Tutto ciò che devi sapere sulla progettazione di circuiti stampati e sulla produzione

Parole chiave: Produttore di PCB

I PCB sono materiali contemporanei utilizzati nei dispositivi elettronici in quanto forniscono un modo per unire i componenti elettronici. Queste schede presentano tracce e pad metallici, insieme ad altri elementi formativi realizzati attraverso processi di fotolitografia da fogli di rame legati a materiali non conduttivi come la vetroresina epossidica FR-4. I PCB di un Produttore di PCB sono richiesti in una vasta gamma di applicazioni, inclusi elettrodomestici, dispositivi industriali e dispositivi aerospaziali. I circuiti stampati a singolo lato, a doppio lato e multistrato soddisfano parametri di progettazione e limitazioni specifiche di un circuito.

Esistono altri sottotipi di tecnologie PCB che sono stati introdotti sul mercato per soddisfare le complessità dello sviluppo di dispositivi elettronici avanzati e miniaturizzati, e includono i PCB flessibili, rigido-flessibili e ad alta densità di interconnessione (HDI). Nel processo di selezione, determinare quale tipo di circuito stampato utilizzare per una certa applicazione è fondamentale, e questo può essere fatto con una prospettiva più chiara a seconda della natura e delle caratteristiche dei circuiti stampati.

Principali Materie Prime dei PCB

Gli strati essenziali di un circuito stampato (PCB) sono un materiale di base non conduttivo, normalmente derivato dalla vetroresina chiamata FR-4, poliammide o PTFE. Percorsi, connessioni e altri pattern in rame sono sviluppati sulla superficie del substrato per creare i percorsi elettrici richiesti.

Per realizzare la connettività elettrica tra le diverse parti del PCB su cui sono posizionati i componenti, si utilizzano le tracce di rame. La larghezza e lo spessore di queste tracce sono determinati in base alla capacità di portare corrente e all'impedenza desiderata del circuito.

I vias sono i piccoli fori attraverso il PCB riempiti con strati di rame, permettendo così la connessione tra i diversi strati della scheda. Alcuni dei tipi comuni di vias sono through hole, blind e buried, con utilizzi diversi nella progettazione dei PCB.

Le maschere saldanti, normalmente polimeriche, vengono applicate alla superficie del PCB principalmente per proteggere le tracce di rame dall'ossidazione e, soprattutto durante la saldatura, per evitare cortocircuiti. Aiuta anche a garantire l'isolamento elettrico tra le tracce e i pad adiacenti.

Foglio di rame: Il foglio di rame è disponibile in diversi pesi per la produzione di tracce conduttive, pad e piani.

Materiali del substrato: L'FR-4 è il materiale di base tipico grazie alle sue buone caratteristiche meccaniche ed elettriche, tuttavia, la poliammide e il PTFE sono utilizzati per alte frequenze e alte temperature.

Maschera saldante: Le maschere saldanti LPI sono piuttosto popolari per la capacità di fornire un'elevata precisione dimensionale e una notevole flessibilità.

Serigrafia: Uno strato di inchiostro sullo strato di rame esterno che contiene testo, loghi e riferimenti ai componenti, facilitando l'assemblaggio dei componenti e la risoluzione dei problemi.

Finiture superficiali: Opzioni che includono la livellatura della saldatura ad aria calda (HASL), nonché metodi di placcatura chimica come nichel chimico immersione oro (ENIG) o preservativo organico della saldabilità (OSP) che ricoprono il rame esposto e migliorano la saldabilità.

I PCB o circuiti stampati sono oggi composti da vari materiali, ma è importante conoscerne le proprietà.

L'FR-4, che sta per laminato epossidico rinforzato con vetro, è popolare tra i produttori di PCB per le sue caratteristiche elettriche, termiche e meccaniche, caratterizzate da una costante dielettrica di 4.5 a 1 MHz con un fattore di dissipazione di 0.02, ed è applicabile per uso generale. Ha una Tg che va da 130°C a 180°C; e una conducibilità termica di 0.3 W/mK.

Il polimero ad alte prestazioni, il poliimmide, è caratterizzato da elevata resistenza al calore, resistenza chimica e robustezza meccanica. A 1MHz, una costante dielettrica compresa tra 3,2 e 3,6 e un fattore di dissipazione di 0,002 lo rendono ideale per l'uso ad alta frequenza. Il poliimmide appartiene alle materie plastiche termoindurenti e ha una temperatura di transizione vetrosa tra 260 e 400 gradi Celsius; il materiale ha una capacità di dissipare calore di 0,2 watt per metro Kelvin.

Ecco le principali considerazioni per la progettazione del circuito stampato:

Posizionamento dei componenti: Si dovrebbe mirare al corretto posizionamento dei componenti per ridurre le emissioni e allo stesso tempo migliorare l'integrità del segnale e termica, migliorando la producibilità del circuito stampato. Per quanto riguarda il posizionamento dei componenti, è necessario adottare alcune misure specifiche: dimensioni, forma, orientamento dei componenti e la loro prossimità in relazione ai fattori di interferenza devono essere considerati adeguatamente e devono corrispondere alle condizioni necessarie per garantire il corretto funzionamento del sistema.

Integrità del segnale: Garantire che la qualità e la temporizzazione del segnale siano mantenute attraverso il circuito stampato, dal produttore di PCB, attraverso una corretta tracciatura e instradamento, adattamento dell'impedenza e minimizzazione del diafonia e dell'EMI. Elementi come piani di massa, assenza di curve brusche e una buona terminazione dovrebbero essere applicati per evitare distorsioni del segnale. Pertanto, utilizzare diagrammi TDR e ad occhio o altri strumenti di simulazione e tecniche di analisi per migliorare le prestazioni.

Gestione termica: Il controllo del calore è stato effettuato per evitare guasti dei componenti, dovuti a un eccessivo accumulo di calore, sull'apparato di flusso. Prendere in considerazione la perdita di potenza del componente elettrico, la temperatura circostante e i metodi per raffreddare il sistema. Per dissipare il calore, utilizzare via termiche, riempimenti in rame e dissipatori di calore. Utilizzare tutti gli strumenti di simulazione termica per indagare e migliorare la gestione termica, specialmente in caso di alto consumo di potenza.

Distribuzione dell'alimentazione: Progettare una rete di distribuzione dell'alimentazione (PDN) adeguata in modo che i componenti del sistema possano ricevere un'alimentazione pulita e ininterrotta. Disaccoppiare i piani di alimentazione e di massa, evitare aree di rame inutilizzate sulle schede PCB e ridurre il rimbalzo dell'alimentazione. I condensatori di disaccoppiamento devono essere impiegati mentre il posizionamento dei via deve essere ottimizzato per migliorare la situazione della distribuzione dell'alimentazione. Sviluppare entro tali confini per ottenere un'ottima affidabilità di produzione a costi considerevolmente bassi.

Compatibilità elettromagnetica (EMC): Ciò significa che tutti devono assicurarsi che il PCB non produca elevati EMI e resista a elevati EMI provenienti dall'esterno. Applicare misure come la messa a terra in corrente alternata, la schermatura e il filtraggio, tra le altre. Conformità EMC e standard legislativi sull'EMC, in particolare nei settori automobilistico, aerospaziale e medico.

Tipi di PCB

È altrettanto importante avere alcune conoscenze dei principali tipi di circuiti stampati in modo da poter fare una scelta migliore nel loro utilizzo. Le tre classificazioni dei PCB includono quelli a singolo lato, a doppio lato e multistrato, ognuno con le proprie caratteristiche, punti di forza e debolezze.

Un PCB a un solo lato ha linee conduttive e componenti su un solo lato del substrato, dove il materiale del substrato è principalmente FR-4. Queste schede sono le più semplici e meno costose disponibili per i progettisti; consigliate per circuiti semplici che si trovano in dispositivi semplici e modelli iniziali. Tuttavia, i PCB a singolo lato hanno due svantaggi: a) opzioni di instradamento limitate e b) densità di componenti inferiore, il che ne limita l'uso in applicazioni più sofisticate.

I PCB a doppio lato sono quelli con tracce conduttive e componenti su entrambe le facce del substrato, con l'uso di via passanti. Questi via sono fori passanti effettivi che ricevono la placcatura sugli strati superiori, facilitando il flusso di segnali tra i due strati. Qualsiasi complessità di instradamento e un'elevata densità di componenti sono possibili nei PCB a doppio lato e i tipi di utilizzo spaziano dall'elettronica di consumo, apparecchiature informatiche, controllo industriale e automazione.

I PCB multistrato sono circuiti con tre o più strati conduttivi; e le schede a circuito sono realizzate con materiale isolante intrecciato o trapuntato o strati di prepreg. Queste schede offrono il design più intricato e componenti stratificati, permettendo il loro utilizzo in applicazioni complesse come apparecchi digitali ad alta velocità, dispositivi RF elettronici e gadget aerospaziali.

Ecco perché il PCB multistrato del produttore di PCB offre la capacità di avere un routing complesso, una migliore integrità del segnale e una migliore dissipazione del calore perché tutti gli strati interni possono essere utilizzati come piani di alimentazione e di massa. Significa anche che più strati consentono l'utilizzo di tecniche avanzate come le vie cieche e sepolte, che a loro volta aumentano le prestazioni complessive dei PCB multistrato.