Piirilevy
Piirilevy (engl. PCB, Printed Circuit Board[1] tai PWB, Printed Wired Board) yhdistää elektroniikkalaitteissa komponentit (erilliskomponentit, joka sisältää aktiiviset ja passiiviset komponentit) toisiinsa ilman erillisiä johtimia ja toimii samalla niiden kiinnitysalustana.[1][2][3]
Piirilevyille liitettäviä komponentteja ovat muun muassa integroidut piirit sekä toisinaan mekaaniset komponentit kuten kytkimet, muuntajat ja kaiuttimet ja niin edelleen. Piirilevyt ovat kestäviä, edullisia ja yleensä hyvin luotettavia.[4] Niiden johdotuksia on vaikeampi muuttaa kuin jo harvinaiseksi käyneitä kiertoliitoskytkentöjä (wire-wrap).
Rakenne ja valmistus muokkaa
Yleisin piirilevy on lasikuituvahvisteiseen muovilevyyn epoksiliimalla kiinnitetty kuparifolio.[5] Kytkentäkuvio muodostetaan poistamalla ylimääräinen folio kemiallisella syövytyksellä eli etsauksella. Komponentit liitetään jäljellä olevaan folioon yleensä juottamalla, joskus myös liimaamalla sähköä johtavalla liimalla [6]. Piirilevy on yleensä hapettumisen estämiseksi pinnoitettu tinalla, hopealla, kullalla tai ns. orgaanisella pinnoitteella. Varsinkin pienikokoisille pintaliitoskomponenteille tarkoitettu levy pinnoitetaan myös pinnan tasaisuuden varmistamiseksi. Nykyisin piirilevyjen valmistus tapahtuu usein automaattisilla koneilla, jotka sijoittavat ja juottavat tarvittavat komponentit piirilevyihin.[7]
Piirilevymateriaalina voidaan lähinnä erikoissovelluksissa käyttää lasikuitumuovin lisäksi myös muun muassa teflonia, alumiinia, pertinax-levyä, keraamia tai lasia. Pertinax on kauppanimike.[8]
Useita piirilevyjä voidaan laminoida päällekkäin yhteen ns. monikerroslevyjen valmistamiseksi. Tällöin jokaisessa kerroksessa on erilainen kuvio ja eri kerrokset on yhdistetty toisiinsa kuparoitujen reikien/läpivientien kautta. Läpivientien vastuksen pienentämiseksi ja muun muassa tehonkulutuksen vähentämiseksi reiät voivat olla läpikuparoituja eli täytetty kuparilla. Läpivientejä voi olla useita: läpi koko piirilevyn, kahden kerroksen välillä (joista toinen johdotus on uloimpaan kerrokseen ja keskimmäisten johdotuskerrosten välillä.
Piirilevyn eristekerrosten paksuus vaihtelee muutamasta kymmenestä mikrometristä useihin satoihin mikrometreihin, kuparikerrosten paksuus on tyypillisesti 20–100 mikrometriä, ja johdotuskerroksia voi olla 1–12, erikoistiheissä piirilevyissä jopa enemmän.
Komponentit voidaan asentaa joko piirilevyn toiselle (ns. yksipuolinen piirilevy) tai molemmille puolille (ns. kaksipuolinen piirilevy) komponenttitiheyden/toiminnallisuuden kasvattamiseksi. Tuotteen muoto- tai/ja koko voivat edellyttää kaksipuolisen piirilevyn käyttöä ja ne voivat yhdessä tuotteen toiminnallisuusvaatimusten kanssa määrittää kuinka monta piirilevyä tarvitaan tuotteen toteuttamiseen.
Kehittyneimmillä piirilevyvalmistusprosesseilla niihin voidaan jopa toteuttaa yksinkertaisia komponentteja kuten vastuksia, keloja ja kondensaattoreita, joko levyn sisään tai sen pinnalle. Yleensä tällä pyritään levyn komponenttien pakkaustiheyden kasvattamiseen ja pinta-alan maksimaaliseen hyödyntämiseen ja tavoitteena saattaa olla systeemipiirilevyn saaminen ohuemmaksi kuin erilliskomponentteja käytettäessä. Piirilevyihin upotettujen/integroitujen komponenttien suorituskykyä ja arvoja kuten kondensaattorien kapasitanssitiheyttä rajoittavat piirilevyissä käytettävät materiaalit kuten eristepaksuudet tai kustannukset. Nämä piirilevyihin upotetut komponentit kilpailevat suorituskyvyltään ja kustannuksiltaan erilliskomponenttien tai piihin tai muille puolijohdealustoille integroitujen komponenttien kanssa.
Teollisesti piirilevyn johdotuskuvio tulostetaan yleensä valopiirturilla filmille tiedostosta, jonka piirilevysuunnittelija on suunnitellut tietokoneella erityisellä piirilevyjen suunnitteluohjelmalla (CAD).[9] Filmille tulostettu johdinkuvio valotetaan piirilevyaihion valoherkällä kemikaalilla käsiteltyyn pintaan, usein UV-valolla. Teolliset työvaiheet käsittävät myös muun muassa levyyn tulevien reikien porauksen, johtavan kuparikerroksen elektrolyyttisen vahvistamisen, etsauksen ja mahdollisen pintapainatuksen esimerkiksi silkkipainomenetelmällä.
Piirilevyn voi tehdä myös kaivertamalla käsityökaluilla tai tätä tarkoitusta varten hankitulla tietokone- tai käsinohjatulla laitteistolla.[1] Yksittäiskappaleiden ja protoversioiden valmistamiseen kaiverruslaite sopii mainiosti.
Harrastelijat tekevät monesti matalaresoluutioisia piirilevyjen kuvia lasertulostimella läpinäkyville kalvoille. Yksinkertaisimmillaan johdinkuvioiden tekoon voidaan käyttää myös lakkakynää tai teippaamista, jonka jälkeen levystä syövytetään ferrikloridin[1] ja veden sekoituksella ylimääräinen kuparikerros pois ja saadaan aikaan haluttu kuvio.
Piirilevyn suunnitteluohjelmalla voi piirtää ensin kytkennän eli layoutin[1] ja osoittaa komponenteille paikat, jonka jälkeen ohjelma suunnittelee piirilevyn osittain automaattisesti tai suunnittelijaa avustaen.
Katso myös muokkaa
Lähteet muokkaa
- ↑ a b c d e Kimmo Silvonen: Elektroniikka ja sähkötekniikka, s. 21–23. Otatieto, 2018. ISBN 978-951-672-377-1.
- ↑ What Is a Printed Circuit Board (PCB)? 10.4.2020. Allaboutcircuits.com. Viitattu 27.10.2023 (englanniksi).
- ↑ Printed Circuit Board Sciencedirect.com. Viitattu 27.10.2023 (englanniksi).
- ↑ 6 Reasons Why We Choose Printed Circuit Boards 4.3.2023. Chipsmall.com. Viitattu 27.10.2023 (englanniksi).
- ↑ Printed circuit Britannica.com.
- ↑ A.S.G. Andreae, N. Itsubo, Y. Yamaguchi, A. Inaba: Conductive Adhesives vs. Solder Paste: A Comparative Life Cycle Based Screening 14th CIRP Conference on Life Cycle Engineering, Tokio, Japani s.285-290. 2007. Viitattu 6.9.2023.
- ↑ Jukka Ahoranta & Jaakko Ahoranta: Sähkötekniikan ja elektroniikan perusteet, s. 144. Helsinki: Sanoma Pro Oy, 2012. ISBN 978-952-63-0911-8.
- ↑ Elektroniikan perusteet s. 302
- ↑ Hannu Tikkanen: Printed Circuit Board Design Guide: using modern CAD systems, s. 13–17. Examples from PADS. DS-Design Systems Oy, 2004. ISBN 952-99423-0-3.
Aiheesta muualla muokkaa
Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Piirilevy Wikimedia Commonsissa
