Definição de placa de circuito impresso
PCB (Placa de Circuito Impresso) é o suporte para componentes eletrônicos e conexões de circuitos. Por ser fabricada por tecnologia de impressão eletrônica, é chamada de placa de circuito impresso. Ela transfere o circuito para o substrato por meio de transferência de imagem e gera o circuito após gravação química.
A origem dos PCBs
Em 1925, Charles Ducas, dos Estados Unidos, fundador do método aditivo, imprimiu padrões de circuitos em substratos isolados e, em seguida, produziu com sucesso condutores usando galvanoplastia.
Em 1936, Paul Eisler, da Áustria, fundador do método subtrativo, utilizou pela primeira vez uma placa de circuito impresso em um rádio.
Em 1943, os Estados Unidos aplicaram essa tecnologia em rádios militares. Em 1948, os Estados Unidos reconheceram oficialmente essa invenção para uso comercial.
Desde meados da década de 1950, as placas de circuito impresso têm sido amplamente utilizadas na indústria eletrônica e, desde então, tornaram-se dominantes. As PCBs evoluíram de camada única para dupla face, multicamadas e flexíveis, cada uma com sua própria tendência de desenvolvimento. Com o desenvolvimento contínuo em direção à alta precisão, alta densidade e alta confiabilidade, bem como a redução de tamanho, custo e melhoria de desempenho, as placas de circuito impresso ainda mantêm forte vitalidade no desenvolvimento futuro de dispositivos eletrônicos.
Funções dos PCBs
Os PCBs têm as seguintes funções em dispositivos eletrônicos:
- Eles fornecem suporte mecânico para vários componentes eletrônicos, como circuitos integrados, e permitem a fiação e as conexões elétricas ou o isolamento entre vários componentes eletrônicos. Eles também fornecem as características elétricas necessárias.
- Eles fornecem gráficos de máscara de solda para soldagem automática e caracteres e gráficos de identificação para inserção, inspeção e reparo de componentes.
- O uso de PCBs em dispositivos eletrônicos evita erros de fiação e permite a inserção automatizada de componentes ou montagem em superfície, soldagem automática e testes automáticos. Isso garante a qualidade do produto, melhora a produtividade da mão de obra, reduz custos e facilita a manutenção.
- Eles fornecem as características elétricas necessárias, impedância característica e compatibilidade eletromagnética para circuitos de alta velocidade ou alta frequência.
- PCBs com componentes passivos incorporados fornecem certas funções elétricas, simplificam o processo de instalação eletrônica e melhoram a confiabilidade do produto.
- Eles fornecem um suporte de chip eficaz para embalagens de chips miniaturizados em componentes de embalagem eletrônica em grande e ultra grande escala.
Diferentes tipos de PCBs
Existem muitos métodos diferentes de classificação para PCB, incluindo material do substrato, característica da estrutura, número de camadas, aplicação, etc.
Material do substrato
O substrato PCB refere-se ao material base utilizado para criar uma placa de circuito impresso (PCB). Ele fornece a base para os circuitos e componentes que compõem um dispositivo eletrônico. Os substratos PCB são normalmente fabricados a partir de uma variedade de materiais, incluindo resina epóxi reforçada com fibra de vidro (FR-4), poliimida e cerâmica.
| PCB Substrate Type | Examples |
|---|---|
| Paper-based PCBs | Phenolic Paper-based PCBs, Epoxy Paper-based PCBs, etc. |
| Glass Cloth-based PCBs | Epoxy Glass Cloth-based PCBs, PTFE Glass Cloth-based PCBs, etc. |
| Synthetic Fiber-based PCBs | Epoxy Synthetic Fiber-based PCBs, etc. |
| Organic Thin Film-based PCBs | Nylon Thin Film-based PCBs, etc. |
| Ceramic Substrate-based PCBs | - |
| Metal Core-based PCBs | - |
Característica da estrutura
De acordo com as características estruturais, o PCB pode ser dividido em placa de circuito rígida, placa de circuito flexível e placa combinada rígida e flexível. A diferença na aparência entre o PCB rígido e o PCB flexível é que o PCB flexível pode ser dobrado.
- As espessuras comuns das placas de circuito impresso rígidas são 0,2 mm, 0,4 mm, 0,6 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,6 mm, 2,0 mm, etc.
- A espessura comum da PCB flexível é 0,2 mm, e o local onde as peças serão soldadas receberá uma camada espessa atrás. A espessura da camada espessa varia de 0,2 mm a 0,4 mm.
- Os materiais comuns para PCBs rígidos incluem: laminados de papel fenólico, laminados de papel epóxi, laminados de feltro de poliéster e vidro, laminados de tecido de vidro epóxi.
- Os materiais comuns para PCBs flexíveis incluem: filme de poliéster, filme de poliimida e filme de etileno propileno fluorado.
Número de camadas
De acordo com o número de camadas, as placas de circuito impresso podem ser divididas em placas de um lado, placas de dois lados, placas multicamadas e placas HDI (placas de interconexão de alta densidade).
PCB de lado único
Uma placa de um lado refere-se a uma placa de circuito que é conectada apenas em um lado (lado da soldagem) da placa de circuito, e todos os componentes, etiquetas de componentes e etiquetas de texto são colocados no outro lado (lado do componente).
A principal característica do painel unilateral é seu baixo preço e processo de fabricação simples. No entanto, como a fiação só pode ser realizada em uma superfície, ela é mais difícil e propensa a falhas, sendo adequada apenas para alguns circuitos relativamente simples.
PCB de dupla face
A placa dupla face é conectada em ambos os lados da placa isolante, um lado é usado como camada superior e o outro lado é usado como camada inferior. As camadas superior e inferior são conectadas eletricamente através de vias.
Normalmente, os componentes em uma placa de duas camadas são colocados na camada superior; no entanto, às vezes os componentes podem ser colocados em ambas as camadas para reduzir o tamanho da placa. A placa de camada dupla é caracterizada por um preço moderado e fácil conexão. É o tipo mais comumente usado em placas de circuito comuns.
PCB multicamadas
Uma placa de circuito impresso com mais de duas camadas é chamada de placa multicamadas, como 2 camadas, 4 camadas, 6 camadas, 8 camadas, etc.
Aplicação
- PCBs de consumo: brinquedos, câmeras, televisores, equipamentos de áudio, telefones celulares, etc.
- PCBs industriais: segurança, automóveis, computadores, máquinas de comunicação, instrumentação, etc.
- PCBs militares: aeroespacial, drones, radar, etc.
Estrutura da PCB
O PCB é composto principalmente por laminados revestidos de cobre (CCL), pré-impregnado (folha PP), folha de cobre e máscara de solda. Ao mesmo tempo, para proteger a folha de cobre exposta na superfície e garantir o efeito de soldagem, também é necessário realizar um tratamento de superfície no PCB e, às vezes, ele também é marcado com caracteres.
O diagrama esquemático da estrutura da placa de quatro camadas do PCB é mostrado na figura:
Laminado revestido de cobre
O laminado revestido de cobre (CCL) é o material básico para a fabricação de placas de circuito impresso. É composto por uma camada dielétrica (resina, fibra de vidro) e um condutor de alta pureza (folha de cobre). Composto por materiais compostos.
Prepreg
O pré-impregnado, também conhecido como folha PP, é um dos principais materiais na produção de placas multicamadas. É composto principalmente por resina e materiais de reforço. Os materiais de reforço são divididos em tecido de fibra de vidro (referido como tecido de vidro), base de papel e materiais compostos.
A maioria dos prepregs (folhas adesivas) usados na produção de placas de circuito impresso multicamadas usa tecido de vidro como material de reforço. O material em folha fina feito pela impregnação do tecido de vidro tratado com cola de resina e, em seguida, pré-cozido por tratamento térmico é chamado de prepreg. Os prepregs amolecem sob calor e pressão e solidificam quando resfriados.
Folha de cobre
A folha de cobre é uma folha metálica fina e contínua depositada na camada base da placa de circuito. Como condutor da PCB, é facilmente ligada à camada isolante e gravada para formar um padrão de circuito.
Máscara de solda
A camada resistente à solda refere-se à parte da placa de circuito impresso com tinta resistente à solda. É uma camada protetora permanente da placa de circuito impresso e pode desempenhar a função de proteção contra umidade, corrosão, mofo e abrasão mecânica. A tinta resistente à solda é geralmente verde, e algumas usam vermelho, preto e azul, etc., por isso a tinta resistente à solda é frequentemente chamada de óleo verde na indústria de PCB. Ela também pode impedir que as peças sejam soldadas em locais incorretos.
Processo de produção de PCB
O processo de produção de PCB (Placa de Circuito Impresso) normalmente inclui as seguintes etapas:
Corte de materiais:
O material revestido de cobre bruto é cortado no tamanho necessário para a placa PCB.
Layout:
O arquivo gráfico fornecido pelo cliente é disposto para determinar a posição dos componentes e o roteamento na placa PCB.
Impressão de filmes:
Importe e modifique o arquivo de layout no software e, em seguida, imprima-o em um filme preto feito de cola fotossensível de sal de prata. Esse filme é usado para o posicionamento preciso dos componentes na placa PCB.
Exposição:
Aplique o líquido fotossensível na superfície da placa PCB, coloque o filme sobre a placa e exponha-a à luz UV. Após a exposição, o filme é removido, deixando apenas as linhas necessárias e as posições dos componentes na placa PCB.
Gravura:
Mergulhe a placa PCB na solução de gravação para remover a folha de cobre indesejada e manter os circuitos e as posições dos componentes necessários. O processo de gravação geralmente inclui etapas como revelação, gravação e decapagem. O método de gravação difere para placas PCB de camada interna e externa.
Perfuração:
Faça furos na placa PCB, de acordo com o tamanho e as coordenadas do furo passante no arquivo. Furos não metálicos podem exigir filme seco ou dois métodos de perfuração ou tamponamento.
Revestimento:
Coloque a placa PCB em um banho de galvanoplastia contendo cobre químico, permitindo que uma fina camada de cobre se deposite no substrato não condutor e na superfície de cobre para garantir a condutividade.
Máscara de solda e impressão serigráfica:
Para proteger o circuito e os componentes contra oxidação e corrosão, precisamos aplicar a máscara de solda na placa PCB. Normalmente, a máscara de solda comum é verde, mas você pode escolher entre várias cores, de acordo com sua necessidade. Na superfície da PCB e da máscara de solda, você também pode imprimir caracteres, marcações, símbolos e etiquetas.
Inspeção final:
Execute uma série de testes, como AOI, ERC, para garantir que a PCB atenda aos requisitos e padrões do cliente.
PCB Vs IC
A principal diferença entre PCB e IC reside no facto de que, enquanto uma placa PCB serve como plataforma para o circuito integrado (IC), o IC é fixado à placa PCB através de soldadura. Abaixo encontra-se uma tabela comparativa que destaca as suas diferenças.
| Criteria | PCB | IC |
|---|---|---|
| Definition | Printed Circuit Board | Integrated Circuit |
| Function | Provides a mechanical support for electronic components and interconnects them. | Contains multiple electronic components and their interconnections on a single piece of silicon, providing a complete electronic circuit function. |
| Size | Can vary greatly in size, from a few square millimeters to several meters. | Typically very small, with dimensions ranging from a few millimeters to a few centimeters. |
| Complexity | Can be simple or complex depending on the application. | Can be highly complex, with millions of transistors and other components integrated onto a single chip. |
| Manufacturing | Fabricated using various processes including drilling, etching, plating, and soldering. | Fabricated using semiconductor manufacturing processes including lithography, deposition, and diffusion. |
| Cost | Generally less expensive than ICs for simpler applications. | Generally more expensive than PCBs due to the complexity of the manufacturing process. |
| Reliability | More susceptible to failure due to external factors such as vibration, thermal cycling, and moisture. | Generally more reliable than PCBs due to their monolithic nature, but can still be susceptible to failure due to manufacturing defects or external factors. |
| Applications | Used in a wide range of electronic devices, including computers, televisions, and appliances. | Used in a wide range of electronic devices, including computers, mobile phones, and automotive electronics. |
