Tecnologia PCBA - Come scegliere correttamente la scheda PCB per l'elaborazione PCB?

La durata e le prestazioni dell'elaborazione del circuito stampato dipendono dalla scelta della scheda PCB. Per scegliere la scheda PCB corretta, è necessario comprendere i materiali utilizzati per le diverse categorie di circuiti stampati. Comprendere le caratteristiche elettriche e fisiche di diverse schede PCB aiuta ad aiutare l'elaborazione e la selezione dei circuiti stampati.

Quando una grande quantità di corrente deve essere gestita, anche la distanza e la larghezza del circuito sono importanti. La resistenza strutturale del circuito stampato è determinata dal substrato e dal laminato. La scelta dei materiali per questi due strati dipende dal tipo di circuito stampato.

Composizione della scheda PCB di elaborazione del circuito stampato e il suo significato

La scheda PCB è composta da quattro strati, vale a dire substrato, laminato, maschera di saldatura e serigrafia. Il substrato e il laminato insieme definiscono le proprietà elettriche, meccaniche e termiche di base del circuito.

Substrato

La fibra di vetro FR4 è il materiale più comune utilizzato per substrati PCB. Qui, FR sta per ignifugo. È adatto per la sua rigidità e spessore. Per PCB flessibili, utilizzare Kapton o plastica equivalente.

Lo spessore della scheda PCB dipende dalla sua applicazione o scopo. Ad esempio, la maggior parte dei prodotti Sparkfun ha uno spessore di 1,6 mm, mentre i prodotti Arduino Pro hanno uno spessore di 0,8 mm. I PCB realizzati con materiali più economici come la resina epossidica non hanno durata.

I substrati si trovano nei prodotti elettronici di consumo a basso costo. Questi hanno bassa stabilità termica, che li fa perdere facilmente la laminazione. Quando il saldatore è fissato sul bordo per lungo tempo, il substrato può anche causare fumo, il che li rende facili da identificare.

Lo strato non conduttivo di materiale dielettrico è selezionato in base alla costante dielettrica.

Il substrato deve soddisfare determinate proprietà richieste, come la temperatura di transizione del vetro (Tg). Tg è il punto in cui il calore provoca la deformazione o l'ammorbidimento del materiale. Una varietà di materiali possono essere utilizzati per il substrato, come alluminio o substrato metallico isolato (IMS) FR-1 a FR-6, politetrafluoroetilene (PTFE), CEM-1 a CEM-5, G-10 e G-11, RF-35, poliimide, allumina e substrati flessibili come Pyralux e Kapton.

"In generale, gli IMS possono ridurre al minimo la resistenza termica e condurre il calore in modo più efficiente. Questi substrati sono meccanicamente più forti delle strutture in ceramica a film spesso e in rame a legame diretto comunemente utilizzate in molte applicazioni."

Laminato

Questo fornisce proprietà come coefficiente di espansione termica, resistenza alla trazione e al taglio, e Tg. I dielettrici comuni utilizzati per i laminati sono CEM-1 e CEM-3, FR-1, FR-4, politetrafluoroetilene (Teflon), FR-2 a FR-6, CEM-1 a CEM-5 e G-10.

Il foglio di rame è lo strato successivo laminato al bordo. Per i PCB bifacciali, il rame viene applicato su entrambi i lati del substrato. Lo spessore del rame varia a seconda dell'applicazione. Ad esempio, rispetto alle applicazioni a bassa potenza, le applicazioni ad alta potenza hanno uno spessore maggiore.

Maschera di saldatura

Questo è lo strato sopra la lamina di rame. Può essere utilizzato come materiale isolante per tracce di rame per evitare il contatto accidentale con altri metalli conduttivi. Aiuta a saldare nel posto giusto.

Si tratta di uno strato protettivo che impedisce la contaminazione esterna e fornisce il necessario isolamento tra componenti superficiali come pad, fili di rame e fori forati.

Seta

La serigrafia viene utilizzata per coprire lo strato della maschera di saldatura, che viene utilizzato per aggiungere lettere, numeri e simboli sul PCB per facilitare l'assemblaggio e una migliore comprensione del circuito stampato attraverso indicatori.

Scegliere scheda PCB in base al tipo di PCB

I circuiti stampati possono essere classificati nei seguenti modi:

Posizione del componente: unilaterale, bifacciale e incorporato

Impilazione: monostrato e multistrato

Design: basato su moduli, personalizzati e speciali

Flessibilità: rigida, flessibile e rigida-flessibile

Resistenza: resistenza elettrica e resistenza meccanica

Funzioni elettriche: alta frequenza, alta potenza, alta densità e microonde

Il tipo di scheda può essere utilizzato per selezionare il materiale di bordo più adatto per la progettazione.

Un PCB unilaterale include solo un sottile substrato ramato. Posizionare una maschera di saldatura protettiva sullo strato di rame. Il rivestimento serigrafato può essere applicato sulla parte superiore per contrassegnare gli elementi della tavola.

Il substrato di un PCB bifacciale include uno strato conduttivo metallico e componenti attaccati su entrambi i lati (superiore e inferiore).

I PCB multistrato aumentano la densità e la complessità della progettazione PCB aggiungendo strati aggiuntivi oltre quelli osservati nelle configurazioni PCB bifacciali. Questi consentono disegni estremamente spessi e altamente composti. Lo strato aggiuntivo utilizzato è lo strato di potenza, che fornisce energia al circuito e riduce il livello di interferenza elettromagnetica (EMI).

I PCB rigidi utilizzano forti materiali rigidi del substrato (come la fibra di vetro) per impedire la torsione del circuito stampato. La scheda madre in un computer è il migliore esempio di PCB non flessibile.

Il substrato del PCB flessibile è plastica flessibile. Può essere ruotato e spostato durante l'uso senza danneggiare il circuito sul PCB. Può ripristinare cavi pesanti in ingranaggi avanzati dove peso e spazio sono critici, come i satelliti.

Rigid-flex board è costituito da un circuito rigido collegato a un circuito flessibile. Queste schede possono soddisfare i requisiti di progettazione compositi secondo necessità.

Precauzioni di sicurezza per i materiali tossici nella lavorazione dei circuiti stampati

I fumi nella saldatura possono contenere piombo, che è tossico. La saldatura viene utilizzata per effettuare collegamenti elettrici sul PCB, quindi l'operazione di saldatura deve essere eseguita in un ambiente chiuso. Il fumo scaricato nell'atmosfera deve essere pulito. Una soluzione per sostituire fili e saldature è quella di utilizzare plastiche conduttive solubili in acqua.

Precauzioni per la scelta dei materiali PCB per la dissipazione del calore

I due fattori che influenzano il PCB sono energia e calore. Pertanto, è importante determinare ogni soglia. Ciò può essere fatto valutando la conducibilità termica del PCB attraverso la lunghezza del materiale.

I materiali PCB con bassa conducibilità termica generano calore, che può essere un enorme svantaggio per le applicazioni ad alta intensità termica.

Selezione del materiale PCB per l'elaborazione del circuito stampato

Esistono due tipi di PCB, monofacciale e bifacciale, alcuni dei quali sono rivestiti in rame, mentre altri utilizzano alluminio nell'industria militare e aerospaziale, automobilistica e medica. Per queste specifiche aree, i materiali utilizzati dovrebbero avere le migliori prestazioni.

I motivi per scegliere i materiali PCB sono il loro peso leggero, buona qualità o la capacità di resistere ad alta potenza. Poiché il livello del materiale è correlato al livello di prestazione, è importante determinare quali funzioni devono essere confrontate tra loro quando si selezionano i materiali PCB.

La maggior parte della scheda flessibile è composta da Kapton, che è un film di poliimide con resistenza al calore, consistenza dimensionale e costante dielettrica di soli 3,6. Kapton ha tre versioni Pyralux: FR, non ignifugo (NFR) e senza colla, ad alte prestazioni (AP).

La qualità è importante per la costruzione di qualsiasi tipo di circuito per apparecchiature elettroniche domestiche o apparecchiature industriali. Componenti come i PCB dovrebbero fornire prestazioni eccellenti durante la durata prevista. Le apparecchiature elettroniche, i forni a microonde e altri elettrodomestici si affidano alla tecnologia PCB per mantenerli funzionanti.

Elaborazione della scheda PCB per la selezione dell'illuminazione a LED

La scheda PCB LED si riscalda durante il funzionamento. Pertanto, il chip LED è montato su una base fatta di metalli come alluminio, rame o miscele di leghe e rivestito con una superficie altamente riflettente per ottenere una gestione ottimale del calore e aumentare la potenza luminosa. Ciò mantiene i componenti che generano calore freschi e migliora la loro capacità di dissipazione del calore. Questo può migliorare le prestazioni e la durata del LED.

Pertanto, scegliere un PCB a nucleo metallico (MC-PCB) per applicazioni LED. Compreso uno strato sottile di materiale dielettrico termicamente conduttivo, la sua efficienza di trasferimento del calore è molto superiore al PCB rigido tradizionale. Il materiale FR-4 include uno strato di alluminio caldo-immersione, che può efficacemente dissipare il calore. In considerazione del fatto che i materiali MC-PCB sono sviluppati per una maggiore potenza.