Creare un nuovo progetto PCB è sempre un'esperienza entusiasmante, ma con tanta eccitazione si accompagnano anche grandi responsabilità e attenzioni che dobbiamo prendere per garantire che il nostro progetto proceda nel modo più fluido possibile. I PCB sono disponibili in diverse dimensioni e forme, PCB monofacciali e multistrato, e come passare dalla prototipazione di queste schede alla produzione di massa.
Ci sono molte cose da considerare, tra cui prezzo, dimensioni e disponibilità dei componenti, ma in questo articolo discuteremo principalmente delle differenze tra PCB e PCBA monofacciali, bifacciali e multistrato, le differenze tra loro e gli aspetti che dobbiamo considerare prima di produrre il nostro primo prototipo.
Livelli di progettazione PCB
Se stai leggendo questo articolo, molto probabilmente hai realizzato (o stai per realizzare) un paio di progetti PCB; a seconda del progetto, potrebbero essere necessari diversi livelli di progettazione. Si parte da un progetto PCB doppio (2 strati) e si può arrivare fino a 16 strati.
Gli strati dipendono da diversi fattori, uno dei quali è la dimensione della scheda PCB. Quando vogliamo inserire molti componenti in un'area ridotta, potremmo aver bisogno di un PCB multistrato per poter cablare correttamente tutti i componenti, poiché ogni filo (traccia del PCB) attraversa un singolo strato. Due tracce non possono sovrapporsi su un singolo strato, quindi dobbiamo utilizzare strati diversi per archiviare uno schema circuitale completo.
Un altro fattore da tenere in considerazione nella progettazione di PCB multistrato è la complessità dei componenti che andremo a inserire nel nostro progetto: alcuni componenti, come la CPU o i circuiti integrati complessi, richiedono una progettazione di PCB multistrato con 4 o più strati. Questo è un requisito da tenere in considerazione durante la disposizione di tali componenti e pertanto non può essere ignorato.
La progettazione di circuiti stampati a due o più strati dipende principalmente dal progetto PCB e dai requisiti di dimensioni, componenti e caso d'uso: più complesso è il progetto, maggiore sarà il numero di strati. I PCB multistrato sono oggi molto comuni e molte fabbriche di PCB sono in grado di soddisfare le specifiche esigenze del cliente, sia per PCB singoli che multistrato.
La produzione di PCB multistrato (da 4 a 16 strati) è spesso più costosa della fabbricazione a 2 strati, questo è dovuto alla maggiore complessità e alla quantità di cooperanti e altri materiali utilizzati nei PCB multistrato; se il progetto può essere realizzato con 2 strati, sarà consigliabile farlo per ridurre i costi di fabbricazione.
Incisione dei PCB
Forse ti starai chiedendo come incidere un PCB bifacciale, ma prima di tutto, cosa significa esattamente "incisione"? L'incisione è il processo di incisione che utilizza un laser ad altissima potenza sulla superficie del PCB per creare le tracce dei fili che vengono utilizzate nel circuito di progettazione del PCB personalizzato.
Il processo di incisione è molto efficiente e spesso utilizzato nel settore dei PCB e può essere eseguito sia su PCB monofacciali che multistrato; questo processo elimina la necessità di utilizzare sostanze chimiche tossiche, inchiostro o acidi che venivano tradizionalmente impiegati durante il processo di produzione dei PCB.
L'incisione può essere effettuata anche in casa, ma spesso richiede sostanze chimiche e acidi costosi e pericolosi che potrebbero danneggiare l'ambiente. Può essere eseguita su schede in rame utilizzate per la fabbricazione di PCB e su materiali flessibili per la produzione di PCB flessibili multistrato.
Un PCB flessibile multistrato è spesso realizzato utilizzando fogli di materiale poliimmidico con rame su uno o più lati del foglio; la caratteristica del materiale poliimmidico è un punto di fusione molto elevato e una flessibilità che lo rendono perfetto per la produzione e la creazione di campioni di PCB flessibili.
PCBA monofacciale
Una volta deciso se il nostro PCB è a due o più strati e se sarà una scheda flessibile o casuale, è il momento di considerare su quale lato del PCB verranno posizionati i componenti.
La definizione di PCB monofaccia si riferisce al posizionamento dei componenti su un singolo lato della scheda (solitamente il lato superiore) anziché su entrambi i lati. Tuttavia, il PCB monofaccia non deve essere confuso con il numero di strati del PCB, poiché si tratta di due cose diverse. Il PCB multistrato indica il cablaggio interno e gli strati del PCB, mentre il posizionamento di PCB monofaccia o bifacciale si riferisce al processo SMT (Stampaggio a Macchina) in cui i componenti vengono posizionati su un solo lato della scheda o su entrambi.
Il PCB ha solo due lati, superiore e inferiore, su cui possiamo posizionare tutti i componenti che il design, il layout e lo spazio lo consentono. Una scelta popolare è il PCB monofaccia, ma sfortunatamente, man mano che il design diventa più complesso, potrebbe non esserci abbastanza spazio per ospitare tutti i componenti su un singolo strato, a causa dello spazio limitato disponibile per i componenti e del numero crescente di componenti che un design complesso potrebbe avere.
I PCB a faccia singola presentano numerosi vantaggi: una volta utilizzato il PCB come soluzione o prodotto, è facile progettare l'involucro o la scheda su una superficie piana, poiché non sono presenti componenti sullo strato inferiore, il che consente al PCB a faccia singola di adattarsi perfettamente e facilmente agli involucri personalizzati.
Quando si scelgono i componenti PCB a faccia singola, è molto comodo scegliere componenti DIP anziché SMD perché non dobbiamo preoccuparci di eventuali conflitti di componenti sul lato inferiore della scheda poiché utilizziamo solo un design PCB a faccia singola. Un PCB a doppia faccia, d'altro canto, ci limiterà nel numero di componenti DIP che possiamo inserire, posizionando un componente DIP dovremo creare dei fori nel rame per cablare i componenti, il che limiterà la possibilità di posizionare il componente SMD nella stessa posizione sulla scheda PCB. Se il design utilizza molti componenti DIP, si consiglia di progettare un PCB a faccia singola.
Un altro vantaggio è che i componenti tendono a generare calore; progettando un PCB a singola faccia possiamo garantire una minore diffusione del calore sulla scheda, il che potrebbe migliorare la durata e la stabilità a lungo termine della scheda. Il prezzo dei PCB a singola faccia è spesso inferiore a quello dei PCB multistrato, poiché è necessario assemblare un solo strato, rendendolo più facile, economico e veloce da realizzare durante il processo di fabbricazione in serie.
PCBA bifacciale
Una volta compresi i vantaggi e gli svantaggi di un PCB a faccia singola, spieghiamo cos'è un PCB a doppia faccia e confrontiamo i PCB a faccia singola con quelli a doppia faccia.
Il primo vantaggio evidente del PCB a doppia faccia è che abbiamo più spazio per i componenti; il progetto potrebbe essere realizzato utilizzando un PCB a 2 strati ma popolato su entrambi i lati con componenti. Tuttavia, quando si realizza un prototipo di scheda PCB a doppia faccia, il prezzo sarà spesso più elevato, poiché per piccoli lotti di 1-5 pezzi l'operaio dovrà saldare i componenti manualmente, su entrambi i lati. Mentre il lato superiore può essere saldato con un piccolo forno, il lato inferiore dovrà essere saldato manualmente, a differenza del PCB a faccia singola in cui l'intera scheda può essere riscaldata e saldata all'interno di un forno o di un dispositivo di riscaldamento.
Molti clienti si chiedono come utilizzare un prototipo PCB a doppia faccia; la risposta è la stessa di un PCB a faccia singola. Per quanto riguarda l'utilizzo e la funzionalità, non ci sono differenze, tranne per alcuni aspetti da considerare, come gli involucri o la distribuzione del calore sulla scheda.
Un altro vantaggio del PCBA a doppia faccia è la possibilità di posizionare più componenti su un fattore di forma più piccolo del PCB, il che significa che possiamo progettare una scheda più piccola ma adattare tutti i componenti su entrambi i lati del PCB sfruttando sia lo strato superiore che quello inferiore nel nostro design, mentre il PCB a faccia singola ha solo il lato superiore popolato di componenti che potrebbero richiedere la progettazione di un PCB di dimensioni maggiori per compensare la mancanza di spazio.
Conclusione e spunti di riflessione
Abbiamo imparato a conoscere i diversi tipi di progettazione di PCB, come quelli monostrato e multistrato, e abbiamo anche analizzato le differenze nella fabbricazione di PCB monostrato rispetto a quelli multistrato, in termini di prezzo e altri aspetti da considerare in anticipo. Abbiamo anche analizzato la popolazione di componenti monofaccia e bifacciale, le differenze che presentano nella prototipazione e nella produzione di massa, i pro e i contro e gli aspetti da considerare in questo tipo di decisione.
Detto questo, PCBasic è un esperto nel campo della progettazione di PCB singoli o multistrato nonché nella produzione di PCB multistrato, con oltre 15 anni di esperienza accumulata; non c'è dubbio che possiamo gestire qualsiasi tipo di esigenza di progettazione o fabbricazione sia per scopi di prototipazione che per la produzione di massa di centinaia di migliaia di pezzi al giorno.
PCBasic collabora con i principali fornitori e distributori di componenti, nonché con stabilimenti di fabbricazione di PCB in grado di gestire la fabbricazione di PCB multistrato da 2 a 16 strati con elevata precisione e velocità, eliminando incertezze e rischi durante la fabbricazione di qualsiasi progetto PCBA.
