tisanog spoja, ploča s tisanim spojevima
- s izrazom „tisani krug“ u nazivu: ploča tisanih krugova, ploča tisanog kruga, ploča s tisanim krugovima, platno s tisanim krugovima
- s izrazom „tisani plošni spoj“ u nazivu: ploča tisanih plošnih spojeva, ploča tisanog plošnog spoja, ploča s tisanim plošnim spojevima
Najčešće se, čini se, javljaju nazivi ploča plošnih spojeva i ploča s plošnim spojevima.
Vrste
DPS prema broju slojeva delimo na jednoslojne, dvoslojne (dvostranje) i višeslojne. Jednoslojne DPS su najjednostavnije, jer ne zahtevaju vodljive povezivanja između pojedinačnih slojeva. Dvoslojne DPS sadrže povezivanja na obe strane osnovnog materijala, povezivanja između njih formirana su preko probijenih rupa (tzv. via). Višeslojne DPS sadrže vodljive slojeve i unutar materijala i proizvode se spajanjem više jedno- i dvoslojnih DPS s izolacionim međuslojevima. Iako su tehnološki zahtevnije, višeslojne DPS omogućavaju jednostavniji dizajn složenih elektronskih kola i bolje karakteristike kola (npr. smanjenje smetnji).
Istorija razvoja DPS
Izumitelj ploče plošnih spojeva bio je austrijski inžinjer Paul Eisler, koji ju je napravio kao deo radioprijemnika tokom rada u Engleskoj. Oko 1943. godine, u SAD-u je započela velika upotreba ove tehnologije za proizvodnju otpornih radija korišćenih u Drugom svetskom ratu. Posle rata, 1948. godine, u SAD-u su objavili izum DPS za potrebe komercijalne upotrebe. Ploče plošnih spojeva nisu bile uobičajene u oblasti potrošačke elektronike sve do 50-ih godina 20. veka, kada je vojska Sjedinjenih Američkih Država razvila proces njihove automatske montaže. Izumu DPS prethodila je tehnika sličnog karaktera, koju je izumio britanski elektrotehnički inžinjer John Adolph Sargrove (originalno prezime Szabadi). Išlo je o metalu nanetom na bakelitnu izolacionu ploču. Uređajem koji koristi Sargrovevu tehnologiju, prvobitno nazvanim Electronic Circuit Making Equipment – ECME (prevod: uređaj za proizvodnju elektronskih kola), moglo se proizvesti 3 radija u minuti.
Konstrukcija
Vodljivi slojevi DPS standardno su izrađeni od tankog bakrenog folija (debljina nekoliko desetina μm). Izolacioni slojevi su kombinacijom laminata i epoksidne smole (obično 1,5 mm). Ploče plošnih spojeva se proizvode u tri standardne boje, to su zelena, plava i crvena. U zavisnosti od zahteva elektronskog kola, moguće je izabrati između više dielektričnih materijala s različitim izolacionim svojstvima. Primeri takvih materijala su: polytetrafluóretylén (teflon), pamučni papir s fenolom FR-2, pamučni papir s epoksidom FR-3, tkanina od staklenih vlakana s epoksidom FR-5 i staklopoliester FR-6. Najvažnija karakteristika DPS-a je toplotna širenja, koje određuje njihovu dimenzionu stabilnost. Najmanje toplotnog širenja i time najbolje karakteristike imaju DPS izrađeni na bazi staklenih vlakana.
Danas DPS sadrže i jednostavna elektronska uređaja. U masovoj proizvodnji ploča plošnih spojeva njihova cena je veoma niska, a pouzdanost je više nego zadovoljavajuća. Sam dizajn i proizvodnja DPS nije jeftina stvar, ali korišćenjem odgovarajućih tehnologija proizvođač može postići zanemarljive troškove proizvodnje u odnosu na cenu korišćenih elektronskih komponenti. DPS ima beskonačno mnogo prednosti u odnosu na konstrukcije s žilnim povezivanjima ili point-to-point konstrukcije, iako je proizvodnja DPS složena. Glavni razlog upotrebe DPS je mogućnost potpune automatizacije proizvodnje elektronskih uređaja. Za potrebe kontrole kvaliteta i montaže DPS postavljeni su standardi objavljeni organizacijom IPC.
Dizajn motiva
Motiv vodljivih traka obično se formira specijaliziranim računarskim CAD programima, na osnovi crteža električnog kola nacrtanog obično u istom programu. Motiv se zatim prenosi na transparentnu foliju koja služi kao predlog za proizvodnju DPS.
Obrada
Pri proizvodnji dvosmerne DPS ploča se prvo buši na koordinatno upravljanoj bušilici (CNC) na osnovu dizajniranog motiva, zatim se na bušene rupe nanese tanka sloj metala hemijskom putem, koji se zatim galvanski (elektrokemijski) debljavi.
Način proizvodnje vodljivih povezivanja na ploči plošnih spojeva zavisi najviše od toga da li se radi o masovnoj proizvodnji ili se koristi za konstrukciju jednog uređaja, npr. prototipa ili amaterskog proizvoda.
Prvotno možemo podeliti tehnologije proizvodnje na dve osnovne. Prva je nanos (tiskanje) vodljivih povezivanja na izolacioni sloj. Druga metoda je uklanjanje dela neprekidnog sloja tankog bakrenog folija nalepljenog na izolacioni podlogu. Danas se češće koristi druga od pomenutih metoda. Motiv traka se prenosi na DPS fotolitografskom putem: DPS se prekriva fotorezistom, izložen je UV svetlu kroz foliju s motivom, pri čemu se naravno vodi računa o preklapanju s bušenim rupama i preklapanju obe strane, fotorezist se razvija i zatim se otkriveni delovi bakrenog folija lepe. Nakon uklanjanja ostataka fotorezista, vodljive bakrene površine se prekrivaju (olovom ili zlatom) da bi se spriječila oksidacija bakra, što bi otežilo ili onemogućilo narednu montažu (sleđenje) komponenti. Zatim se nanosi i formira tzv. nesleđiva maska, koja prekriva mesta koja neće biti sleđena i sprečava pristup sleđenju na ta mesta. Na kraju DPS može biti tiskan pomoću pomoćnih tekstova i crteža koji pomažu pri montaži ploče i popravci kola.
Još jedna mogućnost za stvaranje maske je tiskanje, koje koristi otporne tinte, za zaštitu traženih vodljivih povezivanja od lepljenja. Tiskanje se može koristiti i pri metodi nanosa vodljivih povezivanja na fleksibilni izolacioni osnov, što se koristi naročito pri proizvodnji fleksibilnih DPS ili pomerljivih napajanja.
Još jedan način je fréziranje, kojim uklanjam nepotreban deo bakrenog folija nalepljenog na izolacioni podlogu. Pri ovom načinu proizvodnje nije potrebno prekrivati ploču maskom. Pomoću odgovarajućeg softvera formiramo obrazac plošnog spoja (masku) i pomoću frézirajućeg uređaja sličnog plotteru (CNC uređaj) se nepotreban bakar sistematski uklanja iz ploče.
Posebnosti
Fleksibilne DPS nemaju kao nosiva sloj fleksibilnu, već čvrstu plastičnu foliju. Često se koriste kao pomerljivo napajanje (npr. do pomerljive tiskarske glave računarske štampare) ili u prostorno ograničenim uređajima (gde se mogu oblikovati i u malom volumenu).
Za visokofrekventne i mikrotalasne uređaje DPS se proizvode iz materijala s nižim dielektričkim gubicima na visokim frekvencijama, npr. teflon ili sintetički korund (Al2O3).
U veoma jeftinim uređajima potrošačke elektronike osnovni materijal je obično laminat koji sadrži papir umesto staklene tkanine, koristi se isključivo za jednostrane DPS.