Introduzione ai circuiti stampati & Tipi di PCB

Che cos'è un PCB?

Le schede a circuito stampato (PCB) sono le schede utilizzate come base nella maggior parte dei dispositivi elettronici, sia come elemento di supporto fisico sia come area di cablaggio per i componenti montati in superficie e quelli su zoccolo. Le PCB sono più comunemente realizzate in fibra di vetro, resina epossidica composita o in un altro materiale composito.

La maggior parte dei PCB per l’elettronica semplice è elementare ed è composta da un solo strato. L’hardware più sofisticato, come le schede grafiche dei computer o le schede madri, può avere più strati, talvolta fino a dodici.

Sebbene i PCB siano più spesso associati ai computer, possono essere trovati inmolti altri dispositivi elettronicicome TV, radio, fotocamere digitali e telefoni cellulari. Oltre al loro impiego nell’elettronica di consumo e nei computer, diversi tipi di PCB sono utilizzati in una varietà di altri settori, tra cui:

•Dispositivi medici. I prodotti elettronici sono ora più densi e consumano meno energia rispetto alle generazioni precedenti, rendendo possibile testare nuove ed entusiasmanti tecnologie mediche. La maggior parte dei dispositivi medici utilizza unPCB ad alta densità, che viene utilizzato per creare il design più piccolo e più denso possibile. Questo aiuta ad alleviare alcuni dei vincoli unici legati allo sviluppo di dispositivi per il settore medico, dovuti alla necessità di dimensioni ridotte e peso leggero. I PCB si sono fatti strada in tutto, dai piccoli dispositivi, come i pacemaker, ai dispositivi molto più grandi come le apparecchiature a raggi X o le macchine per la TAC.

•Macchinari industriali. I PCB sono comunemente utilizzati nei macchinari industriali ad alta potenza. Nei casi in cui gli attuali PCB in rame da un'oncia non soddisfano i requisiti,PCB in rame spessopossono essere utilizzati al loro posto. Esempi di situazioni in cui PCB in rame più spesso sarebbero vantaggiosi includono i controllori di motori, i caricabatterie per batterie ad alta corrente e i tester di carico industriali.

•Illuminazione. Man mano che le soluzioni di illuminazione a LED diventano sempre più popolari grazie al loro basso consumo energetico e all’elevata efficienza, anchePCB con supporto in alluminioche vengono utilizzati per realizzarli. Questi PCB fungono da dissipatori di calore e consentono livelli più elevati di trasferimento di calore rispetto a unPCB standard. Questi stessi PCB con supporto in alluminio costituiscono la base sia per le applicazioni LED ad alto flusso luminoso sia per le soluzioni di illuminazione di base.

•Industrie automobilistiche e aerospazialiSia l’industria automobilistica che quella aerospaziale utilizzano PCB flessibili, progettati per resistere agli ambienti ad alta vibrazione che sono comuni in entrambi i settori. A seconda delle specifiche e del design, possono anche essere molto leggeri, caratteristica necessaria nella produzione di componenti per i settori dei trasporti. Sono inoltre in grado di adattarsi agli spazi ristretti che possono essere presenti in queste applicazioni, ad esempio all’interno dei pannelli degli strumenti o dietro l’indicatore sul cruscotto.

Esistono diversi tipi di circuiti stampati, ognuno con le proprie specifiche di produzione, tipologie di materiali e utilizzi:

PCB monostrato

Un PCB monostrato o monofaccia è un circuito stampato realizzato con un singolo strato di materiale di base o substrato. Un lato del materiale di base è rivestito con un sottile strato di metallo. Il rame è il rivestimento più comune grazie alle sue ottime proprietà di conduttore elettrico. Una volta applicata la placcatura di rame di base, di solito viene applicata una maschera di saldatura protettiva, seguita dall’ultimo strato di serigrafia per contrassegnare tutti gli elementi sulla scheda.

Poiché i PCB monostrato/monofaccia hanno tutti i loro vari circuiti e componenti saldati su un solo lato, sono facili da progettare e da produrre. Questa diffusione fa sì che possano essere acquistati a basso costo, soprattutto per ordini di grandi volumi. Il modello a basso costo e ad alto volume fa sì che siano comunemente utilizzati per una varietà di applicazioni, tra cui calcolatrici, fotocamere, radio, apparecchiature stereo, unità a stato solido, stampanti e alimentatori.

PCB a doppio strato

I PCB a doppio strato o a doppia faccia hanno un materiale di base con un sottile strato di metallo conduttivo, come il rame, applicato su entrambi i lati della scheda. I fori praticati attraverso la scheda permettono ai circuiti su un lato di collegarsi ai circuiti sull’altro lato.

I circuiti e i componenti di un PCB a doppio strato sono solitamente collegati in uno di due modi: utilizzando un foro passante oppure con il montaggio superficiale. Un collegamento a foro passante significa che piccoli fili, chiamati terminali, vengono inseriti nei fori e ciascuna estremità dei terminali viene poi saldata al componente corretto.

I PCB a montaggio superficiale non utilizzano fili come connettori. Al contrario, molti piccoli terminali vengono saldati direttamente sulla scheda, il che significa che la scheda stessa viene utilizzata come superficie di cablaggio per i diversi componenti. Questo consente di completare i circuiti utilizzando meno spazio, liberando spazio per permettere alla scheda di svolgere più funzioni, di solito a velocità più elevate e con un peso inferiore rispetto a quanto consentirebbe una scheda a foro passante.

I PCB a doppia faccia sono tipicamente utilizzati in applicazioni che richiedono un livello intermedio di complessità del circuito, come controlli industriali, alimentatori, strumenti di misura, sistemi HVAC, illuminazione a LED, cruscotti automobilistici, amplificatori e distributori automatici.

PCB multistrato

I PCB multistrato sono costituiti da una serie di tre o più PCB a doppio strato. Queste schede vengono quindi fissate insieme con una colla specializzata e racchiuse tra strati di materiale isolante per garantire che il calore in eccesso non sciolga alcun componente. I PCB multistrato sono disponibili in una varietà di dimensioni, da un minimo di quattro strati fino a dieci o dodici. Il PCB multistrato più grande mai realizzato aveva uno spessore di 50 strati.

Con molti strati dicircuiti stampati, i progettisti possono realizzare progetti molto spessi e complessi, adatti a un'ampia gamma di complicati compiti elettrici.Applicazioni in cui i PCB multistratosarebbero utili includono server di file, archiviazione dati, tecnologia GPS, sistemi satellitari, analisi meteorologica e apparecchiature mediche.

PCB rigido

I PCB rigidi sono realizzati con un materiale di substrato solido che impedisce alla scheda di piegarsi. Probabilmente l’esempio più comune di PCB rigido è la scheda madre di un computer. La scheda madre è un PCB multistrato progettato per distribuire l’elettricità dall’alimentatore consentendo al contempo la comunicazione tra tutte le numerose parti del computer, come CPU, GPU e RAM.

Le PCB rigidi costituiscono forse il numero più elevato di PCB prodotti. Questi PCB vengono utilizzati ovunque sia necessario che il PCB stesso venga configurato in una forma e rimanga tale per l’intera durata di vita del dispositivo. I PCB rigidi possono essere qualsiasi cosa, da un semplice PCB monostrato fino a un PCB multistrato a otto o dieci strati.

Tutti i PCB rigidi hanno strutture a singolo strato, doppio strato o multistrato, quindi condividono tutte le stesse applicazioni.

PCB flessibile

A differenza dei PCB rigidi, che utilizzano materiali non flessibili come la fibra di vetro,circuiti stampati flessibiliè realizzato con materiali che possono flettersi e muoversi, come la plastica. Come i PCB rigidi, i PCB flessibili sono disponibili in formati a uno, due o più strati. Poiché devono essere stampati su un materiale flessibile, i PCB flessibili costano di più per la fabbricazione.

Tuttavia, i PCB flessibili offrono molti vantaggi rispetto ai PCB rigidi. Il più evidente di questi vantaggi è il fatto che sono flessibili. Ciò significa che possono essere piegati oltre i bordi e avvolti attorno agli angoli. La loro flessibilità può portare a risparmi in termini di costi e peso, poiché un singolo PCB flessibile può essere utilizzato per coprire aree che potrebbero richiedere più PCB rigidi.

I PCB flessibili possono anche essere utilizzati in aree che potrebbero essere soggette a rischi ambientali. Per farlo, vengono semplicemente realizzati utilizzando materiali che possono essere impermeabili, antiurto, resistenti alla corrosione o agli oli ad alta temperatura, un’opzione che i tradizionali PCB rigidi potrebbero non avere.

PCB rigido-flessibile

Circuiti rigido-flessibilicombina il meglio di entrambi i mondi quando si tratta dei due tipi generali più importanti di schede PCB. Le schede rigido-flessibili sono costituite da più strati di PCB flessibili collegati a diversi strati di PCB rigidi.

I PCB flessibili-rigidi presentano molti vantaggi rispetto all’uso esclusivo di PCB rigidi o flessibiliper determinate applicazioni. Innanzitutto, i circuiti rigido-flessibili hanno un numero di componenti inferiore rispetto ai tradizionali circuiti rigidi o flessibili, perché le opzioni di cablaggio di entrambi possono essere combinate in un’unica scheda. La combinazione di circuiti rigidi e flessibili in un’unica scheda rigido-flessibile consente inoltre un design più lineare, riducendo le dimensioni complessive della scheda e il peso del package.

I PCB flessibili-rigidi si trovano più spesso in applicazioni in cui lo spazio o il peso sono le principali preoccupazioni, tra cui telefoni cellulari, fotocamere digitali, pacemaker e automobili.

PCB ad alta frequenza

Il PCB ad alta frequenza si riferisce a un elemento generale di progettazione PCB, piuttosto che a un tipo di costruzione PCB come i modelli precedenti.PCB ad alta frequenzaè progettato per trasmettere segnali oltre un gigahertz.

Alta frequenzaMateriali PCBspesso includono laminato epossidico rinforzato con vetro di grado FR4, resina di ossido di polifenilene (PPO) e Teflon. Il Teflon è una delle opzioni più costose disponibili a causa della sua costante dielettrica ridotta e stabile, delle ridotte perdite dielettriche e della complessiva bassa assorbenza d’acqua.

Quando si sceglie un circuito stampato ad alta frequenza e il corrispondente tipo di connettore PCB, è necessario considerare molti aspetti, tra cui la costante dielettrica (DK), la dissipazione, le perdite e lo spessore del dielettrico.

Il più importante di questi è il Dk del materiale in questione. I materiali con un’elevata probabilità di variazione della costante dielettrica spesso presentano variazioni di impedenza, che possono disturbare le armoniche che compongono un segnale digitale e causare una perdita complessiva dell’integrità del segnale digitale, uno degli aspetti che i PCB ad alta frequenza sono progettati per prevenire.

Altre cose da considerare nella scelta dei tipi di schede e connettori per PC da utilizzare nella progettazione di un PCB ad alta frequenza sono:

•Perdita dielettrica (DF), che influisce sulla qualità della trasmissione del segnale. Una minore quantità di perdita dielettrica potrebbe causare una piccola quantità di dispersione del segnale.

•Dilatazione termicaSe i coefficienti di dilatazione termica dei materiali utilizzati per realizzare il PCB, come il foglio di rame, non sono gli stessi, i materiali potrebbero separarsi tra loro a causa delle variazioni di temperatura.

•Assorbimento d'acqua. Grandi quantità di assunzione di acqua influenzeranno la costante dielettrica e la perdita dielettrica del PCB, soprattutto se viene utilizzato in ambienti umidi.

•Altre resistenzeI materiali utilizzati nella costruzione di un PCB ad alta frequenza dovrebbero avere una valutazione elevata in termini di resistenza al calore, resistenza agli urti e resistenza alle sostanze chimiche pericolose, secondo necessità.

PCB con retrostrato in alluminio

I PCB con supporto in alluminio sono progettati in modo molto simile alle loro controparti con supporto in rame. Tuttavia, invece della consueta vetroresina utilizzata nella maggior parte dei tipi di PCB,circuito stampato in alluminioutilizzare un circuito stampato con substrato in alluminio o rame.

Il supporto in alluminio è rivestito con un materiale termicamente isolante progettato per avere una bassa resistenza termica, il che significa che meno calore viene trasferito dal materiale isolante al supporto. Una volta applicato l’isolante, viene applicato uno strato di circuito in rame, con uno spessore che varia da un’oncia a dieci.

I PCB con supporto in alluminio presentano numerosi vantaggisu PCB con supporto in fibra di vetro, inclusi:

•Basso costo. L'alluminio è uno dei metalli più abbondanti sulla Terra, costituendo l'8,23% del peso del pianeta. L'alluminio è facile ed economico da estrarre, il che contribuisce a ridurre i costi nel processo di produzione. Pertanto, realizzare prodotti con l'alluminio è meno costoso.

•Ecologico. L'alluminio è atossico e facilmente riciclabile. Grazie alla sua facilità di assemblaggio, la produzione di circuiti stampati in alluminio è anche un buon modo per risparmiare energia.

•Dissipazione del caloreL’alluminio è uno dei migliori materiali disponibili per dissipare il calore dai componenti cruciali dei circuiti stampati. Invece di disperdere il calore nel resto della scheda, lo trasferisce all’aria aperta. Un PCB in alluminio si raffredda più rapidamente di un PCB in rame di dimensioni equivalenti.

•Durabilità del materialeL’alluminio è molto più resistente di materiali come la vetroresina o la ceramica, soprattutto nei test di caduta. L’uso di materiali di base più robusti contribuisce a ridurre i danni durante la produzione, la spedizione e l’installazione.

Tutti questi vantaggi rendono il PCB in alluminio un’ottima scelta per applicazioni che richiedono elevati livelli di potenza con tolleranze molto ristrette, tra cui semafori, illuminazione automobilistica, alimentatori, controllori di motori e circuiti ad alta corrente.

Oltre a questi principali ambiti di utilizzo, i PCB con supporto in alluminio possono essere impiegati anche in applicazioni che richiedono un elevato grado di stabilità meccanica o in cui il PCB potrebbe essere soggetto a forti sollecitazioni meccaniche. Sono meno soggetti alla dilatazione termica rispetto a una scheda in vetroresina, il che significa che gli altri materiali presenti sulla scheda, come il foglio di rame e l’isolante, avranno minori probabilità di staccarsi, prolungando ulteriormente la durata del prodotto.

Nel corso degli anni, i PCB si sono evoluti dai semplici PCB monostrato utilizzati in dispositivi elettronici come le calcolatrici a sistemi più complessi, come i circuiti in Teflon ad alta frequenza. I PCB hanno trovato applicazione in quasi ogni settore del pianeta, dall’elettronica semplice, come le soluzioni di illuminazione, fino ai settori più complessi, come la tecnologia medica o aerospaziale.

L’evoluzione dei PCB ha inoltre favorito lo sviluppo dei materiali di costruzione dei PCB: non vengono più realizzati esclusivamente con fogli di rame supportati da fibra di vetro. I nuovi materiali di costruzione includono alluminio, Teflon e persino plastiche flessibili. Le plastiche flessibili e l’alluminio, in particolare, hanno stimolato la creazione di prodotti come i PCB rigido-flessibili e quelli con supporto in alluminio, per affrontare i problemi comuni associati a molti settori.

Affidati a PCBCart per tutte le tue esigenze di produzione di PCB

Che tu abbia bisogno di un semplice PCB monostrato o di un PCB multistrato estremamente complesso a 30 strati, PCBCart può trasformare le tue idee in realtà. Offriamo servizi di fabbricazione per un’ampia varietà di PCB, da quelli standard in vetroresina ai PCB rigido-flessibili. PCB ad alta frequenza e PCB con supporto in alluminio sono inoltre disponibili per applicazioni specifiche.

Ottieni il prezzo di fabbricazione PCB FR4 in pochi secondi

Vuoi ottenere il prezzo di fabbricazione di PCB speciali come PCB flessibili, PCB rigido‑flessibili, PCB in alluminio, PCB Rogers, ecc.? Semplicementecontattacie invia il tuo file Gerber e i requisiti relativi ai materiali e alle quantità, ti comunicheremo presto il prezzo.

Offriamo anchecircuito stampato prototipoper aiutarti a ottenere il giusto design PCB prima della produzione completa. Evitare errori costosi può farti risparmiare migliaia nell’arco del progetto. Tutti i nostri progettisti sono conformi ai sistemi di gestione della qualità ISO9001:2008 e il nostro reparto di controllo qualità interno verificherà che il tuo prototipo soddisfi sia i nostri che i tuoi elevati standard prima che te lo inviamo. A seconda dei requisiti, la maggior parte dei PCB prototipali può essere realizzata in 4-5 giorni quando hai bisogno di prototipazione di qualità in tempi rapidi.

Ottieni un preventivo immediato per la prototipazione rapida di PCB

Una volta che il tuo PCB è stato fabbricato o prototipato, offriamo anche servizi di assemblaggio. Possiamo occuparci di tutto, dall’assemblaggio di prototipi all’assemblaggio PCB in conto lavoro, all’assemblaggio PCB chiavi in mano e all’assemblaggio parziale o completo, a seconda delle tue esigenze specifiche. Possiamo inoltre gestire un’ampia varietà di quantità, da assemblaggi a basso volume e ad alta varietà fino aassemblaggio PCB ad alto volumeTutti i nostri servizi chiavi in mano sono conformi agli standard IPC Classe 3 e sono certificati ISO 9001:2008.

PCBCartpuò gestire le basi della progettazione PCB, come i montaggi superficiali o i collegamenti a foro passante, ma anche prodotti più complessi con assemblaggio misto. Come parte del nostro controllo qualità, offriamo test di progettazione per la producibilità (DFM). Possiamo anche eseguire test di funzionalità specifici in base alle vostre esigenze per garantire che i PCB che realizziamo soddisfino le specifiche di progettazione da cui sono stati creati.

Richiedi il prezzo di assemblaggio per i tuoi PCB personalizzati

Ottieni maggiori informazioni su PCBCart qui:
•I vantaggi di PCBCart rispetto ad altri produttori di PCB - Perché dovresti scegliere PCBCart?
•Servizio standard di fabbricazione PCB con molteplici opzioni a valore aggiunto
•Servizio di prototipazione PCB rapida
•Servizio di fabbricazione di PCB in alluminio
•Servizio di fabbricazione di PCB flessibili
•Servizio di fabbricazione di PCB flessibili-rigidi
•Servizio di fabbricazione PCB ad alta frequenza
•Servizio di fabbricazione di PCB in rame spesso
•Servizio di fabbricazione PCB ad alto Tg
•Servizio di fabbricazione di PCB senza alogeni