Come funziona il circuito stampato? Video e testo esplicativo

Il motivo per cui i dispositivi elettronici possono svolgere funzioni diverse è che la scheda PCBA interna fornisce loro varie capacità. Di solito ci si riferisce al circuito stampato dell'apparecchiatura con il termine PCB, che in realtà non è il nome corretto. Il circuito stampato di per sé non può funzionare, ma funge da supporto per l'apparecchiatura elettronica, mentre la scheda PCBA è il corpo principale che fa funzionare l'apparecchiatura elettronica.

Lo smartphone che utilizzate ha una linea lunga e ordinata. La funzione principale di queste linee è quella di integrare i dispositivi hardware del telefono cellulare in un'unica PCBAtra cui Wi-Fi, antenna, GPS, sensore di impronte digitali, ecc. Nei contenuti che seguono, FS Technology prenderà ad esempio un telefono cellulare per introdurlo. come funziona il circuito stampato.

Prima di iniziare il testo, guardiamo un'introduzione al principio di funzionamento del PCB da un blogger di YouTube.

Concetti di base dei circuiti stampati

Lo sviluppo del PCBA è molto rapido. L'uomo non ha mai saputo cosa sia il PCBA, ma è bastato un secolo per comprendere il principio di funzionamento dei circuiti stampati e diventare il fulcro dell'industria elettronica. I circuiti stampati furono inventati per la prima volta nel 1936 dall'austriaco Paul Eisner. Il suo sviluppo è stato favorito dall'uso di questa tecnologia nelle apparecchiature radio da parte dell'esercito americano, che l'ha resa più nota negli Stati Uniti. Nel 1948, la capacità di funzionamento dei PCBA fu riconosciuta in tutto il mondo e utilizzata per scopi commerciali. A metà degli anni Cinquanta, le schede a circuiti stampati entrarono a far parte della vita quotidiana delle persone. Poiché i circuiti stampati dominano l'industria della produzione elettronica, si è prestata sempre più attenzione al funzionamento dei circuiti.

Per gli operatori del settore non-PCBA, è facile confondere i concetti di PCB e PCBAPrima di spiegare il principio di funzionamento, lasciate che FS Technology vi chiarisca alcuni concetti confusi nel settore dei PCBA.

PCB: Conosciuto anche come circuito stampato, circuito stampato, PWB, scheda nuda. Forse avete visto una scheda come questa, magari verde o di un altro colore. Quello che sembra un semplice circuito stampato è in realtà un labirinto multistrato di centinaia di fili di rame. La scheda fornisce un supporto e un blocco efficace per tutti i componenti montati sulla sua superficie, mentre le linee al centro della scheda costituiscono una piattaforma per la comunicazione e la collaborazione tra i componenti.

PCBA: L'abbreviazione di PCB assembly, anche se è solo una lettera in più rispetto a PCB, c'è una differenza essenziale tra i due. Di solito, il modello conduttivo formato dalla combinazione del circuito e del componente stampato sul materiale isolante secondo il progetto predeterminato è chiamato PCB, mentre la scheda su cui sono stati installati i componenti elettronici è chiamata PCBA. La scheda PCBA è un componente elettronico che svolge un ruolo decisivo nei prodotti elettronici.

PCB VS PCBA

Assemblaggio SMT: una tecnologia di assemblaggio che monta i componenti SMD su un PCB nudo. Il nome completo di SMT è tecnologia a montaggio superficiale.

Assemblaggio THT: Una tecnologia tradizionale per l'installazione di componenti plug-in su schede nude. Il nome completo di THT è tecnologia a fori passanti.

Come funzionano i circuiti stampati?

I circuiti stampati sono realizzati isolando lo strato conduttore superficiale in lamina di rame attraverso il materiale isolante di base della scheda, che consente alla corrente di fluire attraverso i vari componenti lungo un percorso predefinito, realizzando in ultima analisi funzioni quali la produzione di energia, l'amplificazione, l'attenuazione, la modulazione, la demodulazione e la codifica. Questa è la descrizione di un Sito web del governo PCBA. Potrebbe non essere facile da capire per i non addetti ai lavori. La FS Technology smonterà il principio di funzionamento dell'intero sistema di telefono cellulare PCBA per mostrarvi.

Collegamento delle tracce PCBA ai componenti

Per capire il funzionamento di una scheda a circuito stampato occorre partire dalla sua composizione. L'intera scheda PCBA è composta da schede nude e componenti, come microchip, resistenze, condensatori e connettori. I produttori fissano i componenti al PCB mediante saldatura o altre tecniche. Prendiamo, ad esempio, un PCB monofaccia, una scheda che presenta componenti elettronici e fili solo su un lato della scheda. Di solito si montano i componenti su una scheda non conduttiva Assemblaggio SMT tecnologia o PCBA Assemblaggio DIP e li collega attraverso piccoli percorsi chiamati tracce. Le tracce permettono ai componenti elettrici dell'intera scheda di funzionare, dando loro energia. Non tutti i dispositivi hardware sono montati direttamente sul PCB; componenti come monitor e telecamere sono collegati al PCB tramite connettori di accoppiamento e cavi piatti.

Il principio di funzionamento dei circuiti bifacciali e multistrato consiste nell'introdurre gas di processo (Ar, N2, O2, ecc.) nel collegamento sotto vuoto spinto, e il gas viene ionizzato in plasma. Sotto l'azione del campo elettrico, questi plasmi si muovono rispettivamente verso l'alto e il basso potenziale. I gruppi atomici che si muovono verso il basso potenziale bombardano il bersaglio (rame), in modo che gli atomi di rame vengano strappati dal rame e infine ricoperti sul substrato (FRP), cioè il laminato rivestito di rame. Si tratta di un metodo fisico tradizionale, che presenta i vantaggi dell'assenza di inquinamento e di una tecnologia matura. Lo svantaggio è che l'efficienza è lenta e il ciclo è lungo. Se si vuole realizzare rapidamente il Processo di produzione dei PCBÈ possibile creare il modello inciso in anticipo e quindi formare il PCB nel modo sopra descritto; il foro interno per la connessione può anche essere placcato con rame metallico per renderlo metallizzato.

L'immagine qui sotto è la scheda PCB scattata da FS Technology tramite raggi X. L'area scura nella figura rappresenta il filo o la traccia e la sua parte è costituita da un materiale isolante non conduttivo in fibra di vetro intrecciata e da un adesivo in resina epossidica FR4. In questa immagine a raggi X, si può notare che anche se ci sono molti fili impilati l'uno sull'altro sulla scheda, non sono in contatto tra loro.

Scheda PCB fotografata ai raggi X

L'immagine qui sotto è la chiave del funzionamento e della funzione del circuito stampato del telefono cellulare: il microchip, chiamato in breve system-on-a-chip o SoC. Poiché è montato in una griglia di punti di connessione sul PCB (piazzole della matrice blu), l'hub è collegato a un filo o a una traccia che attraversa il PCB. Sulla PCBA sono inoltre presenti numerose piazzole su cui sono montati altri microchip, come chip di memoria e chip wireless, nonché resistenze, condensatori e altri componenti.

SoC in PCBA

Concentriamoci poi su un piccolo gruppo di fili. Come accennato in precedenza, all'interno del telefono sono presenti molti fili, la cui lunghezza totale può aggirarsi intorno a un campo da calcio. Nell'immagine qui sotto possiamo vedere che ci sono 15 tracce che collegano il SOC e la fotocamera posteriore da 16MP; se vengono utilizzate più tracce, significa che possono essere inviati più dati. Se si osserva attentamente, si noterà che le tracce sono numerose ma indipendenti l'una dall'altra. Per facilitare la comprensione delle tracce, il diagramma sottostante mostra solo una serie di fili, ma le tracce nel telefono sono in realtà instradate lungo il bordo del circuito stampato e collegate a un cavo piatto al display touchscreen. Tutte queste minuscole linee di segnale devono passare attraverso il mobile Scheda PCBA da lavorare. PS: la larghezza è inferiore a 1 mm.

15 tracce di PCB disposte in modo ordinato

In breve, il circuito stampato consente a ciascun componente di collegarsi al SoC o ad altri microchip attraverso centinaia di fili ed è organizzato in modo piuttosto preciso.

La composizione della scheda PCB

Il circuito stampato di questo smartphone è in realtà composto da dieci strati conduttivi, di cui quello superiore e quello inferiore sono utilizzati per montare la scheda di memoria. Componenti PCBA e fungono da antenne multiple. Affinché funzioni correttamente, su ogni scheda di circuito sono presenti piani di alimentazione e di terra. Inoltre, il piano di massa ha anche funzioni di schermatura elettromagnetica e di dissipazione del calore. I restanti quattro strati intermedi sono utilizzati per trasportare tutte le linee di comunicazione o di segnale. Ogni strato conduttivo contiene rame e fibra di vetro isolante ed epossidica. Il PCBA per smartphone mostrato qui ha solo 10 strati conduttivi, ma in altre applicazioni possono avere da 2 a 50 strati in più. FS Technology può produrre PCBA multistrato con un massimo di 56 strati.

Scheda PCBA a dieci strati conduttivi

Inoltre, sulla parte superiore e inferiore della PCBA è presente uno strato di maschera di saldatura colorata, che funge da isolante elettrico e rende così disponibili le piazzole dei componenti. Sopra c'è la serigrafia, che include l'inchiostro per la marcatura e le lettere che indicano la posizione dei componenti.

Maschera di saldatura PCBA colorata

Affinché il circuito stampato funzioni correttamente, il segnale deve passare attraverso ogni strato di rame conduttivo e il materiale isolante tra di essi. Questo smartphone ha dieci strati separati di rame conduttivo e materiale isolante tra ogni strato. Come si propaga il segnale da uno strato all'altro?

Gli strati del PCB svolgono questa funzione perforando o metallizzando i segnali attraverso i vias o interconnessioni verticali. Questi vias collegano i fili di ogni strato tra loro, collegando così più componenti e realizzando il lavoro delle schede multistrato. Ci sono tre tipi di vias che si può ottenere con il Produzione di PCB tecnologia dei produttori cinesi.

  • Foro passante: un foro che va dallo strato superiore a quello inferiore.
  • Vias ciechi: I vias ciechi collegano lo strato superiore o inferiore allo strato intermedio.
  • Vias interrati: mentre i vias interrati collegano gli strati interni
Tre tipi di vias nel PCBA

Poiché questo processo richiede l'attraversamento di molti strati, quando si attraversano strati conduttivi non collegati, viene rimosso il rame intorno ai vias su quello strato. Se si osservano ai raggi X le piazzole di montaggio sulla parte superiore del circuito stampato, si possono notare tre serie di fili che corrono in direzioni diverse, mentre i fori attraversano ogni strato.

Questi fili complessi si trovano sul circuito stampato al centro del telefono e sono davvero incredibili. Ogni modello di smartphone è diverso per forma e specifiche, quindi gli ingegneri devono usare Strumenti per la progettazione di PCB per progettare diversi tipi di PCBA. Ad esempio, alcuni telefoni cellulari hanno schede PCB superiori e inferiori separate, la più grande è chiamata scheda principale e la più piccola è chiamata scheda figlia.

Disegno di smontaggio del PCBA del telefono cellulare

Un altro dettaglio importante è che il circuito stampato è più leggero, pesa solo un cucchiaio d'acqua e si adatta perfettamente al vostro telefono. Gli ingegneri innovano costantemente per rendere microchip, resistenze, condensatori, induttori e connettori il più piccoli possibile, con alcuni componenti più piccoli di una pulce.

Componenti PCBA più piccoli di una pulce

In passato, i progetti di schede PCBA utilizzavano componenti che occupavano troppo spazio sulla scheda e sulla scheda. Poiché il meccanismo di montaggio di questi componenti prevede che i pin passino attraverso i fori di connessione, questi vecchi progetti sono chiamati componenti a foro passante. Qui, invece, si tratta di componenti SMD montati con la tecnologia di assemblaggio SMT.

Come verificare se un PCB funziona?

Dal PCB al PCBA è un processo complicato, sia i singoli che le aziende di assemblaggio devono ispezionare completamente la qualità dell'assemblaggio del PCB per garantire che il PCB possa funzionare normalmente. FS Technology ha illustrato il principio di funzionamento del circuito PCB, per poi risolvere i problemi che si possono incontrare nel circuito autocostruito, ovvero come verificare se il circuito funziona.

Precisione dello schema

Il disegno di uno schema è il primo passo nella produzione di un PCB. Questi diagrammi schematici vengono utilizzati per mostrare il principio di funzionamento dell'elettricità e la funzione e il rapporto di connessione dei vari componenti elettrici. Il controllo dello schema sarà una parte importante per assicurarsi che la scheda fatta in casa funzioni correttamente.

  • Verificare innanzitutto che l'alimentazione del chip IC e l'etichetta del nodo di rete siano corrette;
  • Controlla se i nodi della rete si sovrappongono;
  • Il modello del pacchetto del componente, la sequenza dei pin del componente SMD;
  • Controllare se il cablaggio è corretto, compresi i cablaggi errati, quelli mancanti e quelli multipli.

Precisione nell'installazione dei componenti

Come già accennato, il lavoro del PCB consiste nel fornire una piattaforma per il collegamento elettrico delle applicazioni elettroniche e il PCBA è il fulcro per realizzare il funzionamento delle applicazioni elettroniche. Una volta completato l'assemblaggio del PCBA, è necessario verificare la qualità della saldatura e dell'assemblaggio dei componenti polari sulla scheda, come ad esempio la corrispondenza dei pin dei diodi luminosi, dei diodi raddrizzatori e dei triodi. Vale la pena ricordare che anche componenti con la stessa funzione ma con canali di approvvigionamento diversi hanno un ordine dei pin diverso. Quando si realizza il PCBA da soli, è necessario utilizzare un multimetro per misurarlo al termine della saldatura manuale, altrimenti non funzionerà quando verrà utilizzato per il PCBA della tastiera e del mouse.

Metodo di osservazione elettrica

Il metodo di osservazione all'accensione è un metodo di Ispezione manuale dei PCBcioè, dopo che la scheda di circuito è stata messa sotto tensione, non è desideroso di testare ma di osservare i cambiamenti dopo la messa sotto tensione. Eventuali errori nel processo di fabbricazione o di saldatura della scheda di circuito possono causare fumo, odore, ecc. dopo l'accensione, che non è un fenomeno comune nel funzionamento del circuito.

Riassumere

Quanto detto sopra riguarda il "funzionamento del circuito stampato". In questo articolo, FS Technology ha fatto una descrizione completa da" Come funziona il circuito " a "come verificare se un PCB funziona" e fornisce spiegazioni video. Se siete appassionati di elettronica e avete una conoscenza più approfondita del PCBA, potete provare a creare un biglietto da visita elettronico unico combinando "Come funzionano i circuiti stampati" e "Come funzionano i circuiti stampati".Biglietto da visita PCB".