Trükkplaat: erinevus redaktsioonide vahel

'''Trükkplaat''' on [[elektroonika]]s kasutatav montaažiplaat, millele on võimalik paigaldada [[elektroonikakomponendid]] ja need elektriliselt ühendada. Tihti kasutatakse trükkplaadi tähistamiseks ka ingliskeelseid lühendeid '''PCB''' (''printed circuit board'') või '''PWB''' (''printed wiring board'').

Tänapäeval valmistatakse trükkplaadi alus kokkuliimitud [[klaasfiiber|klaasfiibri]]lehtedest, harvemharvemini kasutatakse [[tekstoliit]]i ja [[getinaks]]i. Alusele on peale kantud õhuke [[vask|vasekiht]] ([[foolium]]).

Austria insener [[Paul Eisler]] leiutas 1936. aastal meetodi, mille abil kiirelt trükkplaate valmistada. 1943. aastal hakkas [[USA]] kasutama seda sama meetodit, et toota [[Teine maailmasõda|Teises maailmasõjas]] [[Rakett|rakettidele]] suures mahus elektroonikat, mis annaks detonaatorile teada, kui sihtmärk on piisavalt lähedal .<ref>Charles A. Harper, ''Electronic materials and processes handbook'', Mc Graw-Hill,2003 ISBN 0-07-140214-4, pages 7.3 and 7.4</ref>. 1948. aastal hakkas USA kasutama sama tehnoloogiat ka kommertstoodetes, kuid trükkplaatide laiemaltlaialdasem kasutusele võtminekasutuselevõtt sai alguse alles 1950ndate1950. aastate keskpaigas.

Enne trükkplaatide leiutamist ningja tükk aega pärast seda oli kasutusel ka ''point-to-point'' (punktist punkti) kooste kasutamine. Prototüüpide valmistamisel ningja väikesemahuliste tootmisliinidel kasutati ka ''wire wrapp'' või ''turret''-plaadi meetodit.

Algusaastatel olid kõikidel elektroonikakomponentidel ühendamiseks kaks või rohkem väljaviiku ehk jalga ja selleks, et neid trükkplaadile asetada, tuli plaati puurida iga viigu jaoks auk. Komponentide jalad lükati august läbi ningja joodeti [[Tina|tinaga]] kinni. Viimane lõi ühtlasi ka ühenduse augu juures oleva signaalirajaga. Selliseid komponente kutsutakse läbilaotuvateks komponentideks.

Alates 1980ndatest1980. aastatest hakati kasutama pindmontaaži tehnoloogiatpindmontaažitehnoloogiat, mis tähendas, et komponentidel ei olnud enam jalgu, mis pidipidid minema läbi trükkplaadis olevate aukude. Komponendid joodeti otse plaadi pinnale. Tänu sellele tehnoloogiale muutusid trükkplaadid oluliselt väiksemateksväiksemaks ja tootmiskulud vähenesid.

[[Image:PCB design and realisation smt and through hole.png|thumb|250px|Trükkplaadi disain arvutis (vasakul) ja disaini realiseeritud komponentidega plaat (paremal). Trükkplaat on kahepoolne, kasutatud on nii läbiaukmontaažläbiaukmontaaži- kui ka pindmontaažkomponentepindmontaažikomponente ning plaat on kaetud rohelise jootemaskiga.]]

Trükkplaadi juhtivad kihid on tavaliselt tehtud vaskfooliumist. Trükkplaadid on tüüpiliselt kaetud [[Jootemask|jootemaskiga]]. Jootemaski eesmärgiks on kaitsta trükkplaati jootmise eest nendes kohtades, kus seda ei soovita. Jootemaske on võimalik tavaliselt saada rohelise-, sinise-, musta-, valge- ja punasevärvilisi. Isoleerivad dielektrikutest kihid on tavaliselt lamineeritud kokku [[Epoksüvaigud|epoksüvaiguga]] töödeldud vahematerjalidega. Trükkplaadi isoleerivat kihti valmistatakse üsna erinevatest dielektrikutest (vastavalt sellele, millised isolatsiooni kriteeriumidisolatsioonikriteeriumid plaadile kehtivad). Mõned neist on:

* [[Polütetrafluoroetüleen|Polütetrafluoroetüleenpolütetrafluoroetüleen (Teflonteflon)]],

Trükkplaaditööstuses laialdaselt kasutatavad epoksüvaiguga töödeldud vahematerjalid dielektrikute kokku liimimisekskokkuliimimiseks on:

*Fotoilmutuse meetodit kasutatakse siis, kui elektriskeemis on väga peenikesed signaalirajad, mida siiditükiga ei ole võimalik saavutada.

====Väikesemahuline tootmineVäiketootmine====

====Vase eemaldamismeetodVaseeemaldusmeetod====

Vase eemaldamismeetodVaseeemaldusmeetod seisneb selles, et eemaldatakse eelnevalt täielikult vasega kaetud trükkplaadilt ebavajalik vask:

# FotoilmutuseFotoilmutusmeetod meetod - Prinditakse– läbipaistvale kilele trükitakse soovitud skeemi rajad ning kasutatakse seda šabloonina [[fotomask]]iga trükkplaadi toorikul [[Ultraviolettkiirgus|UV]]-lambi all, et blokeerida vastavates kohtades UV-kiirgust. Fotomask on kiht, mis kaitseb selle all olevat vaske söövitamise eest. Kui fotomaski kiiritada UV-kiirgusega, kaotab ta oma kaitsva toime. Seejärel eemaldatakse kile. Söövitamisel kaitseb vaske fotomaski see osa, mis ei saanud UV-kiirgust. Ülejäänud vask söövitatakse. Pärast söövitamist puhastatakse ka allesjäänud rajad fotomaski kihist, mis kaitses neid söövitamise ajal.

# CNC freesimine -– Trükkplaattrükkplaat pannakse arvuti juhitud (CNC) kahe või kolme teljega freespingi alla ning pisikese freesiga eemaldatakse ebavajalik vask, jättes alles ainult soovitud rajad.

====Vase kasvatamismeetodVasekasvatusmeetod====

Vase kasvatamismeetodVasekasvatusmeetod seisneb põhimõtteliselt sellelselles, et vastupidiselt eemaldamismeetodile on trükkplaat algselt vasest täiesti tühi ning protsessi käigus hakatakse vaske soovitud kohtadesse ladestama ja kasvatama.

Algselt on trükkplaat kaetud fototundliku maskiga, mis ilmutatakse nii, et sinna, kuhu lõpuks vaske soovitakse, kiiratakse valgust ja vastupidi. Pärast seda kastetakse plaat lahusesse, mis tavaliselt sisaldab [[pallaadium]]i ja muid sarnaseid aineid, mis aitavad siduda metallioone. Seejärel kantakse plaadile vask ja eemaldatakse ilmutamisel kasutatud vask, pärast midamisjärel ongi trükkplaat valmis.

Kõige levinum on aga "pooleldi kasvatav" meetod, kus enne protsessi algust on trükkplaadil juba õhuke vase kihtvasekiht peal. Sarnaselt eelmise meetodiga kaetakse plaat nii, et kinni on kaetud kõik peale nende alade, kuhu lõpuks tulevad rajad ehk vask. Siis ladestatakse plaadile veel vaske, mis seob ennastend plaadil juba oleva õhukese vasekihiga. Seejärel lisatakse plaadil olevatele jooteväljadele tina. Nüüd eemaldatakse plaati kattev mask ningja plaat pannakse senikauaks söövitavasse lahusesse seniks, kuni plaadilt on kadunud seal algselt olnud õhuke vase kihtvasekiht nendest kohtadest, kuhu vaske juurde ei ladestatud.

Vase kasvatamismeetoditVasekasvatusmeetodit kastutatakse tavaliselt mitmekihiliste trükkplaatide valmistamisel.

Keemilisel söövitamisel kasutatakse tavaliselt (NH₄)₂S₂O₈ (ammooniumpersulfaat) või FeCl₃ (raud(III)kloriid). Pärast aukude puurimist ladestatakse augu seintele [[Elektrolüüs|elektrolüüsi]] käigus vase kihtvasekiht, mis kaetakse tinaga.

Kõige levinum keemilise söövitamise meetod on plaadi lahusesse kastmine. Võrreldes masstoodangu meetoditega on söövitamine aeganõudev protsess. Et kiirendadasöövitusprotsessi söövitamisprotsessikiirendada, võib lahust soojendada ja segada.<ref>R. S. Khandpur,''Printed circuit boards: design, fabrication, assembly and testing'', Tata-McGraw Hill, 2005 ISBN 0-07-058814-7, pages 373-378</ref>

SöövitamisprotsessiSöövitusprotsessi käigus toimeaine kontsentratsioon väheneb, mistõttu protsessi efektiivsus väheneb aja möödudes väheneb.

EsimesedEsimeste trükkplaadidtrükkplaatide kasutasidpuhul kasutati [[Läbiaukmontaaž|läbiaukmontaažläbiaukmontaaži]]tehnoloogiat. Komponendid laotati plaadile nii, et nende jalad läksid läbi plaadis olevate aukude, ning joodeti siis teisel pool plaati vasest raja ja plaadi külge kinni. Sellised plaadid võisid olla kas ühepoolsed, kus komponendid olid plaadi ühel pool ningja rajad teisel pool, või kahepoolsed, mis olid kompaktsemad ning nii komponendid kui ka rajad olid plaadi mõlemal pool. Kahe jalaga komponentide (nt. takisti) paigaldamine käib nii, et painutatakse jalad painutatakse 90 kraadi samale poole, pistetakse plaadis olevatest aukudest läbi ning mehaanilise tugevuse suurendamiseks painutatakse mõlemad jalad 90 kraadi vastas suunas, et suurendada mehaanilist tugevustvastassuunas. Seejärel joodetakse jalad plaadi külge kinni ning lõigatakseja pikaks jäänud jalad lühikesekslõigatakse parajaks. Jootmine käib kas käsitsi või automatiseeritult masinas. <ref>''Electronic Packaging:Solder Mounting Technlogies'' in K.H. Buschow et al (ed), ''Encyclopedia of Materials:Science and Technology'', Elsevier, 2001 ISBN 0-08-043152-6, pages 2708-2709</ref>

Läbiaukmontaaž asendas peaaegu täielikult sellised varem kasutuseskasutusel olnud elektroonika tehnoloogiadelektroonikatehnoloogiad nagu näiteks [[šassiimontaaž|šassiimontaaži]] (''point-to-point''). Alates 1950ndatest kuni1950.–1980. 1980ndateniaastatel, mil kogus populaarsust [[pindmontaaž]], olid kõik komponendid tavalises elektroonikas läbiaukmontaaži komponendid.

Läbiaukmontaaži kasutamine on kallis, sest see eeldab mitmete aukude täpselttäpset puurimist. Augud omakorda piiravad (mitmekihilistel plaatidel kõikidel kihtidel) ala, mida saaks kasutada radade vedamiseks, sest auk läbib ningja ühendab kõiki kihte. Kui hakati kasutama pindmontaažtehnoloogiatpindmontaaži, üritati võimalikult palju komponente plaadil asendada pindmontaažkomponentidegapindmontaažikomponentidega, jättes läbiaukmontaažkomponentideksläbiaukmontaažikomponentideks ainult sellised, millel olid mehaanilised või elektrilised piirangud.

Pindmontaaži jaoks arendatitöötati tavaliste läbiaugukomponentide asemele välja pindjoodetavate kontaktidega komponendid. Need uued pindjoodetavad komponendid olid odavamad ja ligi kümme korda väiksemad kui vanad läbiaugukomponendid. KuigiSamas on mõned jalgadega passiivkomponendid on odavamad kui sama eesmärgiga pindjoodetavad komponendid nende pooljuhtmaterjali tõttu. Tänu selle sai võimalikuks luua mõõtmetelt oluliselt väiksemaid trükkplaate tihedama radade võrgustikuga. Pindmontaaž võimaldab kõrget automatiseerimistasetautomatiseerimisastet, vähendades tööjõu kulutööjõukulu ja suurendades tootlikkust.