Come fase preliminare prima di progettare un circuito stampato, è necessario decidere se utilizzare un PCB a singolo strato o multistrato. Entrambi i tipi di progettazione sono comuni in una varietà di dispositivi di uso quotidiano. Quello più adatto a te dipende dal progetto per cui lo utilizzerai. I dispositivi più complessi utilizzano tipicamente schede multistrato, mentre quelli più semplici possono trarre vantaggio da schede a singolo strato. Questo articolo spiegherà le differenze essenziali tra di essi, nonché come scegliere il tipo corretto per il tuo progetto.
PCB a strato singolo vs. multistrato: qual è la differenza?
Probabilmente puoi intuire qual è la differenza significativa tra questi due tipi di PCB in base ai loro nomi. Le schede monostrato hanno un solo strato di materiale di base, noto anche come substrato, mentre i PCB multistrato ne hanno molteplici. Una volta che esaminerai più da vicino i tre principali tipi di schede PCB, vedrai che ci sono molte altre differenze nel modo in cui sono costruite e nel modo in cui funzionano.
1. PCB monostrato
Le schede monostrato, talvolta chiamate schede monofaccia, hanno i componenti su un lato della scheda e un circuito conduttore sul lato opposto. Hanno un solo strato di materiale conduttivo, tipicamente rame. Una scheda monostrato è composta da uno strato di substrato, uno strato di metallo conduttivo e quindi uno strato protettivosolder maske serigrafia. Troverai circuiti stampati monostrato in molti dispositivi elettronici più semplici.
2. PCB a doppia faccia
Puoi anche utilizzare una scheda a doppio strato o a doppia faccia, che ha più strati rispetto a una scheda a strato singolo ma meno rispetto a una multistrato. I PCB a doppia faccia, come la variante a faccia singola, hanno un solo strato di substrato. La differenza è che presentano uno strato di metallo conduttivo su entrambi i lati del substrato.
I circuiti e i componenti su un lato della scheda sono collegati a quelli sull’altro lato tramite uno dei due metodi:
• Fori passanti:I fori passanti sono piccoli fori praticati attraverso la scheda nei quali vengono inseriti i fili, chiamati terminali, che vengono poi saldati al componente corretto.
• Montaggi superficiali:Questi PCB utilizzano terminali saldati direttamente sulla scheda. La scheda stessa diventa la superficie di cablaggio per i componenti, il che consente ai circuiti di occupare meno spazio.
3. PCB multistrato
PCB multistratosono costituiti da tre o più schede bifacciali impilate una sopra l’altra. Teoricamente, possono contenere tutte le schede di cui si può avere bisogno, ma la più grande mai realizzataera spesso 129 strati di spessoreIn genere presentano un numero pari di strati compreso tra quattro e dodici: quantità dispari possono causare problemi come deformazioni e torsioni dopo la saldatura.
Ogni strato di substrato in una scheda multistrato ha un metallo conduttivo su entrambi i lati. Le schede sono unite insieme utilizzando un tipo speciale di adesivo e tra ogni scheda è presente un materiale isolante. Sui bordi più esterni della scheda multistrato si trovano le maschere di saldatura.
I percorsi noti come vias consentono ai diversi strati di condurre l’uno con l’altro. Questi percorsi rientrano in tre gruppi:
• A foro passante:Passa attraverso ogni strato della tavola
• Cieco:Collega uno strato esterno a uno interno
• Sepolto:Collega due strati interni, rendendoli invisibili dall'esterno
Le schede multistrato compaiono tipicamente in dispositivi più complessi che richiedono un numero elevato di connessioni.
Vantaggi dei PCB a singolo strato
I PCB monostrato presentano diversi vantaggi rispetto ad altri tipi di schede che, a seconda dei requisiti del tuo progetto, potrebbero renderli la tua scelta preferita di PCB. Questi includono:
• Costo inferiore:Poiché i PCB monostrato sono più semplici dei PCB a doppia faccia e multistrato, richiedono meno risorse, meno tempo e meno competenze per essere progettati e prodotti. Questo li rende meno costosi. Se è possibile utilizzare una scheda monofaccia senza sacrificare qualità e prestazioni, la maggior parte delle persone lo fa per i vantaggi economici. Quando si tratta di PCB a uno strato rispetto a quelli multistrato, il costo inferiore è uno dei vantaggi significativi delle schede monofaccia.
• Design e produzione più semplici:Le schede monofaccia sono relativamente semplici e anche molto comuni, il che significa che la maggior parte dei progettisti può progettarle facilmente e la maggior parte dei produttori può realizzarle senza alcun problema. I processi di progettazione e produzione saranno semplici rispetto alle schede a circuito stampato multistrato e produrranno risultati costantemente positivi. Quasi qualsiasi azienda di PCB può produrre schede monostrato grazie alla loro semplicità.
• Alto volume:La facilità con cui queste schede possono essere prodotte significa che puoi ordinarle in grandi volumi senza incorrere in problemi. Poiché quantità maggiori ridurranno ulteriormente il prezzo per scheda, gli ordini all’ingrosso sono uno dei modi migliori per ottenere il massimo valore dalle PCB monofaccia.
• Breve tempo di consegna:Le schede monostrato possono essere prodotte rapidamente grazie alla loro semplicità e al fatto che richiedono meno risorse rispetto ai PCB multistrato. Questo le rende la scelta perfetta nei casi in cui hai bisogno di PCB in tempi brevi anche in grandi volumi.
Svantaggi dei PCB a singolo strato
Nonostante i loro vantaggi in termini di costo e altri benefici, le schede a singolo strato non sono la scelta giusta per ogni progetto a causa delle limitazioni che presentano, tra cui:
• Design semplicisticoLa semplicità delle schede a singolo strato è uno dei loro maggiori vantaggi, ma rappresenta anche una limitazione sostanziale. Per i dispositivi più complessi che richiedono un numero maggiore di componenti e connessioni, un singolo strato non offre spazio o capacità sufficienti. Se i fili si incrociano, il dispositivo non funzionerà correttamente, quindi è fondamentale che la scheda disponga di spazio sufficiente per ospitare tutti gli elementi. I progetti più complessi semplicemente non possono essere realizzati su PCB monofaccia.
• Velocità inferiore e minore capacità operativa:Il numero limitato di connessioni su queste schede influisce anche sulla loro potenza e velocità. Questi progetti meno densi non sono così robusti come quelli con più circuiti e hanno una capacità operativa inferiore. Potrebbero non avere potenza sufficiente per alcune applicazioni.
• Dimensioni maggiori e peso più elevato:Per aggiungere funzionalità a una scheda monofaccia, è necessario aumentarne le dimensioni invece di aggiungere un altro strato, come si potrebbe fare con un PCB multistrato. Si potrebbero usare più schede separate, ma un’unica scheda multistrato potrebbe probabilmente soddisfare gli stessi requisiti. Aumentare le dimensioni o il numero di schede in un dispositivo aumenta anche il peso del prodotto finale.
PCB monostrato: valutare pro e contro
Per determinare se un PCB a singolo strato è adatto a te, devi considerare i requisiti del tuo progetto e se le schede monofaccia hanno le capacità necessarie per soddisfarli. Per i dispositivi più semplici, sono di solito la scheda preferita grazie al loro basso costo e ai tempi di produzione rapidi. Per i progetti più complessi, però, spesso non offrono funzionalità sufficienti.
Valuta i vantaggi e gli svantaggi dei PCB monostrato prima di decidere di utilizzarli. In sintesi, i pro e i contro dei PCB monostrato includono:
Pro:
• Costo inferiore
• Design e produzione più semplici
• Capacità di essere prodotto in grandi volumi
• Tempi di consegna più brevi
Contro:
• Troppo semplicistico per progetti complessi
• Capacità operativa inferiore
• Velocità ridotta
• Dimensioni maggiori
• Peso maggiore
I PCB monofaccia sono il tipo di componente giusto per te? Se soddisfano i criteri del tuo progetto e i vantaggi sopra elencati superano gli svantaggi, probabilmente lo sono.
Applicazioni PCB a singolo strato
Queste schede sono scelte popolari per un'ampia varietà di dispositivi elettronici grazie al loro basso costo e alla relativa facilità con cui possono essere prodotte. Sebbene le schede multistrato stiano recuperando terreno man mano che l'elettronica diventa più complessa, le schede monostrato sono state storicamente il tipo più comune. Si trovano spesso in dispositivi che hanno una funzione specifica e non richiedono l'archiviazione di grandi quantità di dati o l'accesso a Internet, anche se non è sempre così.
Troverai PCB monostrato in molti piccoli elettrodomestici, come le macchine da caffè. Sono anche la tecnologia alla base della maggior parte delle calcolatrici, radio, stampanti e luci a LED. Dispositivi di archiviazione più semplici, come le unità a stato solido, spesso utilizzano PCB monofaccia, così come componenti quali alimentatori e molti diversi tipi di sensori.
Vantaggi dei PCB multistrato
Sebbene le schede a singolo strato abbiano i loro vantaggi, i design multistrato sono più vantaggiosi per alcune applicazioni. Per alcuni dispositivi è persino necessario avere più strati. I vantaggi dei PCB multistrato più complessi includono:
• Utile per progetti più complessi:I dispositivi più complessi, che coinvolgono un numero maggiore di circuiti e componenti, spesso richiedono l’uso di un PCB multistrato. Se sono necessari più circuiti di quanti ne possano essere ospitati su una singola scheda, è possibile aggiungere spazio aggiungendo ulteriori strati. Disporre di più schede garantisce spazio sufficiente per le connessioni, rendendo questa soluzione ideale per i dispositivi più avanzati. I dispositivi con molteplici utilizzi e funzionalità avanzate, come gli smartphone, richiedono questo livello di complessità.
• Alta qualità:Le schede multistrato richiedono una pianificazione più accurata e processi di produzione più intensivi, quindi di conseguenza sono generalmente di qualità superiore rispetto ad altri tipi di schede. La progettazione e la produzione di queste schede richiedono competenze maggiori e strumenti più avanzati rispetto a quelli necessari per componenti più semplici, aumentando la probabilità di ottenere un prodotto di altissima qualità. Molti di questi progetti includono funzionalità avanzate di impedenza controllata e schermatura dalle interferenze elettromagnetiche, migliorando ulteriormente le prestazioni.
• Potenza aggiunta:Grazie alla maggiore densità dei circuiti dei PCB multistrato, essi sono più potenti rispetto ai progetti meno complessi. Hanno una capacità operativa superiore e possono funzionare a velocità più elevate, caratteristica spesso necessaria per i dispositivi avanzati che alimentano e che consente prestazioni migliorate.
• Maggiore durata:Avere più strati significa che la scheda è più spessa e, quindi, più resistente rispetto ai PCB monofaccia. Questo è un altro motivo per cui aggiungere funzionalità tramite strati aggiuntivi è preferibile rispetto ad aumentare le dimensioni di un singolo strato. Questa maggiore resistenza significa che le schede possono sopportare condizioni più difficili e spesso durano più a lungo.
• Dimensioni più piccole e peso più leggero:I PCB multistrato raggiungono questa maggiore durata pur mantenendo dimensioni relativamente ridotte e un peso contenuto. Poiché sovrappongono più strati uno sopra l’altro, è possibile concentrare più funzionalità in uno spazio più ristretto rispetto ad altre schede. Questa dimensione inferiore si traduce anche in un peso minore. Una scheda a singolo strato dovrebbe essere piuttosto grande per eguagliare le funzionalità di una scheda multistrato. Si potrebbe anche potenzialmente ottenere lo stesso risultato usando più schede a singolo strato, ma ciò aumenterebbe comunque le dimensioni e il peso del prodotto finale.
• Punto di connessione singolo:L'utilizzo di più componenti PCB richiederebbe più punti di connessione. Le schede multistrato, invece, sono progettate per funzionare con un unico punto di connessione, semplificando il design del dispositivo elettronico e riducendone ulteriormente il peso. Quando si decide se utilizzare più schede monofaccia oppure una sola scheda a circuito stampato multistrato, la scheda multistrato è solitamente la scelta migliore.
Svantaggi dei PCB multistrato
Tuttavia, le funzionalità avanzate e gli altri vantaggi offerti dalle schede multistrato hanno un prezzo. Questi svantaggi significano che potrebbero non essere la scelta ideale per ogni tipo di progetto. Essi includono:
• Costi più elevati:La progettazione e la produzione di schede con più strati è più costosa rispetto alla realizzazione di schede con uno o due soli strati. Richiede più risorse, più tempo e maggiori competenze, il che fa aumentare il prezzo. Assicurati sempre che i vantaggi di un componente multistrato superino i costi. Se non è necessario avere più di due strati, potresti voler mantenere un PCB a singolo strato.
• Progettazione e produzione più complicate:La progettazione e la produzione di schede multistrato è un processo più complesso e articolato rispetto alla realizzazione di schede monostrato. Ciò significa che hai bisogno di progettisti e produttori altamente qualificati, dotati di attrezzature specializzate. È anche più probabile che tu riscontri difficoltà durante l’intero processo, soprattutto se non disponi delle risorse necessarie.
• Minore disponibilità:A causa della specializzazione richiesta dalle schede multistrato, non tutti i produttori o fornitori sono in grado di produrle o fornirle in modo affidabile. Potresti renderti conto che è più difficile trovare l’azienda giusta con cui collaborare per progettare, produrre o riparare una scheda con un numero elevato di strati. Se una scheda necessita di riparazioni, potrebbe anche essere più difficile trovare qualcuno in grado di sistemarla.
• Tempi di consegna più lunghi:La progettazione e la produzione di schede multistrato richiedono anche più tempo rispetto alla realizzazione di schede monostrato. Ci sono più componenti da considerare, che devono essere tutti fissati tra loro per formare un’unica scheda a partire dai vari strati. Anche questi processi sono più complessi, il che aumenta i tempi di consegna. Se hai bisogno che le tue schede vengano realizzate rapidamente, l’uso di PCB multistrato potrebbe non fare al caso tuo. Se si verifica un errore durante il processo di produzione o desideri modificare il progetto, il rilavoro può richiedere moltissimo tempo e potrebbe essere impossibile senza sostituire dei componenti, aumentando i costi dei materiali.
• Riparazioni più complesse:I PCB multistrato sono relativamente affidabili, ma se qualcosa va storto, la complessità del loro design può rendere le riparazioni più difficili. Se si verifica un problema con un componente elettronico o se la scheda subisce un danno fisico, può essere più difficile identificare il problema perché alcuni degli strati interni e le vias che li collegano non sono visibili dall’esterno. L’elevato numero di componenti presenti sulla scheda rende inoltre le riparazioni più impegnative e dispendiose in termini di tempo.
PCB multistrato: valutare pro e contro
I circuiti stampati multistrato sono perfetti per il tuo dispositivo elettronico? Se il dispositivo si colloca all’estremità più complessa dello spettro, potrebbero davvero esserlo. Preparati però a pagare di più per la maggiore funzionalità e gli altri vantaggi. Valuta i benefici e gli svantaggi della scelta di PCB multistrato, così come le esigenze del tuo progetto e le risorse che puoi dedicare all’approvvigionamento delle schede. I pro e i contro dei PCB multistrato includono:
Pro:
• Capacità di gestire funzionalità più complesse
• Qualità superiore
• Maggiore potenza, capacità operativa e velocità
• Maggiore durata
• Dimensioni più piccole e peso ridotto
• Punto di connessione singolo
Contro:
• Costi più elevati
• Progettazione e produzione più complicate
• Disponibilità limitata
• Tempi di consegna più lunghi
• Riparazioni più complesse
Applicazioni PCB multistrato
Con il progresso della tecnologia, i PCB multistrato stanno diventando sempre più comuni. Le funzionalità complesse e le dimensioni ridotte di molti dispositivi elettronici odierni rendono necessario l’uso di più strati nelle loro schede elettroniche. Una vasta gamma di dispositivi in diversi settori utilizza schede multistrato, in particolare quelli con numerose funzioni e capacità più complesse.
I circuiti stampati multistrato compaiono in molti componenti informatici, inclusi schede madri e server. I dispositivi elettronici, dai laptop e tablet agli smartphone e smartwatch, utilizzano questo tipo di schede. Gli smartphone richiedono in genere circa 12 strati. I sistemi che permettono il funzionamento di dispositivi elettronici come smartphone, laptop e apparecchi GPS, come le torri per la telefonia mobile e le tecnologie satellitari, includono anch’essi schede multistrato a causa delle funzionalità avanzate di cui hanno bisogno.
I dispositivi meno complessi degli smartphone e delle torri di segnalazione, ma troppo sofisticati per un circuito stampato a singolo strato, utilizzano in genere da 4 a 8 strati. Esempi di questo tipo di prodotti includono articoli per la casa come forni a microonde e condizionatori d’aria, che sempre più spesso impiegano la tecnologia multistrato.
I dispositivi medici spesso funzionano anche su schede con più di tre strati a causa dell’affidabilità, delle dimensioni ridotte e del design leggero di cui hanno bisogno. I circuiti stampati multistrato compaiono inRaggi Xmacchine, monitor cardiaci, apparecchiature per TAC e molte altre applicazioni.
Anche le industrie automobilistica e aerospaziale utilizzano sempre più componenti elettronici che devono essere sia durevoli che leggeri, rendendo questo tipo di PCB una soluzione perfetta. Questi componenti devono essere in grado di resistere all’usura, al calore e ad altre condizioni difficili. Computer di bordo, sistemi GPS, sensori del motore, interruttori dei fari e molti altri componenti utilizzano queste schede.
I PCB con un elevato numero di strati sono inoltre standard nel settore industriale. Un numero sempre maggiore di macchinari industriali include componenti computerizzati ed è spesso dotato di sensori, controlli e altre parti che richiedono PCB. Queste apparecchiature necessitano di funzionalità avanzate, affidabilità e durata a causa delle condizioni difficili presenti in molti impianti industriali.
Per ragioni simili, i PCB multistrato svolgono un ruolo in molte applicazioni militari, nelle apparecchiature per l’analisi meteorologica, nei sistemi di allarme, negli acceleratori atomici e in una moltitudine di altri tipi di apparecchiature elettroniche.
Decidere se hai bisogno di PCB a singolo strato o multistrato
Per determinare se hai bisogno di circuiti stampati a singolo strato o multistrato, devi considerare le esigenze del tuo progetto e quale tipo le soddisfa meglio. Poniti queste cinque domande:
1. Di quale livello di funzionalità ho bisogno?Se è più complicato, potresti aver bisogno di più livelli.
2. Qual è la dimensione massima che la scheda può avere?Le schede multistrato possono integrare più funzionalità in uno spazio più ridotto.
3. La durata è una priorità?Se è così, scegli il multilayer.
4. Qual è il mio budget?Per budget più modesti, le schede a singolo strato funzionano meglio.
5. Di quanto tempo ho bisogno per avere i PCB?Le schede a circuito stampato monostrato hanno un tempo di consegna più breve rispetto alle schede a circuito stampato multistrato.
Dovrai anche affrontare domande più tecniche riguardanti i requisiti, come la frequenza di funzionamento, la densità e il numero di strati di segnale necessari. Determinare le risposte a queste domande ti aiuterà a capire se hai bisogno di una scheda con uno, due, quattro o più strati. Per maggiori informazioni su queste specifiche e altri consigli sulla scelta di un progetto PCB,dai un'occhiata al nostro post sul blog sull'argomento.
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Risorse utili
•Introduzione alle schede a circuito stampato
•Come determinare il numero di strati nei PCB
•Una breve panoramica dei settori in cui i PCB sono comunemente utilizzati
