Johdantoa valmistukseen

Elektroniikan valmistustekniikan perusteita

Katsaus elektroniikan valmistus- ja komponenttitekniikkaan

Piirilevy

Piirilevy toimii elektroniikan piirikytkentöjen rakennusalustana. Piirilevyn tarkoitus lyhyesti on:

tarjota mekaaninen runko komponenttien kiinnittämiseen
suorittaa piirien välinen johtava yhteys, johdotus
eristää sähköisesti piirien välillä

Piirilevyn runkomateriaali on eristettä, yleensä lasikuitua, epoksikyllästettyä paperia halpalaitteissa tai erikoisempaa materiaalia kuten teflonia (suurtaajuuslevyt radiotekniikassa) tai keraamista materiaalia. Johdotus piirilevyllä tapahtuu ohutta kupariliuskaa pitkin. Kuparikerroksen paksuus on tyypillisesti 20...40...100mm.

Piirilevy valmistetaan aihiosta, jossa piirilevyrungon, tyypillisesti. lasikuitu, päällä on ohut kuparikerros. Valmistuksessa ylimääräinen kuparikerros yleensä syövytetään pois suunnittelijalta saadun mallin mukaisesti, jonka jälkeen jäljelle jää kupariliuskoista muodostuva johdotus. Yksittäiskappaleet, kuten prototyypit, voidaan valmistaa kaivertamalla kuparikerrosta mekaanisesti.

Piirilevyt voidaan jakaa:

Yksikerroslevyihin - kuparijohtimet vain yhdellä puolella
Kaksikerroslevyihin - kuparijohtimet levyn kummallakin puolella
Monikerroslevyihin - kuparijohtimet useassa kerroksessa levyn eri tasoissa

Yksi- ja kaksikerroksiset piirilevyt ovat nykypäivän elektroniikkavalmistuksessa jo harvinaisia ja soveltuvat vain yksinkertaisten kulutuselektroniikkalaitteiden piirilevyiksi. Tiheämmin komponentteja sisältävät levyt ovat tyypillisesti 4...6...8...-kerroksisia: johdotustasoja on siis useampia. Monikerroksiset piirilevyt valmistetaan laminoimalla päällekkäin ohuita kaksikerrospiirilevyjä ja yhdistämällä halutut kohdat läpivienneillä.

Läpiviennit useakerroksisissa levyissä

Seuraavassa kuvassa on esitetty periaatteellisella tasolla erilaisia läpivientimahdollisuuksia (via), joilla yhdistetään eri kerroksien johdotuksia toisiinsa. Esimerkkinä on piirilevy, jossa kahdeksan johdotuskerrosta.

Läpileikkaus kahdeksankerroksisesta piirilevyssä, jossa erilaisia yhdistyksiä eri kerroksien välillä.

Yksityiskohtia piirilevyn pinnalta:


Kalustamaton piirilevy	Yksityiskohta pintaliitoskomponenteilla kalustetusta piirilevystä

Piirilevyn suunnittelu

Piirilevyn suunnitteluun käytetään nykypäivänä CAD-ohjelmistoja, jotka mahdollistavat nykyisin myös toiminnallisen simulaation (laskennallinen jäljittely sähköisestä toiminnasta). Simuloinnilla voidaan testata piirin toimintaa ennen sen valmistamista. Simulointi ei tietenkään ole pakollista tai aina edes mahdollista. Piirilevyohjelmistot sisältävät paljon automatisoituja toimintoja ja yksinkertaisimmat levyt voi jättää jopa kokonaan ohjelmiston suunniteltavaksi. Reititys onnistuu siis periaatteessa "nappia painamalla". Piirilevyohjelmistosta voidaan tämän jälkeen lähettää suunnittelutiedosto sähköisesti suoraan piirilevyvalmistajalle. Tämän jälkeen levy voidaan valmistaa.