Conceptes bàsics del pcb

Què és el PCB?

El PCB és una placa de circuit imprès laminat de coure i no conductora, en què tots els components elèctrics i electrònics estan connectats junts en una placa comuna amb suport físic per a tots els components amb base de placa. Quan no es desenvolupa PCB, en aquest moment tots els components estan connectats amb un cable que augmenta la complexitat i disminueix la fiabilitat del circuit, d'aquesta manera no podem crear un circuit molt gran com la placa base. Al PCB, tots els components es connecten sense cables, tots els components estan connectats internament, de manera que reduirà la complexitat del disseny general del circuit. El PCB s’utilitza per proporcionar electricitat i connectivitat entre els components, mitjançant els quals funciona com es va dissenyar. Els PCB es poden personalitzar segons les especificacions segons els requisits de l'usuari. Es pot trobar en molts dispositius electrònics com; TV, mòbil, càmera digital, peces d’ordinadors com; Targetes gràfiques, placa base, etc. També s'utilitza en molts camps com; dispositius mèdics, maquinària industrial, indústries automobilístiques, il·luminació, etc.

Tipus de PCB:

Hi ha diversos tipus de PCB disponibles per al circuit. D’aquests tipus de PCB, hem de triar el tipus de PCB adequat segons la nostra aplicació.

PCB d'una sola capa
PCB de doble capa
PCB multicapa
PCB flexible
PCB amb suport d'alumini
PCB rígid flexible

1) PCB d'una sola capa:

Un PCB d'una sola capa també es coneix com PCB d'una sola cara. Aquest tipus de PCB és senzill i el més utilitzat perquè aquests PCB són fàcils de dissenyar i fabricar. Una cara d'aquest PCB està recoberta amb una capa de qualsevol material conductor. En general, el coure s’utilitza com a material conductor del PCB, perquè el coure té molt bones característiques conductores. S'utilitza una capa de màscara de soldadura per protegir el PCB contra l'oxidació, seguida d'una pantalla de seda per marcar tots els components del PCB. En aquest tipus de PCB, només s’utilitza una cara del PCB per connectar diferents tipus de components elèctrics o electrònics com resistències, condensadors, inductors, etc. Aquests components es solden. Aquests PCB s’utilitzen en aplicacions de fabricació massiva de baix cost com calculadores, ràdio, impressores i la unitat d’estat sòlid.

2) PCB de doble capa:

El PCB de doble capa també es coneix com PCB de doble cara. Com el seu nom indica, en aquest tipus de PCB s’aplica una fina capa de material conductor, com el coure, als costats superior i inferior del tauler. En PCB, en diferents capes de tauler, consten via, que té dos coixinets en la posició corresponent en capes diferents. Aquests es connecten elèctricament mitjançant un forat a través del tauler, que es mostra a la figura-2b. Més flexible, de cost relativament inferior i l’avantatge més important d’aquest tipus de taules PCB és la seva mida reduïda que fa que el circuit sigui compacte. Aquest tipus de PCB s’utilitza principalment en controls industrials, convertidors, sistemes UPS, aplicacions HVAC, telèfons, amplificadors i sistemes de control de potència.

3) PCB multicapa:

El PCB multicapa té més de dues capes. Vol dir que aquest tipus de PCB té almenys tres capes conductores de coure. Per assegurar el tauler, la cola es col·loca entre la capa d'aïllament, cosa que garanteix que l'excés de calor no danyi cap component del circuit. Aquest tipus de disseny de PCB és molt complex i s’utilitza en tasques elèctriques molt complicades i grans en un circuit compacte i d’espai molt baix. Aquest tipus de PCB s’utilitza en aplicacions grans com la tecnologia GPS, el sistema per satèl·lit, l’equip mèdic, el servidor de fitxers i l’emmagatzematge de dades.

4) PCB flexible:

El PCB flexible també es coneix com a circuit Flex. Aquest tipus de PCB feia servir material plàstic flexible com polimida, PEEK (polièter èter cetona) o film transparent de polièster conductor. La placa de circuit generalment es col loca plegada o retorçada. Aquest és un tipus de PCB molt complex i també conté diferents rangs de capes, com ara el circuit de flexió d'una sola cara, el circuit de flexió de doble cara i el circuit de flexió multidisposat. El circuit Flex s’utilitza en díodes emissors de llum orgànics, fabricació de LCD, cèl·lules solars flexibles, indústries automotrius, telèfons mòbils, càmeres i dispositius electrònics complexos com els portàtils.

5) PCB rígid:

Els PCB rígids estan fets de material sòlid que no permet que els PCB es torcin. Igual que els PCB flexibles, els PCB rígids també tenen configuracions de capes diferents com el PCB rígid de capa única, doble capa i multicapa. La forma d’aquest PCB no canvia després de la instal·lació. Aquest PCB no es pot doblegar segons la forma de la base, per això es coneix com PCB RIGID. La vida útil d’aquest tipus de PCB és molt elevada, de manera que s’utilitza en moltes parts de l’ordinador com RAM, GPU i CPU. El disseny és senzill i el PCB més utilitzat i fabricat és un PCB rígid d’una cara. El PCB rígid multicapa pot ser més compacte en contenir 9-10 capes.

6) PCB rígid flexible:

La combinació de circuits flexibles i circuits rígids és la placa més important. Les taules rígides flexibles consisteixen en múltiples capes de PCB flexible unides a una sèrie de capes rígides de PCB. El tauler rígid flexible és el que es mostra a la figura. S'utilitza en telèfons mòbils, càmeres digitals i automòbils, etc.

Tipus de PCB segons el sistema de muntatge

PCB forat passant
PCB muntat en superfície

1) PCB forat passant:

En aquest tipus de PCB, hem de fer un forat mitjançant una broca sobre PCB. En aquests forats, els cables dels components es munten i es solden a coixinets situats al costat oposat del PCB. Aquesta tecnologia és molt útil, ja que proporciona més suport mecànic als components elèctrics i una tecnologia molt fiable per al muntatge de components, però la perforació en PCB la fa més cara. En els PCB d’una sola capa, aquesta tecnologia de muntatge és fàcil d’implementar, però és més difícil fer forats de PCB de doble capa i de múltiples capes.

2) PCB muntat en superfície:

En aquest tipus de PCB, els components tenen una mida reduïda perquè aquests components tenen un cable molt petit o no es necessiten cables per al muntatge a la placa. Aquí, en aquesta tecnologia, els components SMD es munten directament a la superfície de la placa i no requereixen forats a la placa.

Diferents parts del PCB:

Coixinet: El coixinet no és res més que un tros de coure sobre el qual es munta el cable dels components i sobre el qual es fa la soldadura. El coixinet proporciona el suport mecànic als components.

Traça: a PCB, els components no estan connectats amb l’ajut de cables. Tots els components estan connectats amb un material conductor com el coure. Aquesta part de coure de PCB que s’utilitza per connectar tots els components que es coneix com a traça. Trace és l’aspecte de la figura següent.

Capes: segons l’aplicació, el cost i l’espai disponible del circuit, l’usuari pot triar la capa de PCB. El PCB més senzill en la construcció, fàcil de dissenyar i més útil en la vida rutinària és el d'una sola capa. Però per a circuits molt grans i complexos, el PCB de doble capa o PCB de múltiples capes és el més preferit en comparació amb el PCB de capa única. Ara al dia, en PCB multicapa, es poden connectar 10-12 capes i el més important és comunicar-se entre els components de diferents capes.

Capa de seda: la capa de seda s’utilitza per imprimir línies, text o qualsevol altra obra a la superfície del PCB. Normalment, per a la serigrafia s’utilitza tinta epoxi. La capa de seda es pot utilitzar a la capa superior i / o inferior de PCB segons els requisits de l'usuari, que es coneix com a serigrafia TOP i serigrafia BOTTOM.

Capa superior i inferior: a la capa superior de PCB, tots els components es munten en aquesta capa de PCB. En general, aquesta capa és de color verd. A la capa inferior del PCB, tots els components es solden a través del forat i el plom dels components es coneix com a capa inferior del PCB. En algun moment, a la capa superior i / o inferior, el PCB està recobert de capa de color verd, que es coneix com a màscara de soldadura.

Solder Mask: hi ha una capa addicional a la part superior de la capa de coure anomenada Solder Mask. Aquesta capa sol tenir un color verd, però pot ser de qualsevol color. Aquesta capa aïllant s’utilitza per evitar el contacte accidental de coixinets amb altres materials conductors del PCB.

Materials PCB:

L’element principal és el substrat dielèctric rígid o flexible. Aquest substrat dielèctric s’utilitza amb materials conductors com el coure. Com a material dielèctric s’utilitzen els laminats epoxi de vidre o materials compostos.

1) FR4:

FR és el nom de FIRE RETARDENT. Per a tot tipus de fabricació de PCB, el material laminat de vidre més comú és FR4. Basat en compostos teixits de vidre-epoxi, FR4 és un material compost que és molt útil perquè proporciona una molt bona resistència mecànica.

FR4	Temp de transició de vidre.
Estàndard	130	El més comú i àmpliament utilitzat El més barat
Amb una temperatura de transició de vidre més alta.	170-180	Compatible amb la tecnologia de reflux sense plom
Sense halògens	-	Compatible amb la tecnologia de reflux sense plom

2) FR-1 i FR-2:

Aquest material està fet de compostos de paper i fenol i aquest material només s’utilitza per a PCB d’una sola capa. Tant FR1 com FR2 tenen característiques similars, l'única diferència és la temperatura de transició del vidre. FR1 té una temperatura de transició vítria més alta en comparació amb FR2. Aquests materials també es divideixen en estàndard, lliure d’halògens i no hidròfobs.

3) CEM-1:

Aquest material està fet de paper i de dues capes de compostos de vidre teixit epoxi i fenol, i aquest material s’utilitza només per a PCB d’una cara. Es pot utilitzar CEM-1 en lloc de FR4, però el preu de CEM1 és superior a FR4.

4) CEM-3:

aquest material és de color blanc, compost de vidre epoxi que s'utilitza principalment en PCB de doble capa. El CEM-3 té una resistència mecànica inferior en comparació amb el FR4, però és més barat que el FR4. Per tant, aquesta és una bona alternativa de FR4.

5) Poliimida:

Aquest material s’utilitza en PCB flexibles. Aquest material està fet de kepton, rogers, dupont. Aquest material té bones propietats elèctriques, felicitat, ampli rang de temperatura i alta resistència química. La temperatura de treball d’aquest material és de -200 ͦC a 300 ͦC.

6) Preimpregnació:

Prepreg significa preimpregnat. És una fibra de vidre impregnada de resina. Aquestes resines s'assequen prèviament, de manera que quan s'escalfa flueix, s'enganxa i es submergeix completament. Prepreg té una capa adhesiva que dóna una força similar a FR4. Hi ha moltes versions d’aquest material segons el contingut de resina, resina estàndard SR, resina mitjana MR i resina HR alta. Es tria segons el gruix requerit, l'estructura de la capa i la impedància. Aquest material també està disponible en alta temperatura de transició vítrea i sense halògens.

Programari de disseny de PCB:

A continuació es mostren alguns dels programes de disseny de PCB més populars. Podeu obtenir més informació sobre aquest programari de disseny de PCB aquí.

Àguila:

EAGLE és la manera més senzilla i popular de dissenyar PCB. EAGLE significa l'Editor de disseny gràfic de fàcil aplicació, desenvolupat prèviament per CadSoft Computer i actualment Autodesk és el desenvolupador d'aquest programari. Per dissenyar el diagrama de circuits, EAGLE disposa d’un editor d’esquemes. L’extensió de fitxer EAGLE és.SCH i es defineixen diferents parts i components a l’extensió.LBR. L’extensió del fitxer del tauler és.BRD.

Multisim:

Multisim també és un programari d'aprenentatge molt potent i fàcil. Originalment desenvolupat per Electronics Workbench i ara és una divisió de National Instruments (NI). Inclou simulació de microcontroladors (MultiMCU) i funcions d’exportació d’importació integrades al programari de disseny de PCB. Aquest programari s'utilitza àmpliament en l'àmbit acadèmic i també en la indústria per a l'educació de circuits.

EasyEDA:

EasyEDA és un programari que s’utilitza per dissenyar i simular circuits. Aquest programari és una eina integrada per a la captura esquemàtica, la simulació de circuits SPICE, basada en el disseny de Ngspice i PCB. L’avantatge més important d’aquest programari és que es tracta d’un programari basat en web i que s’utilitza a la finestra del navegador. Per tant, aquest programari és independent del sistema operatiu.

Dissenyador Altium:

Aquest programari és desenvolupat per la companyia australiana de programari Altium Limited. La característica principal d’aquest programari és la captura esquemàtica, el disseny de PCB 3D, el desenvolupament de FPGA i la gestió de versions / llançament de dades. Aquest és el primer programari que ofereix visualització 3D i comprovació de la liquidació de PCB directament des de l’editor de PCB.

KiCad: aquest programari està desenvolupat per jean-pierre charras. Aquest programari té eines que poden crear BoM (Bill of Material), il·lustracions i visualització 3D de PCB, així com tots els components utilitzats en el circuit. Hi ha molts components disponibles a la biblioteca d’aquest programari i hi ha una característica que permet als usuaris afegir els seus components personalitzats. Aquest programari és compatible amb molts llenguatges humans.

CircuitMaker: aquest programari també és desenvolupat per Altium. L’editor esquemàtic d’aquest programari inclou la col·locació de components bàsics i aquest programari s’utilitza per dissenyar esquemes jeràrquics i multicanal avançats. Tots els esquemes es carreguen al servidor i aquests fitxers estan disponibles per a qualsevol persona, sempre que necessiteu un compte de CircuitMaker.