Circuit imprimat

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără surse!
Această intrare sau secțiune referitoare la electronică nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .
Urme ale unui circuit tipărit. Fotografie de Paolo Monti , 1980.

Un circuit imprimat (în engleză „ circuit imprimat ”, acronim ca PCB ), în electronică , este un suport utilizat pentru interconectarea diferitelor componente electronice ale unui circuit prin piste conductoare gravate pe un material neconductiv.

De obicei, materialul folosit ca suport este vetronitul cuprat , adică o placă de fibră de sticlă (sau „fibră de sticlă”) acoperită cu un strat subțire de metal. Acest strat este ulterior sculptat cu tehnica de foto - gravare (prin acțiunea luminii și a acizilor) sau cu cea de frezare mecanică (folosind o mașină de frezat CNC).

Crestătura este utilizată pentru a crea piesele menționate anterior care vor interconecta diferitele componente ale circuitului proiectat. Pe scurt, circuitul tipărit poate fi definit ca placa pe care vor fi lipite toate componentele circuitului electronic realizat.

Abrevieri de identificare

Proiectarea unui circuit tipărit în stânga și realizarea în dreapta

În domeniul industrial italian, mulți se referă la circuitul tipărit cu inițialele „CS”. Acronimul mai internațional „PCB” înseamnă „Printed Circuit Board”; mai rar se folosește și sinonimul „PWB”, care înseamnă „Printed Wiring Board”. Uneori (dar în mod eronat) un circuit electronic complet este numit și „PCB”, adică format dintr-un circuit imprimat complet cu componente electronice deja lipite. În acest caz, abrevierea corectă este „PCBA” („Asamblarea plăcii de circuite imprimate”) [1] . Odată cu apariția LED-urilor de alimentare, a fost necesar un nou tip de circuit imprimat, capabil să disipeze căldura considerabilă produsă de noile LED-uri, definită „MCPCB”, abrevierea Metal Core Printed Circuit Board și caracterizată printr-un nucleu principal format din aluminiu sau cupru, metale cu o bună conductivitate termică.

Descriere

Funcții

Aceste circuite imprimate sunt utilizate pentru următoarele funcții:

  1. conexiunea electrică între diferitele componente electronice , astfel încât să constituie un circuit electric propriu-zis;
  2. suport mecanic pentru componente și accesorii (radiatoare, conectori etc.) , astfel încât să constituie un sistem în care fiecare componentă găsește o poziție geometrică precisă. Mai mult, fezabilitatea mecanică a suportului permite modelarea marginilor (prin frezare sau forfecare) astfel încât să permită carcasa mecanică a circuitului imprimat în containere chiar și de formă complexă.
  3. crearea directă a componentelor electronice pasive ; în cazuri particulare este, de asemenea, posibil să creați condensatori și inductori mici direct pe circuitul tipărit prin exploatarea adecvată a capacității parazitare dintre straturi și a geometriei dorite a pistelor.

Tipuri de circuite imprimate

În funcție de tipul de substrat și de procesul de producție, circuitul tipărit poate fi definit mecanic:

  • "rigid"
  • "flexibil"
  • „rigid-flexibil” format din părți rigide legate între ele prin secțiuni flexibile

În funcție de numărul de straturi conductoare prezente în circuitul tipărit, procesul de producție devine progresiv mai complex și mai scump. Pe baza complexității tehnologice, proporțională cu numărul de straturi, vorbim de:

  • „o singură față” sau „o singură față” (un singur strat conductor)
  • „dublă față” sau „două straturi” (două straturi conductoare)
  • „multistrat” (în majoritatea aplicațiilor cu între 4 și 8 straturi, dar este, de asemenea, posibil să creați 20 sau mai multe straturi)

În circuitele multistrat, numărul straturilor conductoare este teoretic o alegere, dar în mod normal acestea sunt prezente într-un număr par și sunt greu realizate într-un număr impar. Straturile sunt, de asemenea, denumite „straturi”.

Compoziţie

Un circuit imprimat rigid este alcătuit dintr-un substrat solid, plat și cu grosime constantă alcătuit din materiale care au caracteristici mai mult sau mai puțin auto-stingătoare și dintr-un laminat de cupru aderat pe una sau pe ambele fețe (în cazul PCB-urilor cu o singură și o dublă -plasat) sau chiar inserat între diferite grosimi ale substratului (în cazul PCB-urilor multistrat).

Substrat

Materialele de substrat sunt numite „materiale de bază”, există într-o gamă largă de soiuri și se disting în esență prin diferite proprietăți, cum ar fi rezistența dielectrică , factorul de merit (sau, dimpotrivă, factorul de pierdere ) și rezistența la temperaturi ridicate. Cel mai frecvent utilizat ca material de susținere este vetronitul , în timp ce, mult mai rar decât la început și pentru produse deosebit de ieftine, baquelita este, de asemenea, utilizată astăzi. Materialele mai mult sau mai puțin utilizate sunt:

  • FR-1, hârtie impregnată cu rășină fenolică , adesea denumită pur și simplu „bakelită”. La fel ca FR2, potrivit pentru temperaturi cuprinse între 105 ° C, uneori 130 ° C. Rezistență scăzută la umiditate și arcuri electrice.
  • FR-2 , hârtie impregnată cu rășină fenolică, cum ar fi FR-1, cu care împarte în mare măsură proprietățile.
  • FR-3, hârtie impregnată cu rășină epoxidică , pentru temperaturi de până la 105 ° C.
  • FR-4 , fibră de sticlă (țesătură) și rășină epoxidică, absorbție redusă a umezelii.
  • FR-5, fibră de sticlă și rășină epoxidică, rezistență mecanică ridicată și temperaturi ridicate, de obicei utilizabile până la 170 ° C.
  • FR-6, vată de sticlă (vrac) și rășină poliesterică .
  • G-10, fibră de sticlă și rășină epoxidică. Rezistență electrică ridicată, absorbție redusă a umidității, rezistență mecanică excelentă. Utilizabil până la 130 ° C.
  • G-11, fibră de sticlă și rășină epoxidică. Imunitate ridicată a solventului, menține rezistența mare la flexiune la temperaturi mai ridicate [2] . Utilizabil până la 170 ° C.
  • CEM-1, hârtie, fibră de sticlă și rășină epoxidică
  • CEM-2, hârtie și rășină epoxidică
  • CEM-3, vată de sticlă și rășină epoxidică
  • CEM-4, fibră de sticlă și rășină epoxidică
  • CEM-5, fibră de sticlă și rășină poliesterică.
  • Teflon (PTFE). Scump, cu pierderi dielectrice scăzute, pentru aplicații de înaltă frecvență (microunde), are o absorbție foarte mică a umidității (0,01%), dar este moale din punct de vedere mecanic. Dificil de laminat, este rar folosit în CS multistrat.
  • PTFE cu aditivi ceramici. Scump, cu pierderi dielectrice reduse, pentru aplicații de înaltă frecvență. Diferite raporturi ceramică / PTFE permit adaptarea la aplicația constantă de dilatare dielectrică și termică.
  • RF-35, PTFE cu aditivi ceramici și vetronitici. Mai puțin costisitor decât teflonul numai cu ceramică, are caracteristici mecanice bune și de înaltă frecvență. [3] [4]
  • Alumina , un tip de ceramică. Dur, fragil, foarte scump. Conductivitate termică excelentă.
  • Polimidă , de obicei Kapton , un polimer rezistent la temperatură. Scump, dar cu performanțe ridicate, cu toate acestea, are o absorbție ridicată a umidității (0,4%). Poate fi utilizat de la temperaturi criogenice până la peste 260 ° C.

Stratul conductor

Pe una sau ambele fețe exterioare ale substratului, se aplică un strat de cupru laminat având o grosime constantă și predeterminată cu un adeziv termoadeziv puternic compus dintr-o țesătură de sticlă impregnată cu rășină. Această grosime este indicată ca atare (în microni) sau ca „greutate în cupru pe suprafață (de substrat)” (în g / m 2 sau, în cazul măsurătorilor imperiale , în uncii pe picior 2 ), mai practic de tratat în fabricarea plăcilor de fază. Cea mai utilizată grosime, 35 microni, corespunde la aproximativ 300 de grame de cupru, pe m 2 de substrat (1 uncie / picior 2). Un strat mai mare de 900 g / m 2 , adică aproximativ 105 μm, este definit Cupru greu și este utilizat pentru curenți puternici sau pentru a disipa căldura unor componente montate pe el (deși cantități mai mici de căldură pot fi disipate și cu grosimi mai mici ). Grosimi de 150 și 600 g / m2 (17,5 și 70 um , respectiv) , sunt , de asemenea , de multe ori disponibile pe mai comune substrat FR4; mai rar există grosimi de 100 și 900 g / m 2 (12 și 105 µm). Tipuri particulare de CS pot utiliza grosimi diferite: de exemplu, circuitele flexibile folosesc de obicei grosimi mai mici decât cele menționate, în timp ce plăcile cu substrat metalic pentru componentele de putere pot atinge peste 400 µm. În plus față de cupru, pot fi utilizate diferite materiale conductoare, cum ar fi Argint-Paladiu (AgPd), Aur-Paladiu (AuPd) și altele; costul lor este totuși considerabil mai mare decât cuprul simplu și, prin urmare, sunt rezervate pentru anumite tipuri de PCBA.

Placa astfel obținută este perforată pentru a permite trecerea viitoare a terminalelor prin componentele electronice și mai ales pentru a realiza conexiunea electrică între etajele superioare și inferioare. Pentru a obține rețeaua necesară de conexiuni (șine și plăcuțe) de pe suprafața cuprului, se efectuează îndepărtarea chimică selectivă a excesului de cupru. Acest lucru are loc prin fotorezist depunere, expunerea fotografică , dezvoltarea și acidul corodare.

Conexiunea electrică între stratul de cupru superior și inferior are loc prin metalizarea tuturor găurilor realizate anterior: atât găurile în care vor fi introduse ulterior diferitele componente sunt metalizate, cât și așa-numitele "găuri via", realizate pentru talpă scopul conectării stratului superior la cel inferior; acest lucru este posibil printr-un proces delicat de depunere a cuprului galvanic numit „proces de metalizare”. Unul dintre cele mai frecvente procese implică depunerea ulterioară a unui metal; acest strat suplimentar de metal acționează ca un "metal rezistent", adică protejează cuprul depus.

Părțile celor două fețe externe de cupru care nu sunt destinate lipirii ulterioare a bornelor componente, care vor fi apoi montate pe circuitul tipărit, sunt protejate de oxidare și de contactele electrice nedorite cu o vopsea izolatoare.

În cele din urmă, se efectuează eventuala tipărire de scrieri, formulări, desene și alte indicații pe circuitul tipărit.

Pentru a ne asigura că circuitul tipărit nu prezintă anomalii electrice, la sfârșitul întregii procesări, circuitul tipărit este testat electric pentru a verifica funcționalitatea electrică.

În ultimii ani, o tehnologie s-a răspândit pe întreaga grosime a circuitului imprimat, adică găuri oarbe, care conectează una dintre fețele externe la unul dintre straturile interne și, prin urmare, sunt găurite la o adâncime controlată pe axa Z a circuitului . Această tehnică permite obținerea unei densități mai mari de conexiuni pe unitate de suprafață și devine aproape inevitabilă atunci când proiectantul dorește să monteze componente electronice de ultimă generație pe circuitul tipărit și în spații restrânse. Găurile mici orb sunt realizate cu ajutorul unui laser de precizie. Aceleași considerații se aplică și găurilor îngropate (în interiorul straturilor care alcătuiesc placa).

Tehnologii pentru asamblarea componentelor pe circuitul tipărit

THT / PTH

Rezistoare cu terminale metalice lungi

Tehnologia tradițională se numește „THT” (Tehnologie prin gaură) sau „PTH” (Pin Through Hole) deoarece implică utilizarea componentelor cu terminale metalice lungi pentru a fi introduse în găurile din circuitul tipărit. Ținute pe loc printr-un adeziv detașabil ulterior, componentele sunt apoi sudate pe plăcuțe (și pe orificiul ai cărui pereți sunt în mod normal metalizați pentru a întări etanșarea mecanică a componentului) prin intermediul unei scurte expuneri masive la o lipire topită (metodă de sudare) „un val”). În practică, circuitul tipărit cu componentele deja poziționate se face încet să alunece pe creasta unui val fix de lipit topit creat artificial într-un creuzet. În cazul circuitelor cu găuri metalizate, aliajul de lipit aderă ("ude") la plăcuțele de cupru și la bornele metalice ale componentelor și urcă de-a lungul găurii metalizate, umezind pereții și terminalul, până când este și el corect udă tamponul.cupru superior. Tehnologia găurilor metalizate este de obicei utilizată numai pentru un număr de straturi egal sau mai mare de două. În cazul circuitelor cu un singur strat (cu o singură față), este normal să nu se utilizeze metalizarea găurilor decât dacă este necesar în mod expres.

SMT

Începând cu anii 1960 și 1970, a fost dezvoltată și apoi introdusă o tehnică numită Surface Mounting Technology ( SMT ), care presupune asamblarea componentelor special concepute direct în contact cu suprafața circuitului tipărit. Componentele ( SMD , Surface Mounting Device ) sunt proiectate pentru a avea dimensiunea și greutatea minimă posibilă, iar contactele sunt alcătuite din metalizarea capetelor obiectului sau din terminații metalice scurte proeminente. O componentă SMD poate avea o amprentă egală cu o zecime dintr-o componentă tradițională și costă, inclusiv asamblarea, până la un sfert.

Placă electronică montată pe suprafață

Această tehnologie a permis, pe bună dreptate sau pe nedrept, o adevărată revoluție industrială în lumea circuitelor electronice și a preluat treptat de la sfârșitul anilor 1980, în comparație cu tehnologia tradițională PTH; oferă următoarele avantaje și dezavantaje:

  • oferă posibilitatea de a utiliza mașini automate puternice și rapide pentru a plasa componentele pe circuitul tipărit (mașini de poziționare Pick & Place, care pot ajunge la zeci de mii de componente pe oră), reducând totodată utilizarea forței de muncă în favoarea unei productivități mai mari;
  • permite lipirea componentelor electronice pe tampoane printr-un proces termic (numit "reflow" sau "reflow") mult mai controlabil și mai puțin stresant decât cel utilizat pentru componentele tradiționale (lipire "undă"). Pentru a realiza acest tip de lipire este necesar să plasați o cantitate foarte precisă de pastă de lipit printr-un proces de serigrafie pe tampoanele de cupru (numite „tampoane”), fără găuri, și pe suprafața cărora sunt terminale componentele se va odihni și se va ancora. împotriva pastei de lipit fără plumb și datorită caracteristicilor intrinseci ale pastei, nu are caracteristici de rezistență și flexibilitate comparabile cu aliajul tradițional de staniu / plumb Sn / Pb (non ROHS) și ulterior (chiar dacă cu calități mai scăzute) Sn / Ag sau Sn / Cu (ROHS), utilizate la producția de circuite imprimate lipite pe undă.
  • lipsa orificiilor pentru fixarea bornelor componentelor și necesitatea de a avea o coroană de ancorare pentru sudarea în jurul găurilor menționate permite utilizarea unor componente mult mai miniaturizate cu borne foarte mici, reducând drastic dimensiunea dispozitivelor electronice și costul materialelor necesare pentru a produce circuitul și componentele, pe de altă parte, o dimensiune fizică mai mică duce la o fiabilitate mai mică și o disipare termică mai mică în comparație cu componentele clasice cu orificiu de trecere (THT) de dimensiuni mai mari, în plus, dimensiunea redusă implică entuziastul sau simplul amator care nu are echipamente adecvate, o dificultate mai mare dacă nu imposibilitate în repararea sau proiectarea unui circuit cu această tehnologie.

Un alt aspect de luat în considerare al tehnologiei SMT se referă la miniaturizarea extremă a componentelor electronice și, în consecință, la dimensiunea tampoanelor de lipit, care nu oferă o suprafață de ancorare suficientă pentru a rezista la solicitări termice, ceea ce duce la un procent mai mare de defecțiuni, datorită ruperii sudurilor în principal din cauze termice; un exemplu foarte obișnuit este detașarea contactelor procesorelor grafice din plăcile principale ale computerelor și necesitatea de a efectua așa-numitul "reballing" sau re-sudarea completă a componentei cu echipamente speciale și costisitoare.

  • reduce numărul de găuri care trebuie găurite pe circuitul tipărit, deoarece găurile nu mai sunt necesare pentru a adăposti terminările componentelor. Pe de altă parte, „găurile via” fundamentale descrise mai sus sunt încă necesare și deseori, de asemenea, componentele de conectare, care, din păcate, fiind supuse tracțiunii în timpul funcționării lor, nu ar rezista la solicitare fără a fi fixate prin lipire prin circuitul tipărit.

Cele mai recente tehnologii au făcut posibilă producerea de conectori și componente de alimentare în SMT și, prin urmare, asamblarea circuitelor total SMT pentru aplicații în care este necesar să se reducă considerabil dimensiunile globale (de obicei telefoane celulare și dispozitive portabile de consum) cu toate avantajele și dezavantajele pe care le implică această tehnologie.

Înainte de poziționarea componentei, un strat subțire de pastă de lipit trebuie depus selectiv pe tampoanele destinate lipirii; acest lucru se obține în mod normal prin serigrafie, adică prin spatularea (de obicei cu mașini automate) a pastei de lipit prin deschiderile unui șablon metalic juxtapus aderând la circuitul imprimat. Pasta de lipit este alcătuită dintr-un amestec de micro-sfere metalice având o distribuție statistică precisă a diametrelor (așa-numitul „tip” al pastei), amestecat în proporții care să formeze - odată fuzionate împreună - un aliaj foarte specific. Setul de microsfere este păstrat agregat într-o formă păstoasă grație tensiunii superficiale a unui lichid numit flux , a cărui funcție este de a deoxida suprafețele metalice prin propria sa vaporizare în timpul procesului de sudare.

Componentele SMD sunt comercializate în pachete adecvate pentru cules automat; în special, bobinele cu bandă continuă de diferite diametre sunt utilizate pentru componente mai mici, tije conductive din plastic pentru circuite integrate de dimensiuni medii și tăvi de celule pentru cele mari, cum ar fi memoriile și microprocesoarele. În ultimii ani, chiar și aceste ultime două tipuri de ambalaje cedează treptat rolelor, chiar și pentru componentele cu dimensiuni importante.

O mașină automată (mașină de poziționare Pick & Place) preia componentele din pachete prin intermediul unor capete de aer de aspirație și le plasează exact în locația lor finală pe circuitul tipărit conform unui program de lucru extrapolat din sistemul CAD / CAE cu care master a fost proiectat.circuit.

Componentele sunt în general menținute în poziția lor până la faza de sudare de vâscozitatea pastei de lipit care stă la baza terminalelor componentei; în unele cazuri particulare, cum ar fi în cazul asamblării componentelor de pe ambele părți ale circuitului (atât deasupra cât și dedesubt), este, de asemenea, posibil să se utilizeze un punct de lipici pre-depus pe circuitul tipărit (în mod normal prin procesul de serigrafie sau manual cu seringi), de obicei această metodă este utilizată pentru componentele mai grele.

Circuitul, completat cu componente, este plasat pe o bandă transportoare care îl alimentează într-un cuptor electric împărțit în zone de preîncălzire, reflow și răcire, unde temperatura și ventilația pot fi reglate cu mare precizie și în conformitate cu profilele specifice, unele cuptoare ajunge chiar și la 24 de zone, împărțite în 12 TOP (partea superioară) și 12 BOT (partea inferioară): prin intermediul benzii transportoare circuitul avansează încet în zonele de trecere a cuptorului cu temperaturi crescând treptat. Odată ce a fost depășit punctul de topire a lipirii, pasta de lipit se re-topeste și aderă la suprafețele metalice neacoperite, creând astfel îmbinarea efectivă de lipit între circuitul tipărit și componentele electronice. Apoi circuitul traversează zone cu temperaturi scăzute pentru a permite o răcire treptată a materialelor.

Avantajele tehnologiei SMT, cum ar fi eficiența, viteza, reducerea costurilor și dimensiunilor, sunt în mare măsură contrabalansate de tehnologia clasică cu componente THT discrete, datorită simplității și mașinilor relativ puțin complexe necesare pentru producție, spre deosebire de tehnologia SMT care necesită o sistem de echipamente mult mai complex și mai scump.

Companii producătoare din Italia

Foarte dezvoltat până în anii 2000 , producția de circuite imprimate în Italia a scăzut drastic în 2013 . Majoritatea producțiilor au loc astăzi în Extremul Orient. Unele producții extrem de specializate și cu valoare adăugată ridicată rămân în Italia, dar cu volume reduse. Companiile de excelență implicate în proces sunt de aproximativ treizeci.

Printre marile companii istorice italiene, care nu mai sunt active astăzi, se numără:

Notă

  1. ^ O introducere cuprinzătoare a PCBA , pe pcbcart.com .
  2. ^ Bruce Carter, Op Amps for Everyone , Newnes, ISBN 9780080949482 .
  3. ^ Un substrat RF / microunde de înaltă performanță, economic , pe microwavejournal.com , Microwavejournal.
  4. ^ Foaie tehnică RF-35 ( PDF ), pe multi-circuit-boards.eu , Taconic. Găzduit pe Multi-CB.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 13210 · LCCN (EN) sh85106738 · GND (DE) 4019627-6 · BNF (FR) cb11936916s (data)
Adus din „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Circuito_stampato&oldid=122072614 ”