Di cosa sono fatti i circuiti stampati, Le schede PCB sono intorno a noi in ogni gadget che usiamo. Che si tratti di uno smartphone o di una semplice calcolatrice, la loro funzione dipende dalle prestazioni dei PCB.
Sapete di cosa sono fatti i circuiti stampati PCB? PCB vs. PCBA-Che differenze ci sono? Avete mai aperto il vostro iPhone per vedere cosa c’è dentro? Troveresti solo poche cose, dal digitalizzatore, alla batteria, alle saldature e, naturalmente, il PCB. La scheda logica è ciò che mantiene il tuo iPhone in funzione, e qualsiasi danno ad essa si traduce nel fatto che il tuo telefono non è in grado di accendersi di nuovo. Il design compatto del circuito stampato dell’iPhone X, per esempio, ha entusiasmato molti analisti e tecnici. È una prodezza di ingegneria che non molte aziende sono state in grado di superare.
Allora, cos’è che rende i circuiti stampati così unici? Cosa rende un circuito migliore dell’altro? In cosa consiste un circuito?
Abbiamo preparato questa utile guida dove puoi conoscere i materiali usati per fare i PCB. Puoi anche farti un’idea di come un produttore li produce. Cominciamo dando un’occhiata a come sono fatti i circuiti stampati. Poi, daremo un’occhiata a come puoi fare i tuoi circuiti stampati.
1, Di cosa sono fatti i circuiti stampati PCB
I circuiti sono anche conosciuti come circuiti stampati o PCB. Guidano le diverse apparecchiature e strumenti elettronici ed elettrici che usiamo ogni giorno. La maggior parte dei PCB sono formati dalla combinazione di due o più strati a seconda della complessità e della natura del dispositivo in cui saranno utilizzati.
I PCB usano una varietà di materiali per la loro composizione. Uno strato può essere fatto di fibra di vetro o resina derivata dalla carta. Vengono usati anche altri materiali, come rame, solder mask e strati serigrafici.
Nel prossimo capitolo, sapremo di quali materiali sono fatti i circuiti stampati PCB.
Immagine 1: PCB
2. Di quali materiali sono fatti i circuiti stampati?
Il PCB è generalmente fatto da quattro strati di materiale legati insieme da calore, pressione e altri metodi. I quattro strati di un PCB sono costituiti da substrato, rame, solder mask e serigrafia.
Il substrato è generalmente fatto di fibra di vetro, che è anche conosciuto come FR4. FR si riferisce al ritardante di fiamma e fornisce la base del PCB. Lo strato di substrato è il più spesso in qualsiasi PCB, anche se lo spessore può variare. È lo strato che offre rigidità al PCB.
Può anche essere fatto di materiali flessibili che a volte possono anche essere allungati. Recentemente si stanno usando molti materiali innovativi per creare il substrato, alcuni dei quali sono anche a base vegetale.
Alcuni altri materiali sono anche usati per fare il substrato, come l’epossidico o il fenolico. Le schede fatte di resina epossidica soffrono di sensibilità termica, e la laminazione può sbiadire rapidamente in alcuni casi. Si possono trovare facilmente sul mercato queste schede a basso costo e riconoscerle dall’odore che emanano. Il materiale richiede anche che i componenti siano saldati ad esso.
Immagine 2: Materiale PCB
Si possono trovare tali materiali di substrato nei dispositivi economici e nell’elettronica di consumo di fascia bassa. I substrati fatti con materiali inferiori come i fenolici hanno una bassa decomposizione termica, che porta alla loro delaminazione. Possono anche creare fumo o carbone se ti capita di tenere il saldatore per molto tempo su di essi.
Lo strato successivo da applicare alla scheda è il rame, che viene incollato con un adesivo industriale o con il calore.
Lo strato di rame può esistere su un lato del PCB, o può essere presente su entrambi i lati del substrato. I dispositivi elettronici semplici fanno uso di PCB, che hanno uno strato di rame solo su un lato. Gli strati di rame sono molto più sottili e delicati del substrato.
Il rame usato nei PCB è riferito al peso e presentato in once per piede quadrato. I PCB più comuni hanno un contenuto di rame di 1 oncia di rame per piede quadrato.
Mentre la quantità di rame presente nel PCB determina la quantità di potenza che scambierà.
Uno strato superiore verde di PCB è conosciuto come la maschera di saldatura e viene applicato sopra lo strato di rame per entrare in contatto con altre parti elettriche. Sopra la maschera di saldatura, uno strato di serigrafia è previsto per creare segni ed etichette per il posizionamento dei vari componenti.
In seguito, vediamo come si può sviluppare un circuito personalizzato usando un’applicazione per computer.
3. Circuiti su misura
Sappiamo che i PCB sono elementi complessi, e può diventare un po’ difficile per gli hobbisti progettare un circuito funzionante. La prima cosa di cui avrete bisogno è un software affidabile per creare il blueprint del vostro PCB.
Quindi è possibile utilizzare molte soluzioni di progettazione PCB come Eagle di Cadsoft Computer, che fa un ottimo lavoro di progettazione del vostro PCB.
Preparare la vista schematica
Devi preparare la vista schematica per creare il tuo PCB personalizzato. Accedi alla libreria dei componenti che è presente nel tuo software di progettazione e posizionali sulla tela. Ora devi collegare i pin insieme alle linee che simboleggiano le connessioni elettriche nel software.
Lo stesso numero di parte può confonderti un po’ perché troverai diverse opzioni tra cui scegliere. I diversi pacchetti possono includere il chip montato in superficie o una scatola Dual-in-line (DIP). Se sei un hobbista o stai facendo un progetto fai-da-te, ha senso andare per i system-in-packages (SIP) o i DIP significativi ed evidenti.
Si possono trovare rapidamente, e i punti vendita per hobby e sono molto più amichevoli quando si tratta di saldarli rispetto ai dispositivi montati in superficie riservati alle applicazioni commerciali.
Le diverse opzioni di imballaggio possono sembrare simili nella vista schematica. Tuttavia, le cose cominceranno ad apparire diverse quando passerete alla vista del layout per iniziare il vostro progetto.
Oltre a posizionare le interconnessioni e i componenti, dovrai fornire i segnali di terra e di alimentazione necessari.
per questo lavoro puoi usare le funzioni come GND, VDD e VCC presenti nella libreria di Eagle.
Sarebbe utile se non dimenticaste anche di integrare i connettori sulla scheda in modo che la terra e l’alimentazione possano essere impiegate. A questo punto, avrete anche qualsiasi dispositivo esterno che desiderate, come un potenziometro o dei LED.
Il tuo progetto ora ha bisogno di passare attraverso un controllo delle regole elettriche o ERC dopo aver messo tutto a posto. Il test è cruciale per assicurarsi che non ci sia nessun errore presente, che ostacolerà la funzionalità del tuo circuito.
Alcuni dei problemi comuni che si riscontrano sono fili che sembrano essere collegati ma non lo sono in realtà. Potete controllare la presenza di piccoli punti nel vostro software Eagle, che rappresentano le intersezioni di connessione dei fili.
Altri problemi possono essere i segnali di terra e di alimentazione che avete dimenticato di collegare. Quindi dovreste ricordare che i test automatici non vi diranno se la vostra scheda eseguirà l’azione desiderata, ma possono sempre convalidare le proprietà elettriche del vostro progetto.
Immagine 3: Diagramma schematico e vista del layout
Accesso alla vista del layout della scheda
Dopo aver fatto tutto quello che dovete fare nella vista schematica, dovete spostarvi per attivare la vista del layout della scheda. Allora avete fatto il passaggio, e troverete i componenti sparsi a caso nel vostro software Eagle. Vedrete anche che i fili si agganciano direttamente ai pin.
Per rendere l’immagine un po’ meno disordinata, spostate i componenti finché non hanno un senso. Per esempio, puoi spostare i connettori verso i bordi in modo che le cose abbiano un senso. Hai ancora molto lavoro da fare per produrre il circuito. Quindi devi dedicare i segnali ai livelli, ma ricorda che i diversi livelli presenti nello stesso strato non devono toccarsi tra loro.
La versione professionale della soluzione Eagle è dotata di una funzione di auto-layout che può instradare i segnali con un solo clic. Tuttavia, per gli utenti della versione standard, dovete prendere le cose nelle vostre mani. Potete anche trovare una soluzione di progettazione dal vostro produttore di PCB che si occupi di questo passo.
Dopo aver posato i segnali, è arrivato il momento di eseguire il DRC o il controllo del progetto. Il controllo assicura che i fori praticati siano troppo vicini a una linea di segnale. Vi avverte anche se le tracce non sono ad una distanza ottimale l’una dall’altra o dal bordo della scheda.
È possibile personalizzare le regole, e a volte il vostro fornitore di PCB offrirà un file che può essere integrato con la soluzione Eagle con valori DRC specificati.
Quindi puoi andare avanti e caricare i tuoi file di progetto se il tuo progetto supera il DRC.
Dovreste utilizzare uno strato particolare per aggiungere delle scritte in serigrafia sulla parte superiore. La stampa vi aiuterà a sapere quale componente si adatta, presentando i numeri di parte e i contorni. Questo vi permette di evitare errori come mettere una resistenza da 100K invece di una da 1K.
Un file Gerber rivela il linguaggio della progettazione PCB, e ogni scheda può avere molti file associati. Avrete un file separato per le specifiche delle piazzole di saldatura e file diversi per ogni strato. I file di foratura portano anche le specifiche della foratura.
Potete poi caricare il progetto con il vostro produttore, che può usare un altro programma per presentare l’aspetto finale dei livelli, e potete anche scoprire se i componenti sono della misura giusta per i fori.
Con questo, siete arrivati alla fine della creazione di un circuito personalizzato usando un software di progettazione. Nel prossimo capitolo, esploreremo come un produttore produce i PCB.
Immagine 4: Vista del layout
4. Come sono fatti i circuiti stampati
A questo punto, sai come progettare il tuo PCB personalizzato leggendo il capitolo precedente. La tecnologia del PCB è complicata, e ha bisogno di passare attraverso un processo di produzione a più fasi. Devi anche scegliere un produttore che abbia tutte le attrezzature di alta precisione per dare vita al tuo progetto. Discuteremo il processo di fabbricazione dei PCB in breve solo per te.
1. Fare il substrato
Si può pensare ai PCB come a dei panini a più strati. Il materiale di base che si trova nel mezzo è conosciuto come il substrato. Quindi il materiale del substrato è responsabile di dare larghezza al PCB. Puoi vedere un PCB dall’angolo laterale e scoprire che lo strato più spesso è il substrato.
Tradizionalmente i PCB erano fatti con un substrato in fibra di vetro, che è rigido. Al giorno d’oggi, è possibile trovare materiale di substrato flessibile. Molti materiali possono essere, ma un’opzione standard è usare una plastica speciale per il substrato, che può tollerare alte temperature.
Il materiale usato per fare il substrato è generalmente steso; il produttore poi lo immerge o lo spruzza con resina epossidica. In seguito, il materiale viene fatto rotolare per ottenere lo spessore desiderato, proprio come quando si arrotola la crosta della torta con un mattarello.
I rulli smettono di rotolare quando il substrato raggiunge lo spessore desiderato e passa alla fase successiva, e il substrato viene ora messo nel forno in modo che risulti solido e solido curandolo. Dopo il completamento di questa fase, hai creato il primissimo strato del tuo PCB.
2. Gli strati di rame
Gli strati di rame sono essenziali per trasportare l’elettricità in tutto il PCB. A seconda dello scopo, i PCB hanno un design semplice o complesso. Oltre allo strato di fondazione del substrato, gli strati di rame sono un altro componente essenziale.
Il vostro PCB cam è dotato di un singolo strato di rame applicato in cima o di due strati su entrambi i lati del substrato. Il PCB può anche avere numerosi strati con altro rame e substrato. Alcuni PCB usati nei dispositivi avanzati o negli smartphone hanno più di 12 o 16 strati di rame.
Gli strati di rame sono molto meno larghi degli strati di substrato, e non avrete nessun flusso di elettricità nel vostro circuito se sono assenti.
Il produttore può usare una combinazione di metodi diversi per legare il rame alla superficie del substrato. Qualsiasi metodo standard comporta l’uso di calore, pressione e adesivo in modo che gli strati di rame siano fissati saldamente sul substrato. Puoi portare il tuo PCB a forare dopo che il rame si è legato al substrato.
Affinché il tuo dispositivo funzioni, il PCB deve trasmettere la carica nei punti giusti da uno strato a un altro strato della scheda. Dovrete creare dei fori chiamati via per far fluire la carica. Il produttore ha diverse opzioni per praticare i fori sul PCB e può usare un laser CO2, un laser UV o altre attrezzature.
La precisione e l’efficienza del trapano determinano la precisione e la complessità del PCB.
Bisogna pulire i fori da qualsiasi detrito o materiale che potrebbe essere stato lasciato dopo il processo di foratura.
Possono anche essere sbavati per eliminare qualsiasi materiale aggiuntivo aggrappato al PCB. Dopo di che, i lati interni delle vie sono rivestiti di rame per portare la carica da uno strato del circuito all’altro.
Poi, si deve stampare il modello del circuito sul PCB. Il produttore può distribuire il rame seguendo accuratamente il disegno per ottenere il modo sulla scheda. Altrimenti, possono applicare il rame su tutta la scheda e poi rimuovere il rame per incidere il modello del circuito.
Il PCB può essere sottoposto a un bagno alcalino per rimuovere qualsiasi rame extra non necessario.
Quello che devi aggiungere ora sono gli altri componenti come transistor, condensatori o LED sul PCB. Potete saldare i pezzi sul PCB usando un saldatore. Prima di aggiungere le caratteristiche, il PCB viene passato attraverso una successione di test elettrici usando un tester a griglia o una sonda volante per assicurarsi che non ci siano cortocircuiti o connessioni aperte.
Il tuo produttore potrebbe anche usare una macchina per pompare i pezzi sul tuo PCB.
Immagine 5: Modelli di rame
3. La maschera di saldatura finale
I metalli che rimangono esposti sul circuito hanno la possibilità di danneggiarsi. La natura del rame è quella di arrugginire, il che renderà il vostro PCB inutile. Puoi proteggere adeguatamente la placcatura di rame e gli altri componenti del PCB aggiungendo uno strato protettivo extra sulla parte superiore.
Generalmente, i produttori usano oro, nichel o stagno-piombo per placcare specifiche parti vulnerabili del PCB. Per finire, il produttore fornisce un altro strato in cima chiamato solder mask.
Il colore verde che si vede nei PCB è dovuto all’applicazione dello strato di solder mask; il solder mask ha anche altre funzioni oltre a coprire e proteggere tutte le parti metalliche che non hanno bisogno di formare una connessione con qualcosa, lo strato di solder mask assicura anche che la corrente fluisca nei posti giusti seguendo percorsi assoluti.
A volte si può anche trovare uno strato di serigrafia sopra il solder mask usato per incidere delle etichette sulle parti necessarie.
Dopo che tutto è stato fatto, il produttore taglierà e toglierà qualsiasi materiale extra o parti non necessarie che non sono richieste nel vostro PCB.
Immagine 6: Maschera di saldatura verde
5. Conclusione
I circuiti stampati possono essere difficili da creare, soprattutto perché ci sono molti fattori coinvolti. Per esempio, è necessario assicurarsi di utilizzare il rame e usare la saldatura corretta. Sapere di cosa sono fatti i circuiti stampati potrebbe aiutarti a vedere il circuito di cui hai bisogno per il tuo business.
La creazione di circuiti stampati richiede conoscenze specialistiche e attrezzature di precisione. Sarebbe d’aiuto avere anche un produttore affidabile ed esperto che possa costruire PCB accuratamente seguendo le tue specifiche. Contattateci per la produzione personalizzata di circuiti stampati per dare vita al vostro progetto!
