Che cos'è un PCB?

Abstract: Che cos'è il PCB in elettronica? A cosa serve? Quali dispositivi elettronici utilizzano i circuiti stampati? Credo che queste domande possano disturbare molte persone che non conoscono il PCB. Ora FS Technology vi informerà e si spera che risponda a tutte queste domande, con conoscenze che vanno dal concetto di base alla storia dello sviluppo. Vediamo quindi di capire alcuni concetti di base dei circuiti stampati guardando il seguente video di YouTube.

Che cos'è il PCB?

PCB è un termine informale che sta per circuito stampatoma in precedenza era conosciuto come PWBIl termine più preciso è quello di scheda di cablaggio stampato. Tuttavia, poiché nel corso del tempo il concetto di circuito e di cablaggio si è offuscato, questo termine è diventato sempre meno utilizzato. Un PCB si riferisce a percorsi conduttivi, tracce o tracce di segnale incise attraverso fogli di rame su un substrato non conduttivo per supportare e collegare elettricamente tra loro i componenti elettronici. Possiamo intendere il PCB come il supporto dei componenti. La ragione per cui i prodotti elettronici possono funzionare correttamente è dovuta ai componenti elettronici che sono collegati tra loro attraverso le tracce su una scheda PCB. Queste tracce aiutano a realizzare il collegamento elettrico tra i componenti. Quando si cerca il significato di PCB su Google, i risultati possono anche portare al significato di PCBA. Sebbene esista solo una lettera differenza tra PCB e PCBAI significati di questi due termini sono completamente diversi. Un PCB rappresenta la scheda nuda, che spesso viene vista come la "scheda verde" che non funziona e non contiene componenti. D'altra parte, PCBA significa Assemblaggio di PCB e i componenti vengono montati sulla scheda nuda attraverso la tecnologia a montaggio superficiale (SMT), la tecnologia a foro passante (THT) e altre tecnologie di assemblaggio.

scheda nuda PCB verde

Composizione della scheda nuda PCB

L'immagine qui sopra mostra gli intricati dettagli di una scheda nuda di un circuito stampato, che comprende vari elementi come il substrato, la lamina di rame e il pad, via, maschera di saldatura e identificazione delle lettere. Per migliorare la comprensione di definizioni dei circuiti stampatiApprofondiamo questi elementi in modo più tecnico:

  • Substrato: Il componente principale di una scheda di circuito, in genere realizzato con un materiale non conduttivo come l'epossidico rinforzato con fibra di vetro. Serve come base per sostenere e fissare i componenti elettronici.
  • Foglio di rame: Si riferisce allo strato conduttivo presente sul PCB. I produttori creano il modello di circuito richiesto mediante processi di incisione e poi utilizzano metodi chimici o meccanici per fissarlo al substrato. Questo facilita l'interconnessione dei fili tra i componenti elettronici.
  • Pad: Sono le porzioni del circuito stampato che stabiliscono le connessioni con i pin dei componenti. Spesso si presentano come forme circolari o quadrate e consentono connessioni sia elettriche che meccaniche.
  • Via foro: Conosciuti anche come fori passanti, sono aperture sul substrato utilizzate per interconnettere i circuiti a diversi livelli. Forniscono connessioni elettriche per Componenti DIP e sono indispensabili per la produzione e l'assemblaggio di circuiti multistrato.
  • Maschera di saldatura: Nei circuiti stampati di tutti i giorni, l'inchiostro della maschera di saldatura utilizzato è tipicamente verde, con conseguente aspetto verde. Il maschera di saldatura viene applicato sulla superficie della scheda per proteggere il circuito da contaminazione, ossidazione e stress meccanico.
  • Serigrafia: Nell'immagine sopra riportata, si possono osservare in modo evidente cifre e caratteri numerici. Questi segni rappresentano lo strato di serigrafia, che serve a indicare le posizioni dei componenti, le funzioni dei pin, l'identificazione dello schema elettrico e altre informazioni rilevanti.

Come si presenta il PCB nelle applicazioni elettroniche

Con il testo di cui sopra, probabilmente avete già una certa comprensione del concetto di PCB, o almeno una comprensione di base di ciò che è un circuito stampato, giusto? Ma anche se avete già esaminato tutti i dispositivi elettronici che vi circondano, potrebbe essere difficile trovare un circuito stampato. Come già accennato in precedenza, il termine PCB si riferisce di solito alla scheda nuda, mentre l'applicazione delle schede a circuito stampato nei prodotti elettronici è chiamata scheda PCBA. Una scheda PCBA si riferisce alla scheda completamente assemblata o saldata dopo il completamento del posizionamento dei componenti e della saldatura. Su Internet si dice che "senza i circuiti stampati, oggi sarebbe impossibile progredire nella tecnologia". Questo perché i circuiti stampati sono così diffusi nella nostra vita che costituiscono il blocco di base della maggior parte dei dispositivi elettronici. Dall'apriporta (singolo strato) allo smartphone (6 strati), fino al computer e al server (60 strati), tutti funzionano su PCB.

Apparecchiature mediche

Con lo sviluppo dell'industria manifatturiera, i progressi della tecnologia medica sono evidenti a tutti. In passato, nell'era della tecnologia poco sviluppata, i medici utilizzavano segnali di impulsi artificiali per giudicare le condizioni dei pazienti osservando parole ed espressioni. Oggi, invece, è possibile utilizzare minuscoli dispositivi elettronici medici iniettati nel corpo umano per osservare le condizioni del paziente. 

Dopo lo scoppio della pandemia COVID-19, la domanda di dispositivi per teleterapia, ventilatori e tester di temperatura nel settore medico è aumentata notevolmente. Questi prodotti, senza eccezioni, richiedono standard più elevati di accuratezza dei test, prestazioni di trasmissione del segnale e compattezza.

In primo luogo, l'adozione di HDI e SMT è considerata fondamentale per ottenere una maggiore densità e una riduzione delle dimensioni per i sistemi di controllo della qualità. PCBA medicale. Queste tecnologie avanzate consentono di integrare un maggior numero di componenti in uno spazio limitato, garantendo l'efficiente funzionalità dei dispositivi medici.

Inoltre, dato l'impatto diretto di questi prodotti sulla salute umana, diventa imperativo per i produttori di PCB possedere certificazioni di settore e aderire a protocolli di test rigorosi. Il rispetto dei più elevati standard di qualità e affidabilità è fondamentale per garantire la sicurezza e l'efficacia dei dispositivi medici.

Infine, la crescente diffusione dell'elettronica impiantabile e dei dispositivi medici indossabili richiede PCB con una maggiore flessibilità. Questo requisito ha portato alla nascita di PCB rigido-flessibileche combina i vantaggi delle schede rigide e flessibili. Questo tipo di PCB consente una perfetta integrazione con diverse applicazioni mediche, adattandosi alla natura dinamica dell'elettronica impiantabile e indossabile.

Apparecchiature aerospaziali

PCBA utilizzati nelle apparecchiature per l'aviazione

Avete letto bene, le piccole schede PCB utilizzate nell'industria aerospaziale occupano una posizione centrale. Forse vi starete chiedendo molto a riguardo, ma quando capirete veramente Come funziona una scheda PCB, capirete e accetterete questo fatto. Aeroplani, satelliti, droni e altri dispositivi avionici non sarebbero possibili se fossero collegati ancora con componenti e tecnologie antiche. I circuiti stampati utilizzati nell'industria aerospaziale sono qualitativamente diversi da quelli utilizzati nella nostra vita quotidiana, in quanto si tratta di prodotti più piccoli e complessi. Questo tipo di circuiti stampati è spesso molto difficile da produrre e non può essere realizzato se non da un professionista. Azienda PCBA.

In primo luogo, vengono imposti requisiti rigorosi sul numero di strati del PCB. Mentre l'elettronica di consumo richiede in genere PCB con un massimo di 10 strati, l'industria aerospaziale richiede dispositivi molto più complessi e affidabili. Di conseguenza, i produttori devono intraprendere processi di impilamento multipli per soddisfare queste applicazioni specifiche. È importante notare che ogni aggiunta di due strati (poiché tutte le schede multistrato hanno un numero pari di strati) aumenta significativamente la complessità della produzione e la probabilità di guasti.

 

Inoltre, come già detto, la funzione principale di un PCB è quella di fungere da piattaforma per i componenti elettronici. Per soddisfare i requisiti funzionali dei PCB utilizzati nelle applicazioni aerospaziali, diventa necessario integrare un maggior numero di componenti su una scheda più piccola. Ciò pone sfide significative, in quanto l'integrazione di un maggior numero di componenti è intrinsecamente difficile e i circuiti integrati (IC) associati sono spesso costosi.

Industria militare

PCBA utilizzato nei radar militari

Il primo campo di applicazione dei PCB è l'industria militare e gli Stati Uniti li hanno utilizzati per la prima volta nei registratori militari. Con il progredire della tecnologia militare per soddisfare le mutevoli esigenze dei clienti, sempre più apparecchiature integrano una tecnologia computerizzata avanzata. Al contrario, la normale tecnologia SMT si è rivelata difficile da soddisfare per i requisiti dei PCB militari. Questi richiedono le proprietà elettriche e meccaniche proprie degli imballaggi flessibili e rigido-flessibili e, di conseguenza, questi tipi di imballaggi elettronici possono sopportare migliaia di chili di gravità senza cedere.

Perché il PCB è preferito dall'industria di produzione elettronica

I circuiti stampati esistono da quasi 100 anni. Nel corso di questi anni, i circuiti stampati non solo non hanno mostrato alcun segno di necessità di essere sostituiti, ma sono stati utilizzati sempre più diffusamente. Nel settore della produzione elettronica, il PCB come supporto per i componenti elettronici presenta vantaggi unici:

  • Alta densità: Lo sviluppo dei PCB è sempre stato in linea con le tendenze della società. Con la dipendenza degli esseri umani dai dispositivi elettronici miniaturizzati, i PCB mostrano una tendenza all'alta densità. Con il progresso dell'integrazione dei circuiti integrati e lo sviluppo della tecnologia di assemblaggio, la densità dei componenti elettronici dei PCB ha raggiunto il suo picco.
  • Alta affidabilità: Il processo di produzione e assemblaggio è molto complicato. Durante l'intero Processo di produzione dei PCBIl produttore deve eseguire molti test. Prendiamo ad esempio un'azienda di PCBA chiavi in mano come FS Technology. Oltre ai test più elementari ispezione manuale e Ispezione AOIDobbiamo inoltre eseguire una serie di test di invecchiamento, test funzionali, ecc. La durata di vita delle schede PCB prodotte dalla fabbrica FS Technology può raggiungere i 20 anni.
  • Progettabilità: Il campo di applicazione dei prodotti elettronici è molto ampio. Oltre ai comuni telefoni cellulari e orologi utilizzati nella vita quotidiana, ci sono molti prodotti elettronici dedicati ad ambienti ad alta temperatura, alta pressione e umidità. Per i diversi campi di applicazione, la progettabilità del PCB è la premessa per far sì che i prodotti elettronici possano soddisfare le diverse esigenze dei vari scenari.
  • Produttività: La fabbrica di PCB adotta un modello di gestione moderno, attraverso una rigorosa gestione della qualità e mezzi tecnici professionali, per ottenere un processo di produzione standardizzato, assemblaggio ad alto volumee la produzione meccanizzata completamente automatica. Ciò garantisce la costanza della qualità del prodotto.
  • Assimilabilità: La fabbrica chiavi in mano è dotata di tecnologie SMT e THT, in grado di eseguire l'assemblaggio standardizzato di vari componenti su schede nude e di eseguire l'assemblaggio automatizzato e su larga scala di lotti. Per quanto riguarda l'officina di assemblaggio di FS Technology, oltre a 7 linee di produzione SMT completamente automatiche, siamo in grado di soddisfare anche l'assemblaggio manuale plug-in e misto. Anche per gli ordini di assemblaggio DIP in grandi volumi, siamo in grado di realizzare un processo di assemblaggio PCB a foro passante automatizzato.
  • Manutenibilità: I prodotti finiti PCBA hanno un design standardizzato e una produzione su larga scala; pertanto, anche in caso di guasto del sistema, l'azienda "chiavi in mano" può sostituire i prodotti in modo rapido, semplice e flessibile e ripristinare rapidamente il corretto funzionamento del sistema.

Quali sono i tipi di circuiti stampati

I circuiti stampati possono essere classificati in diversi modi: numero di strati, dimensioni, materiali, funzioni, ecc. In questo articolo, FS Technology spiega principalmente il significato di PCB nei prodotti elettronici, quindi lo classificheremo in base al numero di strati, in modo che possiate capire facilmente il significato di PCB. tipi di circuiti stampati.

Singolo strato

Questo è il tipo più semplice e basilare di PCB. Dopo che la scheda nuda è stata assemblata da un'azienda di PCBA chiavi in mano, i componenti elettronici sono concentrati su un lato della scheda e i fili sull'altro. Poiché i circuiti stampati monofaccia sono soggetti a molte limitazioni nella progettazione dei circuiti, è più probabile che questo tipo di scheda compaia nella fase iniziale dello sviluppo dei circuiti.

Che cos'è un PCB a strato singolo?

Doppio strato

Si tratta di un tipo di PCB con cablaggio su entrambi i lati. Poiché i fili sono necessari su entrambi i lati della scheda, è necessario costruire dei ponti per essi: i vias. I vias sono piccoli fori nel circuito stampato, ricoperti di metallo, che collegano i fili su entrambi i lati del circuito. Il PCB a doppia faccia risolve il problema dell'intreccio dei cablaggi quando i produttori realizzano PCB a singola faccia e viene utilizzato per circuiti più complessi rispetto al PCB a singola faccia.

Che cos'è un PCB a doppio strato?

Multi-strato

Questo tipo di PCB è più difficile da produrre e la sua difficoltà e il suo prezzo possono aumentare con l'aumentare del numero di strati. PCB multistrato rende più schede mono o bifacciali gli strati interni di una scheda multistrato attraverso la tecnologia di laminazione. Rispetto ai primi due tipi di PCB, le schede multistrato possono realizzare una maggiore area di cablaggio e sono quindi ampiamente utilizzate in una grande varietà di prodotti elettronici. Il numero di strati della scheda multistrato può essere visualizzato solo come un numero pari a causa del metodo di laminazione, un errore che molte persone che non conoscono i circuiti stampati commettono durante la progettazione.

Che cos'è un PCB multistrato?

Storia dello sviluppo dei PCB

Si può dire che lo sviluppo dei PCB sia stato molto rapido. All'epoca gli esseri umani non sapevano cosa fosse un circuito stampato e ci è voluto un secolo perché i circuiti stampati diventassero il cuore dell'industria elettronica. Prima dell'avvento dei circuiti stampati, le connessioni elettriche tra i componenti dei circuiti venivano effettuate tramite ingombranti collegamenti a filo. Questo antico metodo di connessione non solo sprecava materiale, ma complicava anche le connessioni tra le linee. Il storia dei circuiti stampati è la seguente.

  • 1925s: L'inventore americano Charles Ducas brevettò il primo progetto di circuito quando stampò un materiale conduttivo su una scheda piatta.
  • 1936s: Paul Eisler realizza il primo circuito stampato per una radio militare.
  • 1943s: Eisler ha inciso i circuiti in fogli di rame su un substrato non conduttivo rinforzato con vetro.
  • 1944s: Il Regno Unito e gli Stati Uniti hanno collaborato per la prima volta nel settore degli armamenti militari.
  • 1948s: Per diffondere il PCB e applicarlo alla vita quotidiana, gli Stati Uniti hanno divulgato per primi la tecnologia del PCB.
  • 1950s: I transistor sono stati introdotti nel mercato dell'elettronica per ridurre le dimensioni dei prodotti elettronici. Questa mossa rende il PCB più facile da integrare e migliora la sicurezza dei prodotti elettronici.
  • Anni '50-'60: Viene introdotto il PCB a doppia faccia, con i componenti elettronici su un lato e la stampa del logo sull'altro. Le lastre di zinco sono incorporate nel design del PCB e sono dotate di materiali e rivestimenti resistenti alla corrosione per evitare il degrado.
  • 1960s: Il PCB HDI è stato realizzato e il circuito integrato è stato introdotto nella progettazione elettronica. Questa evoluzione consente alla scheda PCB nuda di trasportare migliaia di componenti elettronici, migliorando notevolmente la potenza, la velocità e la sicurezza delle apparecchiature elettroniche. I produttori programmano le funzioni richieste in chip più piccoli attraverso Programmazione ICin modo da ridurre il numero di componenti del circuito utilizzato, riducendo così le dimensioni della scheda PCBA. L'uomo si trova di fronte a una nuova difficoltà: come rendere più forte la saldatura.
  • 1970s: Il PCB è stato rinominato PWB. Poiché l'acronimo per i circuiti stampati è lo stesso di quello per i PCB, sostanze chimiche dannose per l'ambiente, questa confusione genera confusione nel pubblico e preoccupazioni per la salute della comunità.
  • Anni '70-'80: Le maschere di saldatura di materiali polimerici sottili di nuova concezione diventano il metodo di produzione standard per i circuiti stampati. Successivamente è stato sviluppato un rivestimento polimerico fotoimmaginabile che può essere applicato direttamente sui circuiti, essiccato e successivamente modificato mediante esposizione per aumentare ulteriormente la densità dei circuiti.
  • 1980s: Viene sviluppata una nuova tecnologia di assemblaggio chiamata Surface Mount Technology. Questa saldatura direttamente su piccole piazzole del PCB, senza la necessità di fori, sta rapidamente diventando lo standard nella produzione di PCBA. Componenti SMD si stanno rapidamente diffondendo, diventando lo standard del settore e cercando di sostituire i componenti a foro passante, aumentando nuovamente la potenza funzionale, le prestazioni e l'affidabilità e riducendo i costi di produzione dell'elettronica.
  • 1990s: La progettazione computerizzata automatizza molte fasi della progettazione dei circuiti stampati e consente di realizzare progetti sempre più complessi utilizzando componenti più piccoli e leggeri.
  • 2000s: I circuiti stampati sono diventati più piccoli e leggeri, con un numero maggiore di strati e una maggiore complessità. I progetti di circuiti multistrato e flessibili consentono un maggior numero di funzioni operative nei dispositivi elettronici, mentre i PCB diventano sempre più piccoli e meno costosi.

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