Definizione di circuito stampato
Il PCB (Printed Circuit Board) è il corpo di supporto per i componenti elettronici e le connessioni di circuito. Poiché è realizzato con tecnologia di stampa elettronica, è chiamato circuito stampato. Trasferisce il circuito sul substrato mediante trasferimento di immagini e genera il circuito dopo l’incisione chimica.
L'origine dei PCB
Nel 1925, Charles Ducas degli Stati Uniti, il fondatore del metodo additivo, stampò schemi di circuito su substrati isolanti e poi produsse con successo conduttori utilizzando l’elettroplaccatura.
Nel 1936, Paul Eisler dell’Austria, il fondatore del metodo sottrattivo, utilizzò per la prima volta una scheda di circuito stampato in una radio.
Nel 1943, gli Stati Uniti applicarono questa tecnologia alle radio militari. Nel 1948, gli Stati Uniti riconobbero ufficialmente questa invenzione per uso commerciale.
Dalla metà degli anni ’50, le schede di circuito stampato sono state ampiamente utilizzate nell’industria elettronica e da allora sono diventate dominanti. I PCB si sono evoluti da monostrato a bistrato, multistrato e flessibile, ognuno con la propria tendenza di sviluppo. Con il continuo sviluppo verso alta precisione, alta densità e alta affidabilità, nonché una riduzione delle dimensioni, dei costi e un miglioramento delle prestazioni, le schede di circuito stampato mantengono ancora una forte vitalità nel futuro sviluppo dei dispositivi elettronici.
Funzioni dei PCB
I PCB hanno le seguenti funzioni nei dispositivi elettronici:
- Forniscono supporto meccanico per vari componenti elettronici come circuiti integrati e consentono il cablaggio e le connessioni elettriche o l’isolamento tra vari componenti elettronici. Forniscono anche le caratteristiche elettriche richieste.
- Forniscono grafica della maschera di saldatura per la saldatura automatica e caratteri e grafica di identificazione per l’inserimento, l’ispezione e la riparazione dei componenti.
- L’uso di PCB nei dispositivi elettronici evita errori di cablaggio e consente l’inserimento automatico o il montaggio superficiale dei componenti, la saldatura automatica e i test automatici. Ciò garantisce la qualità del prodotto, migliora la produttività del lavoro, riduce i costi e facilita la manutenzione.
- Forniscono le caratteristiche elettriche richieste, l’impedenza caratteristica e la compatibilità elettromagnetica per circuiti ad alta velocità o ad alta frequenza.
- I PCB con componenti passivi incorporati forniscono determinate funzioni elettriche, semplificano il processo di installazione elettronica e migliorano l’affidabilità del prodotto.
- Forniscono un efficace supporto per chip per l’imballaggio miniaturizzato di chip in componenti di imballaggio elettronico di grandi e ultra-grandi dimensioni.
Diversi tipi di PCB
Esistono molti diversi metodi di classificazione per i PCB, tra cui il materiale del substrato, la caratteristica strutturale, il numero di strati, l’applicazione, ecc.
Materiale del substrato
Substrato PCB si riferisce al materiale di base utilizzato per creare una scheda di circuito stampato (PCB). Fornisce la base per i circuiti e i componenti che costituiscono un dispositivo elettronico. I substrati PCB sono tipicamente realizzati con una varietà di materiali, tra cui resina epossidica rinforzata con fibra di vetro (FR-4), polimidi e ceramica.
| 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 | - |
Caratteristica strutturale
In base alle caratteristiche strutturali, il PCB può essere suddiviso in schede di circuito rigido, schede di circuito flessibile e schede ibride rigide e flessibili. La differenza di aspetto tra il PCB rigido e il PCB flessibile è che il PCB flessibile può essere piegato.
- Gli spessori comuni delle PCB rigide sono 0,2 mm, 0,4 mm, 0,6 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,6 mm, 2,0 mm, ecc.
- Lo spessore comune della PCB flessibile è di 0,2 mm e il punto in cui devono essere saldate le parti sarà aggiunto con uno strato ispessito dietro di esso. Lo spessore dello strato ispessito varia da 0,2 mm a 0,4 mm.
- I materiali comuni per le PCB rigide includono: laminati di carta fenolica, laminati di carta epossidica, laminati di feltro di vetro poliestere, laminati di tessuto di vetro epossidico.
- I materiali comuni per le PCB flessibili includono: film di poliestere, film di poliimmide e film di propilene fluorurato etilenico.
Numero di strati
In base al numero di strati, le schede a circuito stampato possono essere suddivise in schede a un lato, schede a due lati, schede multistrato e schede HDI (schede a interconnessione ad alta densità).
PCB a un lato
Una scheda a un lato si riferisce a una scheda a circuito stampato cablata solo su un lato (lato di saldatura) della scheda a circuito stampato e tutti i componenti, le etichette dei componenti e le etichette di testo sono posizionati sull’altro lato (lato dei componenti).
La caratteristica principale del pannello a un lato è il suo basso prezzo e il processo di fabbricazione semplice. Tuttavia, poiché il cablaggio può essere eseguito solo su una superficie, il cablaggio è più difficile e il cablaggio è soggetto a guasti, quindi è adatto solo per circuiti relativamente semplici.
PCB a doppio lato
La scheda a doppio lato è cablata su entrambi i lati della scheda isolante, un lato è utilizzato come strato superiore e l’altro lato è utilizzato come strato inferiore. Gli strati superiore e inferiore sono collegati elettricamente tramite fori passanti.
Di solito, i componenti su una scheda a due strati sono posizionati sullo strato superiore; tuttavia, a volte i componenti possono essere posizionati su entrambi gli strati per ridurre le dimensioni della scheda. La scheda a doppio strato è caratterizzata da un prezzo moderato e un cablaggio facile. È il tipo più comunemente utilizzato nelle schede a circuito ordinario.
PCB multistrato
Una scheda a circuito stampato con più di due strati è chiamata scheda multistrato, come 2 strati, 4 strati, 6 strati, 8 strati, ecc.
Applicazione
- PCB di consumo: giocattoli, fotocamere, televisori, apparecchiature audio, telefoni cellulari, ecc.
- PCB industriale: sicurezza, automobilistico, computer, macchine per le comunicazioni, strumentazione, ecc.
- PCB militare: aerospaziale, droni, radar, ecc.
Struttura PCB
Il PCB è composto principalmente da laminati rivestiti di rame (CCL), preimpregnato (foglio PP), lamina di rame, maschera di saldatura. Allo stesso tempo, per proteggere la lamina di rame esposta sulla superficie e garantire l’effetto di saldatura, è necessario eseguire anche un trattamento superficiale sul PCB e talvolta è anche contrassegnato con caratteri.
Il diagramma schematico della struttura della scheda PCB a quattro strati è mostrato nella figura:
Laminato rivestito di rame
Il laminato rivestito di rame (CCL) è il materiale di base per la fabbricazione di schede a circuito stampato. È composto da uno strato dielettrico (resina, fibra di vetro) e un conduttore ad alta purezza (lamina di rame). materiali compositi.
Preimpregnato
Prepreg, noto anche come foglio PP, è uno dei materiali principali nella produzione di schede multistrato. È composto principalmente da resina e materiali di rinforzo. I materiali di rinforzo sono suddivisi in tessuto in fibra di vetro (denominato tessuto di vetro), base di carta e materiali compositi.
La maggior parte dei prepreg (fogli adesivi) utilizzati nella produzione di schede di circuiti stampati multistrato utilizzano il tessuto di vetro come materiale di rinforzo. Il sottile materiale foglio realizzato impregnando il tessuto di vetro trattato con colla di resina e quindi pre-cotto mediante trattamento termico è chiamato prepreg. I prepreg si ammorbidiscono sotto calore e pressione e si solidificano quando raffreddati.
Foglio di rame
Il foglio di rame è una sottile lamina metallica continua depositata sullo strato di base della scheda di circuito. In quanto conduttore del PCB, è facilmente legato allo strato isolante e inciso per formare un modello di circuito.
Maschera di saldatura
Lo strato di maschera di saldatura si riferisce alla parte della scheda di circuito stampato con inchiostro per maschera di saldatura. È uno strato protettivo permanente della scheda di circuito stampato e può svolgere il ruolo di protezione dall’umidità, anticorrosione, antimuffa e abrasione meccanica. L’inchiostro per maschera di saldatura è solitamente verde e alcuni usano rosso, nero e blu, ecc., quindi l’inchiostro per maschera di saldatura è spesso chiamato olio verde nell’industria del PCB. Può anche impedire che i componenti vengano saldati in posizioni errate.
Processo di produzione del PCB
Il processo di produzione del PCB (Printed Circuit Board) include in genere i seguenti passaggi:
Taglio del materiale:
Il materiale grezzo rivestito di rame viene tagliato nella dimensione richiesta per la scheda PCB.
Layout:
Il file grafico fornito dal cliente viene disposto per determinare la posizione dei componenti e il routing sulla scheda PCB.
Stampa della pellicola:
Importa e modifica il file di layout nel software, quindi stampalo su una pellicola nera realizzata con colla fotosensibile al sale d’argento. Questa pellicola viene utilizzata per il posizionamento preciso dei componenti sulla scheda PCB.
Esposizione:
Applica il liquido fotosensibile sulla superficie della scheda PCB, quindi posiziona la pellicola sopra la scheda ed esponila alla luce UV. Dopo l’esposizione, la pellicola viene rimossa, lasciando solo le linee e le posizioni dei componenti richieste sulla scheda PCB.
Incisione:
Immergi la scheda PCB in una soluzione di incisione per rimuovere il foglio di rame indesiderato e mantenere la circuiteria e le posizioni dei componenti richieste. Il processo di incisione include in genere passaggi come sviluppo, incisione e stripping. Il metodo di incisione differisce per le schede PCB a strato interno ed esterno.
Foratura:
Pratica fori sulla scheda PCB, in base alle dimensioni e alle coordinate del foro passante nel file. I fori non metallici possono richiedere un film secco o due forature o metodi a foro chiuso.
Placcatura:
Posiziona la scheda PCB in un bagno di galvanizzazione contenente rame chimico, consentendo il deposito di un sottile strato di rame sul substrato non conduttivo e sulla superficie del rame per garantire la conduttività.
Stampa della maschera di saldatura e della serigrafia:
Per proteggere il circuito e i componenti dall’ossidazione e dalla corrosione, è necessario applicare la maschera di saldatura sulla scheda PCB. Normalmente, la maschera di saldatura comune è verde, puoi scegliere tra più colori in base alle tue esigenze. Sulla superficie del PCB e della maschera di saldatura, puoi anche stampare caratteri, marcature, simboli ed etichette.
Ispezione finale:
Esegui una serie di test, come AOI, ERC, per garantire che il PCB soddisfi i requisiti e gli standard del cliente.
PCB Vs IC
La distinzione principale tra PCB e IC risiede nel fatto che, mentre una scheda PCB funge da piattaforma per il circuito integrato (IC), l’IC è fissato alla scheda PCB tramite saldatura. Di seguito è riportata una tabella comparativa che evidenzia le loro differenze.
| 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. |
