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Introduzione della scheda PCB e del suo campo di applicazione

2021-07-06

Scheda a circuito stampato:
Un circuito stampato (PCB) è una base fisica o una piattaforma su cui è possibile saldare componenti elettronici. Tracce di rame collegano questi componenti tra loro e consentono al PCB di funzionare nel modo in cui è stato progettato.

Il circuito stampato è il cuore del dispositivo elettronico, può essere di qualsiasi forma e dimensione, a seconda dell'applicazione del dispositivo elettronico. Il materiale substrato/substrato più comune per PCB è FR-4. I PCB basati su FR-4 si trovano comunemente in molti dispositivi elettronici e la loro fabbricazione è comune. Rispetto ai PCB multistrato, i PCB a lato singolo e doppio lato sono più facili da produrre.

Il PCB FR-4 è realizzato in fibra di vetro e resina epossidica combinata con un rivestimento in rame laminato. Alcuni dei principali esempi di PCB complessi multistrato (fino a 12 strati) sono schede grafiche per computer, schede madri, schede microprocessore, FPGA, CPLD, dischi rigidi, LNA RF, feed di antenne per comunicazioni satellitari, alimentatori a commutazione, telefoni Android e altro . Ci sono anche molti esempi in cui vengono utilizzati semplici PCB a strato singolo e doppio strato, come televisori CRT, oscilloscopi analogici, calcolatrici portatili, mouse per computer, circuiti radio FM.

Applicazione del PCB:
1. Attrezzature mediche:
I progressi odierni nella scienza medica sono interamente dovuti alla rapida crescita dell'industria elettronica. La maggior parte dei dispositivi medici come pHmetri, sensori di battito cardiaco, misurazioni della temperatura, macchine ECG/EEG, macchine per risonanza magnetica, raggi X, scansioni TC, macchine per la misurazione della pressione sanguigna, dispositivi di misurazione del livello di glucosio, incubatori, dispositivi microbiologici e molti altri dispositivi si basano separatamente su PCB elettronici. Questi PCB sono generalmente compatti e hanno un fattore di forma ridotto. Densità significa che i componenti SMT più piccoli sono posizionati in dimensioni PCB più piccole. Questi dispositivi medici sono più piccoli, portatili, leggeri e facili da usare.

2. Attrezzature industriali.
I PCB sono anche ampiamente utilizzati nella produzione, nelle fabbriche e nelle fabbriche imminenti. Queste industrie dispongono di apparecchiature meccaniche ad alta potenza azionate da circuiti che funzionano ad alta potenza e richiedono una corrente elevata. Per fare ciò, uno spesso strato di rame viene premuto sopra il PCB, che è diverso dai sofisticati PCB elettronici, dove la corrente di questi PCB ad alta potenza raggiunge i 100 ampere. Ciò è particolarmente importante nella saldatura ad arco, nei driver di servomotori di grandi dimensioni, nei caricabatterie al piombo, nell'industria militare, nei telai per l'abbigliamento in cotone e in altre applicazioni.

3. Illuminazione.
Quando si tratta di illuminazione, il mondo si sta muovendo verso soluzioni efficienti dal punto di vista energetico. Queste lampadine alogene si trovano raramente ora, ma ora vediamo luci a LED in giro e LED ad alta intensità. Questi piccoli LED forniscono luce ad alta luminosità e sono montati su PCB basati su un substrato di alluminio. L'alluminio ha la proprietà di assorbire il calore e di dissiparlo nell'aria. Pertanto, a causa dell'elevata potenza, questi PCB in alluminio sono comunemente utilizzati nei circuiti di lampade a LED per circuiti a LED di media e alta potenza.

4. L'industria automobilistica e aerospaziale.
Un'altra applicazione per i PCB è l'industria automobilistica e aerospaziale. Un fattore comune qui è il riverbero generato dal movimento di un aereo o di un'auto. Pertanto, al fine di soddisfare queste vibrazioni ad alta forza, il PCB diventa flessibile. Quindi viene utilizzato un PCB chiamato Flex PCB. I PCB flessibili possono resistere a vibrazioni elevate e sono leggeri, il che può ridurre il peso totale del veicolo spaziale. Questi PCB flessibili possono anche essere regolati in uno spazio ristretto, il che è un altro grande vantaggio. Questi PCB flessibili fungono da connettori, interfacce e possono essere assemblati in spazi compatti come dietro i pannelli, sotto i cruscotti, ecc. Viene utilizzata anche una combinazione di PCB rigido e flessibile.
Tipo di scheda:

I circuiti stampati (PCB) rientrano in 8 categorie principali. Loro sono

PCB a lato singolo:
I componenti del PCB a lato singolo sono montati su un solo lato, con l'altro lato utilizzato per il filo di rame. Un sottile strato di lamina di rame viene applicato su un lato del substrato RF-4 e quindi viene applicata una maschera di saldatura per fornire isolamento. Infine, la serigrafia viene utilizzata per fornire le informazioni di marcatura di C1, R1 e altri componenti sul PCB. Questi PCB a strato singolo sono facili da progettare e produrre su larga scala, sono molto richiesti e sono economici da acquistare. Molto comunemente usato in prodotti per la casa come spremiagrumi/frullatori, caricatori di ventole, calcolatrici, piccoli caricabatterie, giocattoli, telecomandi TV, ecc.

Doppio PCB:
Il PCB a doppia faccia viene applicato al PCB a strato di rame su entrambi i lati della scheda. Praticare i fori in cui sono installati gli elementi THT con cavi. Questi fori collegano una parte all'altra tramite binari di rame. I cavi dei componenti passano attraverso il foro, i cavi in ​​eccesso vengono tagliati da un taglierino e i cavi sono saldati al foro. Tutto questo è fatto manualmente. Puoi anche avere componenti SMT e componenti THT con 2 strati di PCB. Non sono necessari fori per i componenti SMT, ma i pad sono realizzati sul PCB e i componenti SMT sono fissati al PCB mediante saldatura a riflusso. I componenti SMT occupano pochissimo spazio sul PCB, quindi possono utilizzare più spazio libero sulla scheda per ottenere più funzioni. Il PCB a doppia faccia viene utilizzato per l'alimentazione, l'amplificatore, il driver del motore CC, il circuito dello strumento, ecc.

PCB multistrato:
Il PCB multistrato è costituito da PCB multistrato a 2 strati, inserito tra strati di isolamento dielettrico per garantire che la scheda e i componenti non vengano danneggiati dal surriscaldamento. I PCB multistrato sono disponibili in una varietà di forme e strati, che vanno dai PCB a 4 strati a 12 strati. Più strati, più complesso è il circuito, più complesso è il design del layout del PCB.
I PCB multistrato di solito hanno livelli di messa a terra separati, livelli di potenza, livelli di segnale ad alta velocità, considerazioni sull'integrità del segnale e gestione termica. Le applicazioni comuni sono i requisiti militari, l'elettronica aerospaziale e aerospaziale, le comunicazioni satellitari, l'elettronica di navigazione, il tracciamento GPS, il radar, l'elaborazione del segnale digitale e l'elaborazione delle immagini.

PCB rigido:
Tutti i tipi di PCB discussi sopra appartengono alla categoria PCB rigida. I PCB rigidi hanno substrati solidi come FR-4, Rogers, resine fenoliche ed epossidiche. Queste tavole non si piegano e non si torcono, ma possono rimanere in forma per molti anni fino a 10 o 20 anni. Questo è il motivo per cui molti dispositivi elettronici hanno una lunga durata grazie alla rigidità, robustezza e rigidità di un PCB rigido. I PCB per computer e laptop sono rigidi e molti televisori domestici, TV LCD e LED sono realizzati con PCB rigidi. Tutte le applicazioni PCB su un lato, due lati e multistrato di cui sopra si applicano anche ai PCB rigidi.

Un PCB flessibile o un PCB flessibile non è rigido, ma è flessibile e può essere piegato facilmente. Hanno elasticità, elevata resistenza al calore ed eccellenti proprietà elettriche. Il materiale del substrato per Flex PCB dipende dalle prestazioni e dai costi. I materiali di substrato comuni per Flex PCB sono film in poliammide (PI), film in poliestere (PET), PEN e PTFE.
Il costo di produzione di Flex PCB non è solo PCB rigido. Possono essere piegati o avvolti intorno agli angoli. Occupano meno spazio rispetto alle loro controparti rigide. Sono leggeri ma hanno una resistenza allo strappo molto bassa.

La combinazione di PCB rigidi e flessibili è importante in molte applicazioni con vincoli di spazio e peso. Ad esempio, in una telecamera, i circuiti sono complessi, ma la combinazione di PCB rigidi e flessibili ridurrà il numero di parti e ridurrà le dimensioni del PCB. Il cablaggio di due PCB può anche essere combinato su un unico PCB. Le applicazioni comuni sono fotocamere digitali, telefoni cellulari, automobili, laptop e dispositivi con parti mobili

PCB ad alta velocità:
I PCB ad alta velocità o ad alta frequenza sono PCB utilizzati per applicazioni che comportano la comunicazione di segnali a frequenze superiori a 1GHz. In questo caso entrano in gioco problemi di integrità del segnale. Il materiale del substrato PCB HF deve essere accuratamente selezionato per soddisfare i requisiti di progettazione.
I materiali comunemente usati sono il polifenilene (PPO) e il politetrafluoroetilene. Ha costante dielettrica stabile e piccola perdita dielettrica. Assorbono meno acqua ma costano di più.
Molti altri materiali dielettrici hanno costanti dielettriche variabili che causano variazioni di impedenza, con conseguente distorsione dei segnali armonici e digitali e perdita di integrità del segnale

Il materiale del substrato PCBS a base di alluminio ha le caratteristiche di un'efficace dissipazione del calore. A causa della bassa resistenza termica, il raffreddamento del PCB a base di alluminio è più efficiente rispetto alla sua controparte a base di rame. Irradia calore nell'aria e nella zona di giunzione calda del PCB.

Molti circuiti di lampade a LED, LED ad alta luminosità sono realizzati in PCB con supporto in alluminio.

L'alluminio è un metallo abbondante ed è economico da estrarre, quindi i costi del PCB sono bassi. L'alluminio è riciclabile e non tossico, il che lo rende ecologico. L'alluminio è robusto e durevole, riducendo così i danni durante la produzione, il trasporto e l'assemblaggio
Tutte queste caratteristiche rendono i PCB a base di alluminio vantaggiosi per applicazioni ad alta corrente come controller di motori, caricabatterie per impieghi gravosi e luci a LED ad alta luminosità.

Conclusione:
Negli ultimi anni i PCB si sono evoluti da semplici versioni monostrato adatte a sistemi più complessi, come i PCB in Teflon ad alta frequenza.
Il PCB ora pervade quasi ogni area della tecnologia moderna e della scienza in evoluzione. Microbiologia, microelettronica, nanoscienza e tecnologia, industria aerospaziale, militare, avionica, robotica, intelligenza artificiale e altri campi sono tutti basati su varie forme di blocchi di circuiti stampati (PCB).