Standardowa struktura, niestandardowe zastosowanie obwodów drukowanych

Bardziej złożone rozwiązania techniczne, można realizować na powierzchni obwodów drukowanych, przy wykorzystaniu typowych ich elementów, takich jak ścieżki oraz otwory metalizowane.

Pierwszym z tego typu rozwiązań są zintegrowane moduły montowane powierzchniowo, bezpośrednio do innego obwodu drukowanego. Przykładem mogą być powszechnie stosowane moduły typu Wi-Fi, Bluetooth lub modemy GSM oraz GPS.

Drugim rozwiązaniem są adaptery pod układy scalone. Pozwalają one zamontować na PCB elementy o innym układzie wyprowadzeń lub obudowie, bez konieczności projektowania nowszej wersji obwodu. Najprostszym sposobem na montaż takiego modułu/adaptera jest zastosowanie na jego krawędziach metalizowanych pół-otworów (ang. castellated holes), które pełnią rolę pól kontaktowych (Rys. 1). Takie rozwiązanie można również wykorzystać do łączenia ze sobą dwóch płyt PCB w celu wyeliminowania połączeń kablowych (także pod kątem prostym).

Rys. 1 Przykład projektu z otworami montażowymi typu castellated holes

Kolejnym przykładem jest zabudowanie w strukturze obwodu drukowanego transformatorów planarnych.

W odróżnieniu od typowego transformatora, uzwojenia wykonane są na warstwie miedzi w postaci płaskich cewek. Wewnątrz nich wykonane są otwory przez które przechodzą rdzenie. Tego typu struktury charakteryzują się m.in.

• małymi wymiarami,
• niskim profilem,
• dobrymi parametrami pracy (bardzo dobre parametry termiczne, niska indukcyjność rozproszeniowa, stałe parametry pracy).

Mogą one być konstruowane jako elementy zintegrowane z obwodem drukowanym (Rys. 2a) lub samodzielne komponenty o wielowarstwowej strukturze (Rys. 2b).

(a)                                         (b)

Rys. 2 Przykład budowy transformatora planarnego (po lewej) oraz widok gotowego modułu transformatora (po prawej)

Na mozaikach obwodów drukowanych można również projektować różnego rodzaju anteny, tzw. anteny mikropaskowe o promiennikach w formie ścieżek lub w kształcie prostokąta.

Pierwszym wyróżnionym typem jest tzw. zintegrowana antena meandrowa (Rys.3), będąca elementem składowym obwodu drukowanego (struktura jest wytworzona na wydzielonym obszarze obwodu). Jej zaletą jest niższy koszt produkcji w porównaniu do anteny montowanej jako zewnętrzny moduł. Cena zawiera się bowiem w cenie samej płytki. Nie ma także konieczności przeprowadzania dodatkowego montażu.

Dzięki łatwości oraz precyzji wykonania np. metodą wytrawiania, można indywidualnie zestroić jej parametry pracy, w tym impedancję czy współczynnik fali stojącej. Umożliwa to ograniczenie strat sygnałowych.

Rys. 3. Przykład projektu z anteną zintegrowaną

Taką technologię wykorzystuje się do budowania anten panelowych, kierunkowych typu Yagi-Uda, typu odwrócone F oraz helikalnych, np. na pasmo 2,4 GHz (WiFi, Bluetooth).

Antenę można również wykonać jako osobny element o powierzchni całego obwodu drukowanego. Jednak bez względu na sposób wykonania oraz stopień zintegrowania ważne jest, aby materiał na którym jest wykonana zapewniał jej prawidłową pracę. Najczęściej anteny zintegrowane z uwagi na rozmiary mozaik, jak i grubości laminatów, pracują głównie w paśmie od setek MHz do pojedynczych GHz.

Ścieżki miedziane na płaszczyźnie obwodu drukowanego można również uformować w taki sposób, aby pełniły rolę grzałki (grzałka rezystancyjna, rys. 4). 

Rys. 4. Przykład grzałki rezystancyjnej

Może ona podgrzewać ciecz w sposób bezpośredni (zanurzenie) lub pośredni (postawienie naczynia na grzałce). Tego typu grzałki stosuje się również w drukarkach 3D w celu podgrzewania podłoża (stół grzewczy).