מעגל מודפס

מעגל מודפס (באנגלית: Printed Circuit Board, PCB) הוא לוח שעליו מונחים רכיבים אלקטרוניים והחיבורים ביניהם נעשים על ידי פסי נחושת מודפסים. "מוליך" הוא חומר שמעביר חשמל; במעגל מודפס משתמשים בפסי נחושת כדי ליצור את הדרך שהחשמל נע.

מעגלים מודפסים הוצגו כדי להחליף חיבור בחוטים שהיה ידני, מסורבל ויקר. הם זולים בדרך כלל ואמינים, וכיום כמעט כל מערכת אלקטרונית משתמשת בהם.

המהנדס פאול אייזלר (1907, 1995) המציא את הרעיון ועשה מעגל כזה כבר ב-1941. במהלך מלחמת העולם השנייה בארצות הברית השתמשו בטכנולוגיה כדי לייצר חיישני קירבה (לעתים לפיצוץ פצצות מעופפות). ב-1948 הושלמה השקתו לשימוש מסחרי, והוא הפך נפוץ בציבור אחרי שנות ה-50 עם פיתוח הרכבה אוטומטית.

לוח מעגל מודפס בנוי ממצע מבודד (לא מוליך), כמו פיברגלס, שמצופה בגיליון נחושת. חלקי הנחושת שנשארים לאחר עיבוד יוצרים "עקבות", החיבורים בין הרכיבים. כשמרכיבים משתמשים ברכיבים בעלי רגליים עומדות, מחדירים את הרגליים דרך קדחים בלוח ומלחמים אותן. טכנולוגיית השמת משטח (SMT) מאפשרת גם להרכיב רכיבים ישירות על פני השטח וכך לחבר חלקים משני צידי הלוח.

התהליך הבסיסי כולל שלבים עיקריים: תכנון במערכת CAD; הדפסת התוכנית על שקף; חיתוך הלוח המצופה נחושת; העברת הדפוס בליטוגרפיה באמצעות אור אולטרה-סגול; הסרת נחושת בלתי רצויה בתהליך חריטה (אתצ'ינג); קידוח חורים לפי הרכיבים; הדפסת משי לסימון הרכיבים; ציפוי מגן; והרכבה והלחמה אוטומטית של הרכיבים.

הדפס המשי הוא צבע או סימון על הלוח שמראה איפה להניח רכיבים. הוא לא משפיע על פעולת המעגל, אבל מקל על ההרכבה, על בקרת האיכות ועל התיקון. למשל, הסימון C132 ליד סימן + מצביע על קבל אלקטרוליטי (קבל הוא רכיב ששומר מטען חשמלי) ומראה איזו רגל היא החיובית.

מעגלים מודפסים יכולים להיות רב־שכבתיים, כלומר עם יותר משכבה אחת של נחושת. הלוח הבסיסי ביותר דו־שכבתי ומכיל מוליכים משני צידי הלוח. SMT אפשרה להרכיב חלקים משני הצדדים בקלות רבה יותר.

נקודת ההלחמה של רכיב נקראת פד (Pad). יש סוגים שונים של פדים לפי צורת ההלחמה. קדחים שמחברים בין שכבות נקראים ויאס (vias). קדח קטן מאוד, עם קוטר פחות מ-0.1 מ"מ, נקרא מיקרוביה (Microvia) ומשמש לחיבור בין שתי שכבות צמודות.

מעגל מודפס מיועד להרכיב בו רכיבים אלקטרוניים שונים. הנפוצים ביותר: נגדים (R), קבלים (C), סלילים (L), שבבים/מיקרו-מעבדים (IC), דיודות ו-LED, טרנזיסטורים ושנאים. הדפס המשי מסמן את המיקום והכיוון של כל רכיב.

מעגל מודפס (PCB) הוא לוח שבו יש פסי נחושת שמחברים בין חלקים אלקטרוניים. "מוליך" הוא חומר שמוביל חשמל.

המעגל המודפס החליף חיבור בחוטים שהיה מסורבל. הוא זול ואמין, וכמעט כל מכשיר אלקטרוני משתמש בו.

המהנדס פאול אייזלר המציא מעגל מודפס והכין אחד ב-1941. בטכנולוגיה זו השתמשו במלחמת העולם השנייה. ב-1948 היא נפתחה לשימוש מסחרי. בשנות ה-50 היא הפכה נפוצה אחרי שפיתחו הרכבה במכונות.

הלוח הוא מצע מבודד עם שכבת נחושת דקה. אחרי שעושים עיצוב, מסירים חלק מהנחושת ונשארים רק הפסילים שמחברים בין הרכיבים. יש חורים בשביל רגלי הרכיבים. יש גם רכיבים שמודבקים על פני השטח.

כמה שלבים עיקריים: מתכננים במחשב, מדפיסים דוגמה על שקף, מעבירים את הדוגמה ללוח בעזרת אור, מסירים נחושת מיותרת, מקדחים חורים, מדביקים סימנים, מצפים ומלחמים את הרכיבים על הלוח.

הדפס המשי מראה איפה לשים כל חלק. הוא מציין גם סימנים כמו R עבור נגדים ו-C עבור קבלים. סימון + ליד C מראה איזו רגל היא החיובית. קבל הוא חלק ששומר מטען חשמלי.

יש לוחות עם מספר שכבות נחושת. הלוח הפשוט ביותר הוא דו-שכבתי, עם נחושת משני הצדדים.

פד הוא המקום שבו מחברים את הרכיב באמצעות הלחמה. קדחים מחברים בין השכבות. קדח קטן מאוד נקרא מיקרוביה.

בראשם נמצאים נגדים, קבלים, שבבים (IC), דיודות, נורות LED וטרנזיסטורים. אלה החלקים שמרכיבים את המכשיר.