מעגל מודפס

דוגמה למעגל מודפס

מעגל מודפס (באנגלית: Printed Circuit Board, בראשי תיבות: PCB) הוא לוח שעליו מונחים רכיבים אלקטרוניים היוצרים מעגל חשמלי. החיבור בין הרכיבים נעשה ללא חוטי חשמל. את מקומם תופסים פסי נחושת שהודפסו על הלוח, שהוא מצע שאינו מוליך. מעגלים מודפסים אינם יקרים, ובדרך כלל מאד אמינים.

המעגל המודפס בא להחליף שיטה ישנה לחיבור בין רכיבים אלקטרוניים באמצעות חוטים, שיטה ידנית שהייתה מסורבלת, יקרה ואיטית. כיום כמעט כל מערכת אלקטרונית מכילה מעגל מודפס בטכנולוגיה כלשהי.

היסטוריה

ממציא המעגל המודפס היה מהנדס יהודי-אוסטרי בשם פאול אייזלר (1907–1995), שנאלץ לברוח לאנגליה ב-1936. אשר במשך עבודתו באנגליה יצר מעגל אחד כזה ב-1941 כחלק מסט רדיו. בסביבות 1943 החלו להשתמש בטכנולוגיה הזו בארצות הברית בצורה רחבה על מנת לייצר חיישן-קירבה לפיצוץ פצצות מעופפות של הגרמנים במלחמת העולם השנייה.

לאחר המלחמה, בשנת 1948, שחררה ארצות הברית את ההמצאה לשימוש מסחרי. מעגלים מודפסים נעשו נפוצים בשימוש אזרחי אחרי אמצע שנות ה-50, לאחר תהליך ההרכבה האוטומטי אשר פותח בידי צבא ארצות הברית.

מבנה

מעגל חשמלי פשוט על כרטיס: כאשר מעגל חשמלי מכיל רכיבים רבים, הוא מסובך לבניה ולבקרת איכות. על כן בבניית מכשיר חשמלי ניתן לפרוס את רכיבי המעגל החשמלי על צידו האחד של לוח מבודד (צד הרכיבים), במקומות שסומנו להם מראש, ולחבר את הרכיבים בחוטים מוליכים. המעגל הופך אפילו פשוט יותר לבניה ולבקרה כאשר החוטים מצויים מצידו השני של הכרטיס וחלקי הרכיבים המולחמים אליהם מגיעים לצד זה של הכרטיס דרך חורים (צד ההלחמות).

מעגל מודפס: כאשר מחליפים את מרבית החוטים המוליכים בהדפסה של חומר מוליך על הכרטיס המבודד עצמו מקבלים מעגל מודפס. המעגל המודפס הפשוט ביותר כולל משטח מבודד כמו פיברגלס שאליו מוצמד גיליון נחושת לקראת הדפסה.

מעגל מודפס מודרני מיוצר בתהליך שבו מורידים משכבת הנחושת חומר כך שנשארים רק עקבות המוליכים המחברים בין הרכיבים האלקטרוניים. בנוסף, כאשר המעגל מכיל רכיבים בעלי "רגליים" מאונכות למעגל, המעגל יכיל קדחים שלתוכם יש להכניס את רגלי הרכיבים ולהלחים אותם.

הדפס משי

המעגל המודפס לא חייב להכיל הדפס משי. הדפס המשי אינו קשור להדפס המוליך ההכרחי לפעולת המעגל. הדפס המשי על המעגל המודפס מסמן למי שמרכיב אותו, למי שמבקר את איכותו ולמי שמתקן איזה רכיב אמור להתחבר אל המעגל בכל נקודה ונקודה בו. לרכיבים השונים יש סימנים שונים המופיעים בהדפס המשי. למשל, הסימן C132 ליד סימן של עיגול שבאחד מקצותיו מופיע סימן + מורה שבשטח המעגל יש לחבר את הקבל האלקטרוליטי שמספרו הסידורי הוא 132 ואת רגלו החיובית של הקבל יש לחבר ליד סימן הפלוס.

שכבות

מעגלים מודפסים כיום הם "רב- שכבתיים", כלומר מכילים יותר משכבה אחת של נחושת. המעגל הבסיסי ביותר הוא דו-שכבתי ומכיל מוליכים משני צידי הלוח. נהוג לכנות את הצד עליו מונחים הרכיבים Component Side והצד שהיה נהוג לחבר את רגלי המוליכים Print Side. כיום ניתן לחבר רכיבים משני צידי הלוח על ידי שימוש ברכיבים בטכנולוגיית השמה משטחית (SMT).

פדי חיבור וקדחי חיבור

קדחים ופדים במעגל מודפס, לפני שהורכבו בו הרכיבים

נקודת החיבור של הרכיב במעגל המודפס קרויה פד (Pad). מבחינים בין שני סוגי פדים:

• פד עם קדח (Through Hole) נועד לרכיבים עם רגליים הנכנסים לתוך הקדח, נקרא גם Deep בז'רגון המקצועי.
• פד ללא קדח, נועד לרכיבים בטכנולוגיית SMT.

מעגל מודפס מכיל מספר סוגי קדחים:

• קדח המשמש לחיבור הרכיבים באמצעות הלחמה.
• קדח המשמש כחיבור מעבר בין שכבות הנחושת השונות (Via). קדחים אלה מצופים בחומר מוליך לשם העברת אותות ומתחים בין השכבות.

קדח בעל קוטר הקטן מ-0.1 מ"מ (Microvia) נועד לחיבור בין שתיים או שלוש שכבות צמודות.

רכיבים

מעגל מודפס מיועד להרכבה וחיבור של רבים ממרכיבי המעגל החשמלי. החלקים הנפוצים הם (ראו תמונות):

• 
  נגדים (מסומנים בהדפס המשי על ידי האות R)
• 
  קבלים אלקטרוליטים (מסומנים על ידי האות C וכן מסומן + למיקום הרגל החיובית שלהם)
• 
  סלילים (מסומנים ב-L)
• 
  מתנד גבישי
• 
  שבבים (המכונה גם צ'יפים או ג'וקים ומסומנים לרוב באותיות IC)
• 
  דיודות
• 
  דיודות לד
• 
  טרנזיסטורים
• 
  שנאים

ראו גם

• מעגל משולב
• הלחמה
• לוח אם