Qu'il s'agisse de la microcarte mère d'un smartphone ou du système de navigation d'une sonde spatiale, le circuit imprimé (PCB) est quasiment le composant central de tout appareil électronique. Dissimulé dans des endroits invisibles, il contrôle chaque démarrage et chaque instruction de fonctionnement de l'appareil. Un circuit imprimé d'apparence ordinaire intègre en réalité une structure matérielle précise et un système de composants électroniques complexe. Qu'est-ce qu'un PCB ? LES PLANTES de ? Ensuite, cet article vous le présentera sous deux aspects : les matériaux PCB et les composants PCB.
Aperçu des matériaux et composants des PCB
Le PCB est la plate-forme fondamentale pour le fonctionnement de presque tous les appareils électroniques modernes. (matériel) fournit un support mécanique et une connexion électrique pour divers composants électroniques et constitue le support clé pour la conversion des signaux électriques bruts en fonctions réelles.
Un circuit imprimé typique est composé de plusieurs couches de matériaux, y compris le substrat isolant, les traces de feuille de cuivre, les couches de masque de soudure et diverses couches de traitement de surface. PCB composants tels que résistances, condensateurs, ICs, connecteurs, etc. déterminent la fonction du circuit, ce qui détermine véritablement la stabilité, la fiabilité et la fabricabilité du produit est le PCB matériel. Comprendre la structure des cartes de circuits imprimés et les composants d'une carte de circuit imprimé est tout aussi important pour une conception de carte de circuit imprimé de qualité, complète et efficace. Nous pouvons dire:
PCB = Fonction (Composants) + Structure (Matériaus)
Matériaux PCB
Les matériaux utilisés pour les circuits imprimés (PCB) déterminent en grande partie les performances et la fiabilité d'un circuit imprimé. Chaque couche de matériau d'un PCB a des fonctions spécifiques. La section suivante présente en détail plusieurs grands types de matériaux pour circuits imprimés et leurs caractéristiques techniques.
1. Matériaux de substrat
Le substrat du PCB est la couche la plus basse qui constitue le circuit imprimé. Cette couche assure principalement la résistance mécanique et l'isolation électrique du PCB. Les plus couramment utilisées PCB Le matériau de la carte est le FR4. Ce matériau, une résine époxy à base de fibre de verre ignifuge, est économique et offre des performances stables. C'est le matériau privilégié pour la plupart des appareils électroniques grand public.
Pour les applications exigeant une puissance élevée ou une dissipation thermique élevée, les matériaux à cœur métallique pour circuits imprimés, comme les substrats en aluminium, sont souvent choisis en raison de leur excellente conductivité thermique. Pour les applications exigeant une conception flexible, comme les appareils portables et les engins spatiaux, les matériaux flexibles pour circuits imprimés de type polyimide (PI) sont privilégiés. sera utilisé.
Si le circuit doit transmettre des signaux haute fréquence ou radiofréquence, le matériau pour circuits imprimés Rogers est recommandé. Grâce à sa faible perte diélectrique, ce type de matériau est idéal pour la conception de circuits radiofréquence (RF) et micro-ondes. Comprendre ces différences PCB Les types de matériaux sont essentiels pour une sélection raisonnable et une conception fiable.
2. Couches de cuivre
La couche conductrice d'un circuit imprimé est généralement composée d'une feuille de cuivre, formant le chemin du signal sur le circuit imprimé. Selon la complexité de la conception, ces couches de cuivre peuvent faire partie d'une structure simple face, double face ou multicouche.
L'épaisseur de la feuille de cuivre (généralement exprimée en oz/ft)²) détermine sa capacité de transport de courant et sa conductivité thermique. Dans les applications de signaux haute puissance ou haut débit, un choix judicieux de l'épaisseur du cuivre est essentiel pour garantir la capacité de transmission de puissance et l'intégrité du signal.
3. Couches diélectriques
La couche diélectrique joue un rôle dans l'isolation de la couche conductrice de cuivre du circuit imprimé. Elle est souvent composée d'un préimprégné et d'un matériau de base. Ces matériaux diélectriques assurent non seulement l'isolation électrique, mais influencent également les caractéristiques d'impédance lors de la transmission du signal.
La constante diélectrique (Dk) du matériau sélectionné détermine la vitesse de propagation du signal sur la carte. Par conséquent, pour les applications haut débit ou RF, des matériaux laminés à faible Dk doivent être sélectionnés pour réduire la perte de signal et améliorer les performances de transmission globales. Plus les exigences de performances électriques sont élevées, plus le choix du matériau doit être rigoureux.
4. Couches de protection
La couche la plus externe d'un PCB, ou la couche protectrice, est constituée d'un splus mdemander, un sécran d'affichage et un surface fCes couches sont généralement situées au-dessus de la couche de cuivre, ce qui permet non seulement de protéger le circuit imprimé, mais aussi d'améliorer son identification et ses performances de soudure.
Le masque de soudure est généralement vert, mais il peut également être noir, blanc, rouge, etc. Sa fonction est de recouvrir la feuille de cuivre pour éviter les courts-circuits pendant le processus de soudure et c'est une couche indispensable dans le processus d'assemblage des composants PCB.
La couche sérigraphiée est imprimée avec le numéro de l'appareil, le numéro de position, l'identification et d'autres informations, ce qui facilite l'inspection, la maintenance et la soudure précise de PCB composants.
Surface commune finition les méthodes incluent HASL, ENIG et OSP, qui peuvent améliorer la soudabilité et empêcher l'oxydation de la couche de cuivre.
Ces couches protectrices jouent un rôle important dans l’amélioration de la fiabilité, de la durabilité et de la fabricabilité des PCB.
PCB Types de matériaux
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Catégories
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Nom du matériau
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Fonction principale
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Scénario d'application
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Matériaux de substrat
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FR4 (fibre de verre époxy)
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Support structurel, isolation électrique
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Électronique grand public, circuits imprimés à usage général
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Noyau en aluminium/cuivre (MCPCB)
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Haute conductivité thermique
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Éclairage LED, modules de puissance, applications à haute température
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Polyimide (PI)
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Flexibilité, résistance aux hautes températures
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Wearables, FPC, produits aérospatiaux
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Substrat céramique (Al₂O₃ / AlN)
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Conductivité thermique ultra-élevée, isolation, stabilité
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Électronique automobile haute fréquence et haute puissance
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Stratifié Rogers
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Faible perte diélectrique, excellente intégrité du signal
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Communication haute fréquence, RF, micro-ondes, 5G
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Téflon (PTFE)
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Faible perte à hautes fréquences, excellente stabilité
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Cartes à grande vitesse, systèmes radar, électronique militaire
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Résine BT (bismaléimide triazine)
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Performances haute fréquence, stabilité thermique
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Stations de base de communication, fonds de panier à grande vitesse, systèmes critiques
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Matériaux conducteurs
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Feuille de cuivre électrolytique (cuivre ED)
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Transmission du signal, distribution d'énergie
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Toutes les couches de circuits imprimés
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Feuille de cuivre recuit laminée (cuivre RA)
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Excellente ductilité et flexibilité
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Circuits flexibles, cartes flexo-rigides, câblage FPC
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Matériaux diélectriques
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Prepreg
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Collage et isolation des couches dans les panneaux multicouches
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Empilements de circuits imprimés multicouches
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Core
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Isolation électrique, contrôle d'épaisseur
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Structure interne des PCB multicouches
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Matériaux de protection
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Solder Mask
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Prévention des courts-circuits, résistance à l'oxydation, esthétique
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Toutes les surfaces de PCB
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Encre sérigraphique
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Étiquetage des composants, marquage de référence
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Positionnement, assemblage, maintenance des composants
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Finitions de surface
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HASL (nivellement de soudure à air chaud)
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Soudabilité améliorée, prévention de l'oxydation
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Protection générale des pastilles, soudure traversante
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ENIG (Nickel Immersion Or Electroless)
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Planéité, résistance à la corrosion, capacité de pas fin
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Cartes mères BGA, QFN et serveurs
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OSP (Conservateur de Soudabilité Organique)
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Bonne soudabilité, respectueux de l'environnement, surface plane
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Cartes CMS, cartes sans plomb, produits conformes RoHS
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Immersion argent
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Excellente conductivité, idéale pour les signaux à haut débit
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PCB haute fréquence, cartes numériques haute vitesse
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Étain d'immersion
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Surface plane, adaptée aux pads à pas fin
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Cartes CMS haute densité, circuits de contrôle de précision
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Placage d'or
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Résistance à l'usure, convient aux connexions fréquentes
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Doigts dorés, contacts de connecteurs, modules d'alimentation
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Matériaux spéciaux
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Téflon (PTFE)
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Faible perte à hautes fréquences, excellentes performances diélectriques
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Radar, communication 5G, circuits micro-ondes
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Résine époxy BT
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Stabilité thermique élevée, performances électriques constantes
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Aérospatiale, fonds de panier à grande vitesse, systèmes satellites
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PCB Composants
Les composants PCB sont des dispositifs électroniques clés installés sur PCB pour réaliser des fonctions électriques spécifiques. Des dispositifs passifs les plus élémentaires (tels que les résistances et les condensateurs) aux dispositifs actifs complexes (tels que les microcontrôleurs, les transistors et les circuits intégrés de puissance), ils constituent ensemble le cœur des circuits électroniques.
Les types courants de composants PCB comprennent : les composants passifs (résistances, condensateurs, inducteurs, etc.), les composants actifs (diodes, transistors, circuits intégrés), les composants de moteur/connexion (connecteurs, relais, commutateurs) et les dispositifs auxiliaires, etc.
Avant d'assembler des composants de circuits imprimés, une liste détaillée des composants est nécessaire. Cette liste est généralement incluse dans la nomenclature (BOM), qui doit indiquer le modèle, les spécifications, le conditionnement, la quantité et la référence fabricant de chaque composant. Cette liste est essentielle pour les processus d'approvisionnement, de production et de contrôle qualité. Pour établir une liste précise, il est essentiel de bien comprendre les composants du circuit imprimé..
Types d' PCB Composants
Le tableau suivant répertorie les noms de composants, les fonctions et les scénarios d’application courants.
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Catégories
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Nom du composant
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Fonction Description
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Application typique
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Composants passifs
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Resistor
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Contrôle le courant, divise la tension
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De base dans tous les types de circuits
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Condensateur
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Stocke l'énergie, filtre les signaux, couple les signaux
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Filtrage de puissance, isolation du signal
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Inducteur
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Stocke l'énergie, filtre le bruit, supprime les interférences
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Convertisseurs DC-DC, traitement du signal
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Perle de ferrite
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Supprime le bruit haute fréquence, améliore les performances EMI
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Filtrage d'entrée d'alimentation, audio, interfaces RF
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Composants actifs
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Diode
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Conduction unidirectionnelle, protection contre l'inversion de polarité, redressement
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Entrée d'alimentation, redressement du signal
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LED (diode électroluminescente)
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Fournit une indication visuelle
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Indicateur d'alimentation/d'état
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Transistor
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Amplifie les signaux, contrôle de commutation
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Amplification du signal, contrôle logique
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CI (circuit intégré)
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Effectue une logique complexe, des calculs et un traitement du signal
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Microcontrôleurs, amplificateurs, pilotes, puces RF
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Régulateur de tension
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Fournit une sortie de tension stable
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Modules de puissance, systèmes de gestion de batterie
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Composants d'E/S et de contrôle
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connecteur
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Fournit des connexions électriques entre les cartes ou les fils
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USB, HDMI, embases à broches, connecteurs FPC, SATA
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Basculer
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Commande marche/arrêt manuelle
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Bouton d'alimentation, interrupteur de réinitialisation, interrupteur DIP
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Relais
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Utilise un petit courant pour contrôler un courant important
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Contrôle industriel, commutation de puissance
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Alerte Sonore
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Génère un signal sonore ou un bip
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Alarmes, minuteries, retour d'état
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Cristal / Oscillateur
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Fournit une fréquence d'horloge précise
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Modules de synchronisation, sans fil et de communication MCU
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Mécanique et support
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Dissipateur de chaleur
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Dissipe la chaleur, protège les composants
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Circuits intégrés haute puissance, pilotes de LED, amplificateurs de puissance
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Trou de montage / Trou de positionnement
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Support mécanique et alignement
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Assemblage du boîtier, alignement des connecteurs
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Fusible
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Protection contre les surintensités
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Entrée d'alimentation, protection des circuits sensibles
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Matériaux et composants PCB
L'étroite collaboration entre les matériaux et les composants du circuit imprimé détermine les performances et la fiabilité du circuit imprimé. Les composants du circuit imprimé déterminent sa logique fonctionnelle. Les matériaux du circuit imprimé déterminent sa résistance structurelle, ses caractéristiques électriques et son adaptabilité à l'environnement extérieur. Le substrat du circuit imprimé assure le support mécanique et l'isolation électrique, garantissant ainsi la stabilité du circuit imprimé et évitant les risques de court-circuit. Les couches de cuivre du substrat servent de conducteurs, reliant les différents composants du circuit imprimé et assurant la transmission du signal et de l'énergie via des pistes et des vias.
Par exemple, pour les PCBs Utilisés dans les équipements de communication 5G ou de radiofréquence, des matériaux diélectriques à faibles pertes, tels que le Rogers ou le PTFE, et un agencement précis des composants sont nécessaires pour éviter les problèmes de distorsion du signal ou d'interférences électromagnétiques. Seule une sélection rationnelle des matériaux pour circuits imprimés et leur association efficace avec des composants électroniques appropriés lors de la conception et du soudage permettent d'obtenir le meilleur équilibre entre performances, fiabilité et efficacité de fabrication.
Conclusion
Un circuit imprimé (PCB) est une fusion de fonction et de structure. Seule une compréhension approfondie de la relation entre les matériaux et les composants des circuits imprimés permet de concevoir des produits électroniques plus stables, plus faciles à fabriquer et de meilleure qualité. Que vous prépariez le soudage de composants PCB, planifiiez l'assemblage de circuits imprimés ou choisissiez le matériau de substrat adéquat, une connaissance approfondie des matériaux et des composants PCB est essentielle.
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