Nozioni di base di pcb

Cos'è il PCB?

Il PCB è un circuito stampato laminato in rame e non conduttivo, in cui tutti i componenti elettrici ed elettronici sono collegati insieme in una scheda comune con supporto fisico per tutti i componenti con base della scheda. Quando il PCB non è sviluppato, in quel momento tutti i componenti sono collegati con un filo che aumenta la complessità e diminuisce l'affidabilità del circuito, in questo modo non possiamo realizzare un circuito molto grande come la scheda madre. In PCB, tutti i componenti sono collegati senza fili, tutti i componenti sono collegati internamente, quindi ridurrà la complessità del progetto complessivo del circuito. Il PCB viene utilizzato per fornire elettricità e connettività tra i componenti, grazie al quale funziona nel modo in cui è stato progettato. I PCB possono essere personalizzati per qualsiasi specifica in base alle esigenze dell'utente. Può essere trovato in molti dispositivi elettronici come; TV, cellulare, fotocamera digitale, parti di computer come; Schede grafiche, scheda madre, ecc. Utilizzato anche in molti campi come; dispositivi medici, macchinari industriali, industrie automobilistiche, illuminazione, ecc.

Tipi di PCB:

Sono disponibili diversi tipi di PCB per il circuito. Tra questi tipi di PCB, dobbiamo scegliere il tipo appropriato di PCB in base alla nostra applicazione.

PCB monostrato
PCB a doppio strato
PCB multistrato
PCB flessibile
PCB con retro in alluminio
PCB rigido flessibile

1) PCB a strato singolo:

Un PCB a strato singolo è anche noto come PCB a un lato. Questo tipo di PCB è semplice e più utilizzato perché questi PCB sono facili da progettare e produrre. Un lato di questo PCB è rivestito con uno strato di qualsiasi materiale conduttore. Generalmente, il rame viene utilizzato come materiale conduttore per PCB, poiché il rame ha caratteristiche di conduzione molto buone. Uno strato di maschera di saldatura viene utilizzato per proteggere il PCB dall'ossidazione seguito da una serigrafia per contrassegnare tutti i componenti sul PCB. In questo tipo di PCB, solo un lato del PCB viene utilizzato per collegare diversi tipi di componenti elettrici o elettronici come resistore, condensatore, induttore, ecc. Questi componenti sono saldati. Questi PCB sono utilizzati in applicazioni di produzione di massa e a basso costo come calcolatrici, radio, stampanti e unità a stato solido.

2) PCB a doppio strato:

Il PCB a doppio strato è anche noto come PCB a doppia faccia. Come suggerisce il nome, in questo tipo di PCB, un sottile strato di materiale conduttore, come il rame, viene applicato su entrambi i lati superiore e inferiore della scheda. Nel PCB, su diversi strati di scheda, è costituito da, che ha due pad in posizione corrispondente su diversi strati. Questi sono collegati elettricamente da un foro attraverso la scheda, che è mostrato in figura-2b. Più flessibile, costo relativamente inferiore e il vantaggio più importante di questo tipo di scheda PCB è la sua dimensione ridotta che rende il circuito compatto. Questo tipo di PCB viene utilizzato principalmente in controlli industriali, convertitori, sistemi UPS, applicazioni HVAC, telefoni, amplificatori e sistemi di monitoraggio dell'alimentazione.

3) PCB multistrato:

Il PCB multistrato ha più di due strati. Significa che questo tipo di PCB ha almeno tre strati conduttivi di rame. Per fissare il pannello, la colla è inserita tra lo strato di isolamento che garantisce che il calore in eccesso non danneggi alcun componente del circuito. Questo tipo di progettazione di PCB è molto complesso e utilizzato in compiti elettrici molto complicati e di grandi dimensioni in spazi molto ridotti e circuiti compatti. Questo tipo di PCB viene utilizzato in applicazioni di grandi dimensioni come la tecnologia GPS, il sistema satellitare, le apparecchiature mediche, i file server e l'archiviazione dei dati.

4) PCB flessibile:

Il PCB flessibile è anche noto come circuito Flex. Questo tipo di PCB utilizzava materiale plastico flessibile come poliammide, PEEK (polietere etere chetone) o film di poliestere conduttivo trasparente. Il circuito stampato è generalmente posto piegato o attorcigliato. Questo è un tipo di PCB molto complesso e contiene anche una gamma diversa di strati come circuito flessibile a un lato, circuito flessibile a due lati e circuito flessibile a più lati. Il circuito flessibile viene utilizzato in diodi organici a emissione di luce, fabbricazione di LCD, celle solari flessibili, industrie automobilistiche, telefoni cellulari, fotocamere e dispositivi elettronici complessi come i laptop.

5) PCB rigido:

I PCB rigidi sono realizzati in materiale solido che non consente la torsione del PCB. Come il PCB flessibile, il PCB rigido ha anche una configurazione a strati diversi come PCB rigido a strato singolo, doppio strato e multistrato. La forma di questo PCB non cambia dopo l'installazione. Questo PCB non può essere piegato in base alla forma della base, ecco perché questo PCB è noto come PCB RIGIDO. La durata di questo tipo di PCB è molto alta, quindi viene utilizzata in molte parti del computer come RAM, GPU e CPU. Semplice nel design e il PCB più utilizzato e di produzione è un PCB rigido a un lato. Il PCB rigido multistrato può essere più compatto contenendo 9-10 strati.

6) PCB rigido flessibile:

La combinazione di circuito flessibile e circuito rigido è la scheda più importante. Le schede rigide flessibili sono costituite da più strati di PCB flessibile collegati a un certo numero di strati di PCB rigidi. Il pannello rigido flessibile è come mostrato in figura. È utilizzato nei telefoni cellulari, nelle fotocamere digitali e nelle automobili, ecc.

Tipi di PCB in base al sistema di montaggio

PCB a foro passante
PCB a montaggio superficiale

1) PCB a foro passante:

In questo tipo di PCB, dobbiamo fare un foro usando il trapano su PCB. In questi fori, i conduttori dei componenti sono montati e saldati ai pad situati sul lato opposto del PCB. Questa tecnologia è molto utile perché fornisce più supporto meccanico ai componenti elettrici e una tecnologia molto affidabile per il montaggio dei componenti, ma la perforazione nel PCB la rende più costosa. Nel PCB a strato singolo, questa tecnologia di montaggio è facile da implementare, ma in caso di fori per PCB a doppio strato e multistrato è più difficile.

2) PCB a montaggio superficiale:

In questo tipo di PCB, i componenti sono di piccole dimensioni perché questi componenti hanno un cavo molto piccolo o non sono necessari cavi per il montaggio sulla scheda. Qui, in questa tecnologia, i componenti SMD sono montati direttamente sulla superficie della scheda e non richiedono fori a bordo.

Parti diverse del PCB:

Pad: Il pad non è altro che un pezzo di rame su cui sono montati i cavi dei componenti e su cui vengono eseguite le saldature. Il pad fornisce il supporto meccanico ai componenti.

Traccia: in PCB, i componenti non sono collegati con l'aiuto di fili. Tutti i componenti sono collegati con un materiale conduttore come il rame. Questa parte in rame del PCB che viene utilizzata per collegare tutti i componenti noti come traccia. La traccia è simile alla figura sotto.

Strati: in base all'applicazione, al costo e allo spazio disponibile del circuito, l'utente può scegliere lo strato del PCB. Il più semplice nella costruzione, facile da progettare e più utile nella vita di routine è il PCB a strato singolo. Ma per circuiti molto grandi e complessi, il PCB a doppio strato o il PCB multistrato è il più preferito rispetto al PCB a strato singolo. Ora un giorno, in PCB multistrato, possono essere collegati 10-12 strati e la cosa più critica è comunicare tra i componenti in diversi strati.

Strato di seta: lo strato di seta viene utilizzato per la stampa di linee, testo o qualsiasi altra arte sulla superficie del PCB. Di solito, per la stampa serigrafica viene utilizzato inchiostro epossidico. Lo strato di seta può essere utilizzato nello strato superiore e / o inferiore del PCB in base alle esigenze dell'utente, noto come serigrafia SUPERIORE e serigrafia INFERIORE.

Strato superiore e inferiore: nello strato superiore del PCB, tutti i componenti sono montati in questo strato del PCB. Generalmente, questo strato è di colore verde. Nello strato inferiore del PCB, tutti i componenti sono saldati attraverso il foro e il cavo dei componenti è noto come strato inferiore del PCB. A volte, nello strato superiore e / o inferiore il PCB è rivestito con uno strato di colore verde, noto come maschera di saldatura.

Solder Mask: c'è un ulteriore strato sulla parte superiore dello strato di rame chiamato Solder Mask. Questo strato ha generalmente un colore verde ma può essere di qualsiasi colore. Questo strato isolante viene utilizzato per prevenire il contatto accidentale dei pad con altro materiale conduttivo sul PCB.

Materiali PCB:

L'elemento principale è il substrato dielettrico che è rigido o flessibile. Questo substrato dielettrico viene utilizzato con materiale conduttore come il rame su di esso. Come materiale dielettrico, vengono utilizzati laminati epossidici in vetro o materiali compositi.

1) FR4:

FR sta per FIRE RETARDENT. Per tutti i tipi di produzione di PCB, il materiale laminato in vetro più comune è FR4. A base di composti epossidici di vetro intrecciati, FR4 è un materiale composito molto utile perché fornisce un'ottima resistenza meccanica.

FR4	Temp. Transizione vetrosa
Standard	130	Il più comune e ampiamente utilizzato Il più economico
Con una maggiore temperatura di transizione vetrosa.	170-180	Compatibile con la tecnologia di riflusso senza piombo
Senza alogeno	-	Compatibile con la tecnologia di riflusso senza piombo

2) FR-1 e FR-2:

Questo materiale è costituito da carta e composti fenolici e questo materiale viene utilizzato solo per PCB a strato singolo. Sia FR1 che FR2 hanno caratteristiche simili, l'unica differenza è la temperatura di transizione vetrosa. FR1 ha una temperatura di transizione vetrosa più elevata rispetto a FR2. Questi materiali sono anche suddivisi in standard, privi di alogeni e non idrofobici.

3) CEM-1:

Questo materiale è costituito da carta e due strati di resina epossidica di vetro intrecciata e composti fenolici e questo materiale viene utilizzato solo per PCB unilaterale. CEM-1 può essere utilizzato al posto di FR4, ma il prezzo di CEM1 è superiore a FR4.

4) CEM-3:

questo materiale è un composto epossidico di vetro di colore bianco, utilizzato principalmente nei PCB a doppio strato. CEM-3 ha una resistenza meccanica inferiore rispetto a FR4, ma è più economico di FR4. Quindi, questa è una buona alternativa a FR4.

5) Polyimide:

Questo materiale è utilizzato nel PCB flessibile. Questo materiale è composto da kepton, rogers, dupont. Questo materiale ha buone proprietà elettriche, felicità, ampio intervallo di temperatura e alta resistenza chimica. La temperatura di lavoro di questo materiale è compresa tra -200 ͦC e 300 ͦC.

6) Prepreg:

Prepreg significa pre-impregnato. È una fibra di vetro impregnata di resina. Queste resine vengono pre-essiccate, in modo che una volta riscaldate scorrano, aderiscano e si immergano completamente. Prepreg ha uno strato adesivo che conferisce una resistenza simile a FR4. Esistono molte versioni di questo materiale in base al contenuto di resina, resina standard SR, resina media MR e resina alta HR. Questo viene scelto in base allo spessore richiesto, alla struttura dello strato e all'impedenza. Questo materiale è disponibile anche in alta temperatura di transizione vetrosa e privo di alogeni.

Software di progettazione PCB:

Di seguito sono riportati alcuni dei software di progettazione PCB più popolari. Puoi saperne di più su questi software di progettazione PCB qui.

Aquila:

EAGLE è il modo più popolare e più semplice per progettare PCB. EAGLE è l'acronimo di Easily Applicable Graphical Layout Editor, sviluppato in precedenza da CadSoft Computer e attualmente Autodesk è lo sviluppatore di questo software. Per la progettazione dello schema circuitale, EAGLE dispone di un editor di schemi elettrici. L'estensione del file EAGLE è.SCH e diverse parti e componenti sono definiti nell'estensione.LBR. L'estensione del file Board è.BRD.

Multisim:

Multisim è anche un software di apprendimento molto potente e facile. Originariamente sviluppato da Electronics Workbench e ora è una divisione di National Instruments (NI). Include la simulazione del microcontrollore (MultiMCU) e funzioni integrate di importazione e esportazione nel software di layout PCB. Questo software è ampiamente utilizzato in ambito accademico e anche nell'industria per l'istruzione a circuito.

EasyEDA:

EasyEDA è un software che viene utilizzato per progettare e simulare circuiti. Questo software è uno strumento integrato per l'acquisizione di schemi, la simulazione di circuiti SPICE, basato su Ngspice e layout PCB. Il vantaggio più importante di questo software è che è un software basato sul web e utilizzato nella finestra del browser. Quindi, questo software è indipendente dal sistema operativo.

Altium Designer:

Questo software è sviluppato dalla società di software australiana Altium Limited. La caratteristica principale di questo software è l'acquisizione schematica, la progettazione di PCB 3D, lo sviluppo FPGA e la gestione del rilascio / dati. Questo è il primo software che offre la visualizzazione 3D e il controllo del gioco del PCB direttamente dall'editor PCB.

KiCad: questo software è sviluppato da jean-pierre charras. Questo software dispone di strumenti in grado di creare BoM (Bill of Material), grafica e visualizzazione 3D di PCB, nonché tutti i componenti utilizzati nel circuito. Molti componenti sono disponibili nella libreria di questo software e ci sono funzionalità che l'utente può aggiungere i propri componenti personalizzati. Questo software supporta molte lingue umane.

CircuitMaker: anche questo software è sviluppato da Altium. L'editor schematico di questo software include il posizionamento dei componenti di base e questo software viene utilizzato per progettare schemi multicanale e gerarchici avanzati. Tutti gli schemi vengono caricati sul server e questi file possono essere visualizzati da chiunque, a condizione che sia necessario un account CircuitMaker.