Nyomtatott ´ aramk¨ or¨ ok kialak´ıt´ asa

Modern elektronikai kapcsol´asokat nyomtatott ´aramk¨or¨ok¨on val´os´ıtanak meg. Egy kap-csol´ast ´erdemes lehet ideiglenes kialk´ıt´asban kipr´ob´alni, erre j´o p´elda lesz a laborgyakorla-ton egyes m´er´esekhez haszn´alhat´o igen flexibilis rendszer. Ezzel szemben a t´enyleges m˝ u-k¨od´es, k¨ul¨on¨osen nagy sebess´egeken (1MHz f¨ol¨ott), nyomtatott ´aramk¨or¨okkel (NY´AK) val´osul meg. Angolul kev´esb´e hangzik viccesen a r¨ovid´ıt´es, printed circuit board (PCB) n´even emlegetik.

5.2.1. Nyomtatott ´ aramk¨ or¨ ok gy´ art´ asa

A nyomtatott ´aramk¨ori lapra forraszt´assal ker¨ulnek fel az alkatr´eszek. A lap maga nem m´as, mint egy szigetel˝o fel¨uleten fut´o r´ezvezet´ek h´al´ozat. A forraszt´as mechanikailag is r¨ogz´ıti az alkatr´esz vezet´ek´et a f´emvezet´ekhez, ´ıgy az elektronikus kapcsolat mellett az

´aramk¨or egy mechanikai strukt´ur´at is kap.

A szigetel˝o lap a NY´AK kialak´ıt´asa el˝ott teljesen r´ezzel bor´ıtott, amin fotografikus elj´ar´assal k´emiai v´ed˝or´eteget alak´ıtanak ki a k´ıv´ant ´aramk¨ori rajznak megfelel˝oen. Az optikai elj´ar´as l´enyege, hogy a kezdetben egyenletesen felvitt v´ed˝or´eteg f´enyre ´erz´ekeny:

ahol f´eny (tipiksuan k¨ozeli UV) ´eri, ott k¨onnyen oldhat´ov´a v´alik. A v´ed˝or´eteg leold´asa ut´an megmarad a rajzolat, azaz v´ed˝or´eteg megmarad ott ahol a vezet´ekek lesznek. A r´ez vezet˝oanyagot ezut´an ´ujabb l´ep´esben lemaratj´ak, jellemz˝oen s´osav ´es peroxid alap´u old´oszerrel, ott ahol a v´ed˝or´eteg szabadon hagyta, ez´altal alakul ki a fizikai vezet´

ekraj-zolat. A v´ed˝or´eteget az utols´o l´ep´esek sor´an elt´avol´ıtj´ak, hogy a r´ezfel¨ulet forraszthat´o legyen.

A modern NY´AK lapokra a f´em huzaloz´asi r´etegen fel¨ul tov´abbi r´etegek ker¨ulhetnek.

Az aranyoz´assal a korr´ori´o´all´os´ag n¨ovelhet˝o, k¨ul¨on¨osen bonthat´o ´erintkez´est biztos´ıt´o fel¨uletekn´el. Felker¨ulhet forraszt´ast k¨onny´ıt˝o r´eteg a megfelel˝o helyeken, illetve olyan h˝o´all´o lakk- vagy fest´ekr´eteg is, ami ´eppen a forraszt´as hib´ait´ol v´edi a v´ekony, egym´ashoz k¨ozel fut´o cs´ıkokb´ol ´all´o vezet˝or´eteget.

Az ´aramk¨or¨on furatokat is ki kell alak´ıtani: egyr´eszt gyakran ebbe vezet´ekeket lehet dugni, ´es a forraszt´assal nagyon j´o mechanikai stabilit´ast el´erni. M´asr´eszt, a furat fala elektromosan vezet˝ov´e tehet˝o, ez´altal a lap k´et oldala k¨oz¨ott kapcsolatot lehet teremteni.

A modern ´aramk¨ori lapok nem csak egy- vagy k´etr´eteg˝uek: jelenleg m´ar standard az a technol´ogia, ahol 16, vagy ak´ar 48 (!) k¨ul¨onb¨oz˝o rajzolat´u r´eteget ragasztanak egym´asra v´ekony lapokb´ol, ´es ezek tetsz˝olegesen v´alaszthat´o kapcsolatban lehetnek a furatokon kereszt¨ul (b´armelyik r´eteg b´armelyik m´asikkal). Ennek lehet˝os´eg´et a 5.3 ´abra illusztr´alja.

5.3. ´abra. T¨obb r´eteg˝u NY´AK lap keresztmetszet´enek v´azlata. A furatok bel¨ulr˝ol f´ eme-zettek, ´es tetsz˝oleges r´etegek vezet´ekeit (vastag piros vonalak) k¨othetik ¨ossze. A fel¨uleten fut´o vezet´ekekhez forrasztani lehet, de futhatnak vezet´ekek a r´etegek k¨oz¨ott is

Nyomtatott ´aramk¨or¨ok gy´art´as´ara speci´alisan szakosodott c´egek vannak, emiatt a h´ a-zilagos jelleg˝u NY´AK-k´esz´ıt´es h´att´erbeszorult. Jellemz˝oen megb´ızhat´o, kiv´al´o min˝os´eg˝u NY´AK-lapokat lehet gy´artatni n´eh´any napos hat´arid˝ovel, 30-100 Ft-os n´egyzetcentim´ e-terenk´enti ´aron.

5.2.2. Furat- ´ es fel¨ uletszerelt alkatr´ eszek

Az el˝oz˝o fejezetekben eml´ıt´esre ker¨ult, hogy k´et t´ıpusa van az ´aramk¨ori alkatr´eszek fizikai kivitelez´es´enek. Egyik a klasszikus megold´as, ahol van k´et vagy h´arom kivezet´es, ´es mint dr´otot bele kell dugni a NY´AK-lap megfelel˝o furat´aba, a t´uloldalon pedig leforrasztani.

Ezt furatszerelt (through-hole) alkatr´esznek nevezik, ´es a5.4 ´abra bal oldala szeml´elteti.

5.4. ´abra. Furat- ´es fel¨uletszerelt alkatr´eszek forraszt´asos r¨ogz´ıt´ese a nyomtatott ´aramk¨ori lapra

Modern rendszerekben (el´eg egy sz´am´ıt´og´ep alaplapj´ara pillantani) egy olyan tech-nol´ogia lett uralkod´o, amivel drasztikusan lehet cs¨okkenteni az alkatr´eszek helyig´eny´et:

ez a fel¨uletszerelt (surface mount, SMD) elrendez´es. A 5.4 ´abra jobb oldala mutatja a megold´as l´enyeg´et. Az alkatr´esz egy kis m´eret˝u t´eglatest (egy tipikus m´eret a 0,5 x 1,5 x 2 mm), aminek t´avolabbi lapjai f´emezettek. Ezt az ´aramk¨ori lapra helyezik, ´es mindk´et oldal´at leforrasztj´ak, az ´aramk¨ori lapon megfelel˝oen kialak´ıtott fel¨uletre. Ezt v´azlatosan a 5.4 ´abra jobb oldala mutatja.

Forraszt´ashoz 250-300 ^oC k¨or¨uli olvad´aspont´u, r´ez- ´es aranyfel¨uletet folyad´ekk´ent j´ol nedves´ıt˝o f´em¨otv¨ozetet haszn´alnak, ami ´altal t´enyleges f´emes kapcsolat alakul ki az ´aramk¨ori lapon fut´o vezet´ekcs´ık ´es az alkatr´esz kivezet´ese k¨oz¨ott. SMD esetben a k´ezi forraszt´as t¨obb gyakorl´ast ig´enyel, de m´egis jelent˝osen gyorsabb mint a furatsze-relt alkatr´eszekn´el – ez is egy el˝onye az el˝obbi technol´ogi´anak. Modern rendszerekben a furatszerelt alkatr´eszeknek akkor van l´etjogosults´aga, ha m´eret¨uk mindenk´eppen nagy kell legyen: ilyen a nagy h˝oteljes´ıtm´enyt lead´o ellen´all´as, nagy ´ert´ek˝u kondenz´ator vagy tekercs.

5.2.3. Nagysebess´ eg˝ u ´ aramk¨ or¨ ok szempontjai

Nagysebess´eg˝u ´aramk¨or¨ok megval´os´ıt´asa azon m´ulik, hogy a Kirchoff-t¨orv´enyek ´erv´ e-nyess´eg´enek felt´eteleit min´el jobban teljes´ıteni lehessen. A kis m´eret, a gyors jeleket viv˝o r¨ovid vezet´ekek mindenk´epp seg´ıtenek. A f¨oldel´es k¨ul¨on¨osen fontos: nagyon gyakran a t¨obb r´eteg˝u ´aramk¨ori lap k¨uls˝o fel¨uletei nagy r´eszben f¨oldeltek (nulla potenci´alon van-nak), ´es a k¨ozb¨uls˝o r´etegekben futnak a jeleket vezet˝o f´emcs´ıkok: ez´altal a r´adi´osug´arz´as cs¨okkenthet˝o.

Az olyan vezet´ekek, amik nem visznek gyors jeleket, de m´egsincsenek nulla

potenci-´

alon, hasznos ha nagy kapacit´as´u kondenz´atorral a f¨oldre vannak k¨otve. P´elda erre a t´apfesz¨ults´eg vezet´eke. Ez´altal a rajtuk induk´al´od´o jelek fesz¨ults´ege cs¨okken, ´es cs¨okken az egym´ast´ol t´avoli fokozatok k¨oz¨otti csatol´as. Egy ¨osszetett ´aramk¨orben minden ´ aram-k¨ori egys´eghez tartozik egy-egy j´o min˝os´eg˝u ilyen sz˝ur˝okondenz´ator, a lehet˝o legr¨ovidebb

vezet´ekkel az ´aramk¨ori null´ara k¨otve.

Modern nyomtatott ´aramk¨or¨ok gond n´elk¨ul ¨uzemeltethet˝ok a 10-100MHz tartom´ any-ban, megfelel˝o kivitelez´essel. Az 1GHz tartom´anya (ez 1ns-os tipikus jelv´altoz´asi sebes-s´egnek felel meg, azaz 30cm-es hull´amhossznak!) m´ar kifejezett gondoss´agot, gyakran protot´ıpusok k´esz´ıt´es´et, vagy ak´ar a Kirchoff-t¨orv´enyek korrekci´oinak figyelembev´etel´et is ig´enyli. Tipikusan a 10GHz feletti fekvenciatartom´any m´ar nem kezelhet˝o klasszi-kus ´aramk¨ori kapcsol´asokkal, azaz itt m´ar nincs ´ertelme klasszikus kapcsol´asi rajzokr´ol besz´elni. Ezt nem is r´adi´o-, hanem mikrohull´am´u tartom´anynak nevezik az elektro-m´agneses spektrumban. Mikrohull´amot gyakran ´erdemesebb prec´ız geometri´aj´u cs˝oben vezetni, mint vezet´eken.

Erdemes belegondolni, hogy a modern sz´´ am´ıt´og´epes rendszerekben milyen technikai kih´ıv´ast jelent a (jelen jegyzet ´ır´asakor, 2013-ban) el´ert 3GHz-es tipikus jelsebess´eg (´ ora-jel). A f´eny sebess´eg´evel terjedve a jel c/3GHz=10cm t´avols´agban m´ar nagyon jelent˝os v´altoz´ast, k´es´est szenved, ´es ezeket a teljes rendszer szempontj´ab´ol minden r´eszlet´eben, minden egyes vezet´ekn´el figyelembe kell venni.