Nella progettazione di PCB, è necessario sviluppare schemi elettrici e diagrammi di layout. La progettazione di PCB include il posizionamento dei componenti e il routing dei percorsi elettrici. Nell'assemblaggio di PCB, invece, i produttori di PCB installeranno i componenti elettronici in base al progetto del PCB. Questi componenti includono condensatori, resistori e circuiti integrati.
Capire cos'è un PCB, come progettarlo e in cosa consiste l'assemblaggio del PCB può aiutare a garantire
Assemblaggio accurato di circuiti stampati. Il ruolo di un progettista di PCB è garantire che il design e il layout del PCB siano adatti a servizi di assemblaggio affidabili e tenere conto dei materiali di cui è composto il circuito stampato.
Cos'è un PCB?
Cominciamo dalle basi: cos'è un PCB? Il circuito stampato (PCB) è una scheda piatta che fornisce supporto meccanico e collegamento elettrico ai componenti elettronici attraverso circuiti conduttivi, piazzole e altre strutture incise su un foglio di rame.
Questi circuiti stampati sono il cuore dei moderni prodotti elettronici. Capire cos'è un PCB e come funziona un assemblaggio aiuta gli ingegneri a sviluppare vari prodotti, dai dispositivi indossabili ai controller industriali.
Di cosa sono fatti i circuiti stampati?
Un circuito stampato non è costituito da una singola piastra. È composto da numerosi strati. È interessante notare che ogni strato è sviluppato per svolgere una funzione specifica. Ne leggerete i dettagli di seguito.
Supporto
Il substrato è il substrato di base. Qual è la sua funzione? Rende stabili gli strati conduttivi. Successivamente, contrasta il calore, le sollecitazioni e i carichi elettrici.
Materiali di substrato comuni:
FR4:
FR4 è una resina epossidica piuttosto diffusa. Nei dispositivi moderni, le caratteristiche idrorepellenti sono diventate cruciali. Pertanto, i produttori di PCB moderni preferiscono lavorare con materiali FR4.
Poliimmide:
Il materiale in poliimmide rende flessibile la base del PCB. In questo modo, il PCB si flette e si adatta alle superfici. Questo materiale offre un basso rumore elettronico e ottime prestazioni anche ad alte temperature.
Ceramica:
Creano percorsi conduttivi sulle superfici dei PCB. Grazie alle sue eccellenti proprietà elettriche, questo materiale impedisce ai componenti del PCB, come i sistemi di comunicazione e le radiofrequenze, di accumulare calore eccessivo.
Substrati con anima metallica:
I substrati con anima metallica sono solitamente realizzati in alluminio o rame. Risolvono il problema della generazione di calore. Questa è una caratteristica indispensabile per applicazioni come apparecchiature di potenza e LED.
Strati di rame
I percorsi elettrici che collegano i componenti sono costituiti da strati di rame. Questi sono gli strati utilizzati per la trasmissione dei segnali e dell'alimentazione sul PCB.
Proprietà degli strati di rame:
Conducibilità:Il rame, essendo un metallo altamente conduttivo, consente una migliore trasmissione del segnale e della potenza.
Spessore di rame:Lo spessore del rame influisce sulla quantità di corrente trasportata dal PCB.
Spessori comuni del rame:
Rame standard (1 oz/ft²):
1 oz/ft² indica il peso del rame distribuito su un piede quadrato, corrispondente a uno spessore di circa 35 micron.
Rame pesante (2-10 oz/ft²):
Si tratta di una pellicola più spessa, ideale per la conduzione di correnti elevate. Questo materiale è presente negli alimentatori e nei controller per motori.
Strato dielettrico
Tra gli strati di rame è presente uno strato di dielettrico, un materiale isolante. Questo impedisce il verificarsi di cortocircuiti, garantendo il corretto funzionamento del PCB.
Elenco delle proprietà dei materiali dielettrici:
Costante dielettrica
La costante dielettrica misura la capacità di accumulo di energia elettrica di un materiale. Valori di costante dielettrica più elevati indicano la quantità di carica elettrica assorbita dal materiale rispetto al vuoto. Valori più bassi sono adatti a componenti che consentono velocità di trasmissione del segnale più elevate, come linee di trasmissione a microonde, RF e circuiti digitali.
Tangente di perdita
Indica la propagazione della potenza del segnale, che viene assorbita dal materiale sotto forma di energia termica. A seconda della sua struttura e dell'induzione della vetroresina, Df è ideale per assemblaggi ad alta frequenza.
Opzioni di materiale:
· XNUMX€ Resina epossidica
· XNUMX€ PTFE (politetrafluoroetilene)
· XNUMX€ Ceramica dielettrica
Solder Mask
Le maschere di saldatura sono una sottile lacca polimerica. Questo strato protegge le tracce di rame. In molti casi, rimane sempre il rischio di ossidazione.
Funzioni della maschera di saldatura:
Riduce i ponti: Impedisce alla saldatura di fluire nella direzione sbagliata
Protezione del rame: Previene l'ossidazione e la corrosione.
Più facile da visualizzare: Le tracce e le piazzole di rame sono più visibili.
Serigrafia
Serigrafia: lo strato superiore stampato sulla maschera di saldatura. Fornisce etichette e suggerimenti per facilitare l'assemblaggio e l'organizzazione dei problemi.
Scopo della serigrafia:
Etichettatura dei componenti: Etichette per parti, perni e istruzioni
Guida all'assemblaggio: Aiuta a posizionare i componenti, manualmente o tramite automazione.
Aiuto per i test: Contrassegna i punti di prova e le connessioni critiche per scopi di test.
Esempi di materiali di produzione avanzati
Un caso d'uso specializzato per i PCB richiede materiali PCB avanzati perché ci sono esigenze aggiuntive da soddisfare.
Come progettare un PCB?
Da dove iniziare per realizzare assemblaggi di PCB? I passaggi sono gli stessi. Ma precisione, creatività e capacità tecnica sono fondamentali. Questo garantirà la soddisfazione di ogni fase, come il buon funzionamento, la produttività e il budget.
Fasi di progettazione dettagliate:
· XNUMX€ Identificare le esigenze di progettazione
· XNUMX€ efficiente
· XNUMX€ Piani di alimentazione e di massa
· XNUMX€ Simulazione e verifica
· XNUMX€ Controlli delle regole di progettazione
· XNUMX€ Generazione di file
Identificare le esigenze di progettazione
Il primo passo è quello di creare un elenco delle funzionalità dei PCB. Questo elenco è soggetto alle condizioni ambientali di un prodotto specifico. Specificate le dimensioni richieste, le dimensioni dettagliate, la necessità di strati e il posizionamento dei componenti.
Progettazione schematica:
I progettisti di PCB creano il design visivo di un PCB. Perché lo fanno? Lo fanno per mostrare come saranno interconnessi i componenti. Inoltre, sarà facile individuare eventuali errori. Pertanto, si raccomanda di concentrarsi su una documentazione precisa.
Planimetrie di alimentazione e terreno:
Rappresenta le aree continue più ampie. È focalizzato sulla distribuzione della tensione di alimentazione e dei segnali elettrici. Il rumore nei segnali può spesso essere minimizzato mediante separazione.
Simulazione e verifica:
Utilizza un software specializzato per costruire un modello virtuale. In questo modo, puoi analizzare le riflessioni del segnale, il comportamento elettronico, i punti caldi termici o i problemi di diafonia.
Controlli delle regole di progettazione:
I controlli automatizzati garantiscono che il layout sia conforme alle tolleranze di produzione, quali larghezza minima della traccia, distanza tra le tracce (spaziatura) e dimensione delle vie.
Generazione di file:
Esportazione di file come file Gerber e file di foratura, e altri documenti di produzione. È necessario controllarli attentamente per assicurarsi che corrispondano a ciò che si sta progettando.
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Cos'è il PCB Assembly?
L'assemblaggio di PCB (PCBA) converte un normale PCB in un circuito elettronico completo mediante il montaggio e la saldatura dei componenti. Ciò significa che esistono tecnologie e misure concrete che consentono a ogni componente di svolgere il proprio compito in modo efficiente.
Esistono i principali tipi di metodi di assemblaggio dei PCB:
Tecnologia a montaggio superficiale
I componenti sono fissati alla superficie del PCB. La tecnologia a montaggio superficiale (SMT) consente di utilizzare più componenti per unità di superficie ed è quindi adatta ai moderni dispositivi miniaturizzati.
THT
Per saldare i componenti con i terminali, è necessario inserirli nei fori preforati. Per garantire la resistenza meccanica, i componenti dei connettori vengono rimossi dal THT.
Tecnologia mista:
Integra SMT e THT per trarre il meglio da entrambi i mondi.
Come assemblare un PCB?
Hai progettato e prodotto un PCB, quindi qual è il passo successivo? Il passo successivo è l'assemblaggio. I produttori di PCB installano piccoli componenti su tutta la scheda. Analizziamo le diverse fasi del PCBA.
Applicazione della pasta saldante
I produttori di PCB possono applicare sulla scheda una pasta saldante che garantisce un'adesione temporanea ai componenti.
Processo:
Uno stencil in acciaio inossidabile forato viene posizionato sul PCB. La pasta saldante, una miscela di flusso e polvere saldante, viene applicata sullo stencil con una spatola. La pasta aderisce solo nei punti in cui le piazzole sono esposte. I componenti verranno posizionati sopra di essa.
Posizionamento dei componenti
I componenti vengono posizionati sul PCB nelle aree in cui sono già state applicate delle lacune di pasta saldante. Questa fase può essere eseguita a macchina o manualmente, a seconda del progetto.
Le macchine che spostano automaticamente i prodotti da un punto all'altro di una fabbrica sono chiamate macchine pick-and-place automatizzate. I componenti vengono posizionati con precisione millimetrica da macchine miniaturizzate ad alta velocità.
Queste macchine leggono il file di progettazione per sapere dove va inserito ogni componente. I pezzi vengono prelevati da bobine o vassoi e posizionati direttamente sulla pasta saldante.
Posizionamento manuale:
Adatto a progetti singoli, di grandi dimensioni e di volumi ridotti. Gli operatori posizionano manualmente componenti di grandi dimensioni, ad esempio connettori o trasformatori.
Saldatura a riflusso
Saldatura a rifusione, utilizzata per componenti con tecnologia a montaggio superficiale (SMT). Permette alla pasta saldante di liquefarsi e successivamente indurirsi, creando connessioni elettriche non solo molto durevoli, ma anche resistenti meccanicamente.
Processo:
La pasta saldante per PCB è stata posizionata sul nastro trasportatore che scorre in un forno di rifusione. La scheda viene sottoposta al seguente riscaldamento graduale in forno:
Il preriscaldamento: Iniziare con un riscaldamento lento per evitare shock termici.
Bagnare: Mantiene la temperatura costante per ottenere l'attivazione del flusso dalla pasta saldante.
reflow: Raggiunge una temperatura che liquefa la saldatura (~250°C per la saldatura senza piombo)
Raffreddamento: Ridurre lentamente la temperatura per congelare la saldatura.
Saldatura ad onda
Per i componenti a foro passante (THT), utilizziamo la saldatura a onda. Questa tecnica è particolarmente efficace quando si hanno terminali di componenti che vanno nei fori del PCB.
Processo:
Tenuto in posizione obliqua, il PCB viene fatto scorrere su un flusso di stagno fuso. Lo stagno si applica ai terminali esposti e riempie i fori, garantendo connessioni solide.
Pulizia
Le aziende di assemblaggio di PCB incorporano l'IPA nei componenti saldati in modo pulito. Contribuisce notevolmente a rimuovere i residui di flussante e la polvere dalla scheda.
Aoi
Le telecamere scansionano la scheda alla ricerca di componenti installati in modo errato. L'AOI identifica anche giunti di saldatura difettosi, come saldature insufficienti, ponti, ecc.
Ispezione a raggi X:
Si applica a giunti di saldatura invisibili come quelli dei componenti Ball Grid Array (BGA). Rilevamento in situ di vuoti, crepe o saldature insufficienti sotto il componente.
Test di funzionalità
Il test funzionale è importante per verificare l'intero assemblaggio, non i singoli componenti. In questa fase, vengono applicate le fonti di alimentazione per alimentare il dispositivo.
È la fase finale da esaminare, ovvero se i componenti funzionano correttamente o meno durante la simulazione in tempo reale.
Suggerimenti dalla progettazione all'assemblaggio del PCB
Saresti un esperto nelle basi della progettazione e dell'assemblaggio di PCB. Tuttavia, qui troverai alcuni consigli molto utili per migliorare la tua progettazione e il tuo assemblaggio.
La prima fase è la progettazione:
1. La precisione degli schemi è un aspetto a cui prestare molta attenzione. Si consiglia di incorporare simboli ed etichette visibili.
2. Il secondo consiglio è di ricontrollare il layout. Questo è importante perché ridurrà la diafonia e la lunghezza del segnale.
3. Il consiglio migliore è quello di integrare DRC in modo da poter individuare tempestivamente i problemi.
La seconda fase è l'assemblaggio:
1. Rivolgiti sempre a un fornitore affidabile perché può fornirti pezzi di ricambio di prima qualità.
2. Contemporaneamente, scegli la saldatura a riflusso o a onda per realizzare giunzioni molto resistenti.
3. Non dimenticare mai di eseguire un test di ispezione. Ti aiuterà a identificare eventuali componenti mancanti.
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Conclusione:
Prima di giungere a una conclusione, è necessario aver compreso i fondamenti della progettazione e dell'assemblaggio di PCB. Avete letto i passaggi precedenti per la progettazione di un PCB e dei materiali del substrato del core. Inoltre, come si può assemblare un PCB con successo?
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