PCB rigido: tutto ciò che i principianti devono sapere è qui

Dicembre 6, 2019

Will è esperto in componenti elettronici, processi di produzione di PCB e tecnologie di assemblaggio, e vanta una vasta esperienza nella supervisione della produzione e nel controllo qualità. Con l'obiettivo di garantire la qualità, Will fornisce ai clienti le soluzioni di produzione più efficaci.

Il PCB rigido è il più tipo comune di PCB, forniscono un robusto supporto meccanico per i componenti elettronici montati, consentendo al contempo una produzione efficiente mediante processi di assemblaggio automatizzati. Queste caratteristiche hanno reso i circuiti stampati rigidi la scelta standard per gadget di consumo, elettronica automobilistica, apparecchiature industriali, dispositivi medici, avionica aerospaziale e sistemi militari. In questo articolo del blog, forniremo una panoramica della tecnologia dei PCB rigidi, inclusi i suoi vantaggi, limiti, applicazioni e così via. Iniziamo con la sua definizione.

Che cosa sono i PCB rigidi?

Un circuito stampato rigido, o PCB rigido, si riferisce a un tipo di PCB realizzato con materiale isolante rigido materiali del substrato che forniscono supporto meccanico per i componenti elettronici montati. La scheda stessa non si flette né si piega.

I PCB rigidi contengono tracce di rame conduttivo incise o stampate sul substrato per formare le connessioni elettriche tra i componenti. Il substrato è tipicamente costituito da fogli di materiali come il laminato epossidico in vetro FR-4, ma per applicazioni più complesse vengono utilizzati anche altri materiali come il CEM-1 o la poliimmide.

I substrati rigidi sono disponibili in una gamma di spessori standard, comunemente da 0.4 mm a 3.2 mm, per garantire resistenza e rigidità adeguate. I pannelli possono essere costituiti da uno strato di rame monofacciale, bifacciali con rame su entrambi i lati o multistrato con rame inserito tra gli strati isolanti.

Vantaggi del PCB rigido

I circuiti stampati rigidi forniscono un supporto meccanico ideale per il montaggio e il fissaggio dei componenti, consentendo una saldatura e un fissaggio affidabili delle parti.
La stabilità dimensionale dei circuiti stampati rigidi resiste a deformazioni e deformazioni, mantenendo tolleranze e spaziature precise tra i contatti elettrici.
I PCB rigidi mantengono prestazioni costanti e promuovono l'affidabilità preservando la spaziatura precisa tra tracce elettriche e contatti.
I processi di fabbricazione consolidati consentono di produrre PCB rigidi a costi contenuti anche per prodotti di consumo in grandi volumi.
La rigidità e la robustezza dei PCB rigidi consentono loro di resistere a sollecitazioni come vibrazioni, urti e temperature variabili, risultando adatti ad ambienti difficili.

Limitazioni del PCB rigido

La mancanza di flessibilità dei PCB rigidi limita le potenziali applicazioni in situazioni che richiedono flessione dinamica o involucri particolari.
I pannelli rigidi sono soggetti a crepe o fratture a causa di determinate sollecitazioni fisiche o differenziali termici.
Lo spessore fisso dei PCB rigidi può limitare il routing in progetti molto complessi con densità di tracce ridotte.
La foratura di fori passanti in pannelli rigidi riduce le possibilità di fresatura e può indebolire la struttura nel tempo.
La prototipazione di PCB rigidi in genere comporta tempi di consegna più lunghi rispetto ad altri tipi di schede, come PCB flessibili

Materiali dei PCB rigidi

I materiali più comuni utilizzati nella costruzione di PCB rigidi sono laminati in vetroresina FR-4 per il substrato, rame per tracce e piazzole conduttive, maschera di saldatura per l'isolamento e una placcatura in oro o stagno sulle piazzole di rame.

La resina epossidica in vetro FR-4 è il materiale di substrato standard per PCB rigidi. FR-4 fornisce rigidità meccanica e resistenza per supportare i componenti montati sulla scheda, isolando elettricamente i conduttori.

I fogli di rame laminati sul FR-4 vengono incisi per formare le tracce conduttive, i pad, i via e le strutture che trasportano i segnali tra i componenti. Il rame viene utilizzato per la sua elevata conduttività e la facilità di lavorazione.

Il soldermask è un rivestimento polimerico applicato su tutta la superficie del PCB, escluse le aree destinate alla saldatura. Previene ponti di saldatura dalla formazione tra tracce di rame ravvicinate.

Le piazzole di rame sono rivestite con un sottile strato di oro o stagno per facilitare la saldatura e prevenire l'ossidazione del rame. Questo migliora la saldabilità e l'integrità dei giunti di saldatura tra i componenti e la scheda.

Le migliori pratiche per la produzione di PCB rigidi

Ottimizzare la progettazione della scheda per la producibilità. Consultare il produttore di PCB durante la progettazione per comprenderne le capacità ed evitare caratteristiche difficili da realizzare, come spaziature ridotte e fori con rapporto di aspetto elevato.
Selezionare attentamente i materiali. Utilizzare materiali di substrato appropriati, come la resina epossidica in vetro FR-4 per applicazioni generiche o laminati ad alta frequenza per applicazioni RF più impegnative.
Utilizzare una laminazione di alta qualità. Incollare il foglio di rame al substrato attraverso un processo di laminazione ad alta temperatura e pressione controllato con precisione per creare una base solida.
Utilizzare la fotolitografia di precisione. Stampare accuratamente i pattern dei circuiti sugli strati di rame. Ottenere una risoluzione fine delle linee e un'anularità dei fori. Verificare l'allineamento degli strati.
Eseguire un'ispezione approfondita. Eseguire ispezione ottica automatizzata dopo la fotolitografia per individuare tempestivamente eventuali difetti e correggerli.
Pulire correttamente. Utilizzare processi di pulizia per rimuovere i residui di fabbricazione che potrebbero causare problemi di qualità.
Applicare trattamenti superficiali. Trattare le superfici in rame esposte per prevenire l'ossidazione e garantire la preparazione per lo strato di soldermask.
Isolare con soldermask. Applicare il soldermask come isolante tra i conduttori, lasciando delle aperture per la saldatura dei componenti.
Stampa le marcature in modo pulito. Utilizza la serigrafia per applicare con precisione le marcature per la marcatura, l'assemblaggio e l'identificazione.
Controllare rigorosamente la qualità. Implementare procedure complete di controllo qualità, test e monitoraggio statistico dei processi in ogni fase.

Applicazioni dei PCB rigidi

I PCB rigidi sono parte integrante di molti componenti informatici che operano in condizioni estreme. I dischi rigidi ruotano a velocità incredibilmente elevate, generando vibrazioni sostanziali nel tempo. L'uso prolungato porta anche a un intenso accumulo di calore interno. I circuiti stampati rigidi mantengono l'integrità in tali ambienti caldi e vibranti, garantendo una lettura e una scrittura dei dati affidabili.

Elettronica per computer

Elettronica automobilistica

L'elettronica automobilistica trae grandi vantaggi dai PCB rigidi, compatti ma robusti. Progettati per adattarsi a spazi ristretti, evitano l'ingombro dei cavi e soddisfano al contempo le esigenze dei veicoli leggeri. I circuiti stampati rigidi resistono a vibrazioni, forti sbalzi di temperatura e umidità in vani motore e cruscotti con spazi ristretti. La loro durata è fondamentale per i sistemi che controllano freni, airbag e altro ancora.

Smartphone

Gli smartphone sottili e leggeri racchiudono un'immensa potenza di elaborazione in un formato portatile. I PCB rigidi consolidano efficacemente i componenti principali in una struttura robusta in grado di resistere all'uso quotidiano. Gli smartphone devono resistere a cadute frequenti, sbalzi di temperatura e persino all'immersione in acqua. I PCB rigidi affrontano queste sfide con una struttura durevole che resiste alla flessione e ai danni causati dall'umidità molto meglio dei PCB convenzionali.

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