Cos'è il circuito stampato?
Una scheda a circuito stampato (PCB) è un gruppo elettronico che utilizza conduttori in rame per creare collegamenti elettrici tra i componenti e fornire loro supporto meccanico. I PCB sono realizzati in materiale non conduttivo con linee conduttive stampate o incise al suo interno. I componenti elettronici vengono quindi montati sulla scheda e le tracce collegano i componenti per formare un circuito funzionante.
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I PCB sono realizzati isolando lo strato conduttivo superficiale di lamina di rame attraverso il materiale isolante della base della scheda, che consente alla corrente di fluire attraverso vari componenti lungo un percorso prestabilito, ottenendo infine funzioni come produzione di potenza, amplificazione, attenuazione, modulazione, demodulazione e codifica.
Capire come funziona un circuito stampato dovrebbe iniziare dalla sua composizione. L'intera scheda PCBA è composta da schede e componenti nudi, come microchip, resistori, condensatori e connettori. I produttori collegano i componenti al PCB mediante montaggio tramite saldatura o altre tecniche. Prendiamo, ad esempio, un PCB a lato singolo, una scheda che ha componenti elettronici e fili su un solo lato della scheda. Di solito montiamo i componenti su una scheda non conduttiva mediante la tecnologia di assemblaggio SMT o la tecnologia di assemblaggio DIP PCBA e li colleghiamo tramite piccoli percorsi chiamati tracce. Le tracce permettono il funzionamento dei componenti elettrici dell'intera scheda energizzandoli. Non tutti i dispositivi hardware sono montati direttamente sul PCB, componenti come monitor e telecamere sono collegati al PCB tramite connettori di accoppiamento e cavi piatti.
Il principio di funzionamento dei circuiti stampati a doppia faccia e multistrato consiste nell'introdurre il gas di processo (Ar, N2, O2, ecc.) nel collegamento ad alto vuoto e il gas viene ionizzato nel plasma. Sotto l'azione del campo elettrico, questi plasmi si muovono rispettivamente verso un potenziale alto e un potenziale basso. I gruppi atomici che si muovono verso il basso potenziale bombardano il bersaglio (rame), in modo che gli atomi di rame vengano strappati dal rame, e infine ricoperti sul substrato (FRP), cioè il laminato rivestito di rame. Questo è un metodo fisico tradizionale, che presenta i vantaggi dell'assenza di inquinamento e di una tecnologia matura. Lo svantaggio è che l’efficienza è lenta e il ciclo è lungo. Se si desidera realizzare rapidamente il processo di produzione del PCB, è possibile stendere in anticipo il motivo inciso, quindi formare il PCB nel modo sopra descritto e il foro interno per la connessione può anche essere placcato con rame metallico per renderlo metallizzato.
Vantaggi dei circuiti stampati
Una soluzione compatta
Un circuito stampato può contenere un numero di parti ed elementi. Poiché utilizzano binari in rame anziché cavi veri e propri, consentono gli stessi tipi di risultati senza utilizzare cavi che trasportano corrente. Le tavole sono più piccole e non sono così ingombranti. Questo è uno dei motivi per cui tanti tipi diversi di dispositivi elettronici sono più piccoli rispetto al passato. I PCB hanno contribuito a far avanzare la tecnologia in molti modi diversi. Ora è possibile avere circuiti altamente complicati in pacchetti molto piccoli.
Risparmiare tempo ed energia
Uno dei migliori vantaggi derivanti dall'utilizzo dei circuiti stampati è la quantità di tempo che può essere risparmiata. Il collegamento dei componenti richiede tradizionalmente molto tempo, mentre il montaggio del circuito stampato richiederà molto meno tempo una volta completata la progettazione. La fase di progettazione è spesso quella che richiede più tempo nei circuiti stampati, ma anche questo può essere ridotto utilizzando il giusto tipo di software per la sua realizzazione. AdvancedPCB fornisce effettivamente ai clienti un software gratuito chiamato PCB Artist. È facile e intuitivo da usare e fornisce un modo relativamente semplice per progettare e testare il circuito stampato prima di passare al resto del processo.
Nessuna connessione allentata
I collegamenti nel circuito stampato vengono effettuati tramite le tracce di copia e, se realizzati correttamente, non dovrai affrontare cortocircuiti o collegamenti allentati. Confrontalo con altri metodi che utilizzano cavi veri, che potrebbero allentarsi quando la tavola si sposta. In alcuni casi, il cavo stesso potrebbe avere un problema di connessione. Tutto ciò può essere difficile da rintracciare e individuare la fonte del problema reale. Con i circuiti stampati questi tipi di problemi sono inesistenti. Se ci sono problemi con la scheda, tende ad essere facile da diagnosticare e riparare.
Un'opzione affidabile
Non è un caso che così tante aziende e privati oggi facciano uso di circuiti stampati. Sono una soluzione affidabile che può funzionare per un'ampia gamma di usi e prodotti sia grandi che piccoli. Possono durare a lungo se sono stati realizzati correttamente, il che darà alle persone maggiore sicurezza con l'elettronica che stanno utilizzando. Ciò è vero sia che il dispositivo sia un telefono, un computer o un apparecchio di livello militare utilizzato in un ambiente poco tollerante.
Costi bassi
Naturalmente, quando si tratta di creare e produrre vari tipi di elettrodomestici, il costo è molto importante. Fortunatamente, una volta che il circuito è stato progettato e testato per garantire che funzioni correttamente, la produzione di massa è molto conveniente. Nella maggior parte dei casi vengono utilizzati meno componenti, il che aiuta a ridurre i costi a un livello accessibile per la maggior parte delle aziende.
Tipi di circuiti stampati
In generale, le tavole possono essere classificate in tre categorie: rigide, flessibili o con anima metallica.
Le tavole rigide rappresentano spesso la stragrande maggioranza delle tavole che un progettista incontrerà, in cui il layout della tavola è contenuto all'interno di un substrato rigido creato da un processo di laminazione ad alta temperatura e pressione. Il materiale comune per queste tavole è FR-4, ma a seconda delle particolari esigenze di progettazione, questo può essere modificato per enfatizzare o comunque migliorare alcune caratteristiche della tavola.
Le tavole flessibili sono composte da un materiale meno rigido che consente una deflessione molto maggiore. Il materiale ricorda al tatto un rotolo di pellicola e lo spessore del pannello è solitamente molto inferiore a quello di un pannello rigido standard. Sebbene se ne veda già un utilizzo maggiore, c’è la speranza che le schede flessibili introducano il passo successivo della tecnologia indossabile e rimuovano gli attuali vincoli planari inerenti ai dispositivi a scheda rigida.
Un PCB con nucleo metallico è una sorta di derivazione dei design delle schede rigide, con una maggiore capacità di dissipare il calore su tutta la scheda per proteggere i circuiti sensibili. Questo stile può essere un'opzione per progetti ad alta corrente per prevenire usura termica e guasti.
Ovunque esista un elettromagnetismo controllato, i circuiti stampati costituiscono l’infrastruttura per mantenerlo. Naturalmente, i circuiti stampati non nascono dal nulla: la loro progettazione e produzione rappresentano di per sé un'enorme impresa ingegneristica.
Il processo di progettazione del circuito stampato
Prima di poter costruire un circuito stampato, è necessario progettarlo. Ciò viene ottenuto utilizzando strumenti CAD di progettazione di circuiti stampati PCB. La progettazione del PCB è suddivisa in due categorie principali: acquisizione dello schema per creare la connettività del circuito in un diagramma e quindi layout del PCB per progettare il circuito fisico vero e proprio.
Sviluppare le parti CAD della libreria
Il primo passo è sviluppare la libreria di parti CAD necessarie per la progettazione. Ciò includerà simboli schematici, modelli di simulazione, impronte per il layout PCB e modelli di passaggi per la visualizzazione del circuito stampato 3D. Una volta che le librerie sono pronte, il passo successivo è creare la rappresentazione logica del circuito su uno schema. Gli strumenti CAD vengono utilizzati per posizionare i simboli su un foglio schematico e quindi collegarli per formare i circuiti.
Allo stesso tempo, viene eseguita la simulazione del circuito per verificare che il progetto funzioni elettricamente come previsto. Una volta completate queste attività, gli strumenti schematici invieranno i dati di connettività agli strumenti di layout.
Disposizione
Dal punto di vista del layout della progettazione PCB, la connettività dello schema viene ricevuta ed elaborata come reti che collegano due o più pin dei componenti. Con un contorno della forma prevista della scheda sullo schermo, il progettista del layout posizionerà le impronte dei componenti nelle posizioni corrette. Una volta organizzati in modo ottimale questi componenti, il passo successivo è collegare le reti ai perni disegnando le tracce e i piani tra i perni. Gli strumenti CAD avranno regole di progettazione integrate che impediranno alle tracce di una rete di toccare un'altra rete, oltre a governare molte altre larghezze e spazi necessari per una progettazione completa. Una volta completato il routing, gli strumenti di progettazione vengono nuovamente utilizzati per creare disegni di produzione e file di output che il produttore utilizzerà per costruire la scheda.
La progettazione e la produzione di un circuito stampato è un processo passo passo: creazione e simulazione di schemi, impostazione delle griglie di progettazione PCB e DRC, posizionamento dei componenti, instradamento del PCB, piani di alimentazione e infine assemblaggio della distinta base e costruzione della scheda.
Struttura e applicazioni del circuito stampato
Molte delle caratteristiche prestazionali importanti di un PCB sono definite nello stack-up o nella disposizione degli strati nel PCB. L'impilamento degli strati è costruito con strati alternati di materiale conduttivo e isolante e con strati alternati di nucleo e preimpregnato (due tipi di dielettrici utilizzati nell'impilamento degli strati). Le proprietà dielettriche e meccaniche del nucleo e del preimpregnato determineranno l'affidabilità e l'integrità del segnale/potenza nel progetto e dovrebbero essere selezionate con attenzione durante la progettazione di applicazioni ad alta affidabilità. Ad esempio, le applicazioni militari e mediche necessitano di progetti altamente affidabili che possano essere implementati in ambienti difficili, mentre un PCB per un sistema di telecomunicazioni potrebbe richiedere un laminato PTFE a bassa perdita in un piccolo contenitore.
Di seguito è mostrato un esempio di stack-up PCB. In questo esempio, lo stack-up implementa una struttura a 4-strati con due strati piani interni (L02_GND per terra e L03_PWR per alimentazione). Questo tipo di stack-up è appropriato per dispositivi IoT, sistemi embedded leggeri e molti altri progetti che utilizzano protocolli ad alta velocità. La disposizione del piano interno aiuta a garantire l'integrità dell'alimentazione fornendo allo stesso tempo una certa schermatura contro le EMI esterne. Gli strati piani interni forniscono anche un riferimento coerente per i segnali di impedenza controllata. Questo tipo di impilamento è tipico di molti progetti ed è spesso un punto di partenza per molti moderni circuiti stampati.
Componenti comuni dei circuiti stampati
I circuiti stampati sono realizzati con una varietà di materiali PCB e componenti elettrici. I componenti PCB comuni includono:
Resistori
I resistori trasmettono una corrente elettrica per produrre una tensione e dissipare l'energia elettrica sotto forma di calore. Sono disponibili in una vasta gamma di materiali.
Condensatori
Il compito di un condensatore è trattenere una carica elettrica all'interno della scheda e quindi rilasciarla quando è necessaria più potenza in un altro punto del circuito. I condensatori funzionano tipicamente raccogliendo cariche opposte su due strati conduttivi separati da un materiale isolante.
Induttori
Questi sono simili ai condensatori in quanto immagazzinano energia. Tuttavia, vengono spesso utilizzati per bloccare i segnali all'interno del PCB, come le interferenze provenienti da un altro dispositivo elettronico.
Transistor
Un transistor è un amplificatore. Viene utilizzato per commutare o controllare i segnali elettronici in una scheda. Sono disponibili diverse versioni di transistor, ma il più comune è il transistor bipolare.
Trasformatori
Questi vengono utilizzati per trasferire l'energia elettrica da un circuito all'altro tramite un aumento o una diminuzione della tensione.
Diodi
Un diodo consente alla corrente elettrica di fluire in una direzione, ma non nell'altra. Di conseguenza, i diodi vengono utilizzati per impedire alla corrente elettrica di fluire nella direzione sbagliata e danneggiare la scheda e il dispositivo. La forma più popolare di diodo è il LED (che sta per diodo a emissione di luce).
Sensori
Questi dispositivi vengono utilizzati per rilevare i cambiamenti delle condizioni ambientali e generare un segnale elettrico che corrisponde al cambiamento. Questo segnale viene quindi inviato ad altri componenti del circuito. I sensori convertono un elemento fisico come il movimento della luce, la qualità dell'aria o il suono in energia elettrica.
Strati PCB comuni
Ogni tipo di PCB contiene un numero diverso di strati che contribuiscono alla sua funzionalità. Tuttavia, indipendentemente dal tipo di PCB scelto, ogni scheda contiene le stesse basi essenziali. Ciò significa che tutti i PCB contengono i seguenti quattro strati:
Strato di substrato
Questo è solitamente realizzato in fibra di vetro, che conferisce alla tavola la sua rigidità. Gli strati di substrato possono anche essere realizzati con resine epossidiche, ma queste non hanno la durabilità offerta dalla fibra di vetro.
Strato di rame
Come ci si aspetterebbe dal nome, lo strato di rame di un PCB è costituito da un sottile strato di lamina di rame laminato sulla scheda utilizzando il calore.
Quando parliamo di diversi "strati" di PCB, ci riferiamo al numero di strati di rame di cui sono costituiti. Ad esempio, un PCB a singola faccia avrà solo uno strato di materiale conduttore su un lato della scheda. In questo scenario, l'altro lato della scheda viene utilizzato per incorporare diversi componenti elettronici. Nel frattempo, un PCB a doppia faccia monterà il rame conduttivo e i componenti su entrambi i lati della scheda.
Lo spessore dello strato di rame sarà determinato dalla quantità di potenza che il PCB deve sopportare. I PCB che devono gestire un livello di potenza più elevato avranno un livello di rame più spesso.
Strato di maschera di saldatura
Lo strato della maschera di saldatura è posizionato sopra il rame e conferisce alla maggior parte dei PCB il colore verde. Questo strato isola il rame e garantisce che non entri in contatto con altri elementi.
Strato serigrafico
Lo strato serigrafato viene aggiunto principalmente a beneficio degli esseri umani. Implica l'aggiunta di lettere, numeri e simboli alla scheda in modo che sia più semplice per gli utenti comprendere la funzionalità dei diversi pin e LED.
La nostra fabbrica
Sihui Fuji Electronics Technology Co., Ltd. Fondata nel 2009, si concentra da 14 anni sulla produzione affidabile e a lungo termine di circuiti stampati. Con la forza produttiva dell'allegro proofing, della produzione di massa, di nomi di prodotti multipli, di vari lotti e di tempi di consegna brevi, fornisce servizi completi e completi per soddisfare al massimo le esigenze dei clienti. È un produttore cinese di circuiti elettronici con una ricca esperienza nella gestione della qualità delle aziende giapponesi. Attività commerciale.
Domande frequenti
Essendo uno dei principali produttori e fornitori di circuiti stampati in Cina, vi diamo un cordiale benvenuto per l'acquisto o la vendita all'ingrosso di circuiti stampati sfusi in vendita qui dalla nostra fabbrica. Tutti i prodotti personalizzati sono di alta qualità e prezzi competitivi. Contattaci per preventivo e campione gratuito.
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