▷ Che cos'è un PCB o un circuito stampato. usare, come è fatto

Hai mai sentito il termine PCB, o circuito integrato ? Se non sai di cosa si tratta, te lo spiegheremo in questo articolo. Mentre leggi questo articolo, sei circondato da PCB; ne hai diversi sul tuo PC, monitor, mouse e anche sul tuo cellulare. Ogni elemento elettronico è costruito usando un PCB, o almeno i suoi "organi interni".

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L'uso dei PCB è stato un passo da gigante nell'evoluzione dei dispositivi elettronici, in quanto ha fornito un metodo innovativo per il collegamento di elementi senza l'uso di cavi elettrici. Il mondo di oggi non sarebbe lo stesso senza l'invenzione dei PCB, quindi vediamo cosa sono e come sono fatti

Che cos'è un PCB

PCB è l'acronimo di Printed Circuit Board, ma usiamo l'acronimo in inglese (Printed Circuit Board) per non confonderlo, ad esempio, con gli slot PCI del nostro PC.

Bene, un PCB è fondamentalmente un supporto fisico in cui i componenti elettronici ed elettrici sono installati e interconnessi tra loro. Questi componenti possono essere chip, condensatori, diodi, resistori, connettori, ecc. Se dai un'occhiata a un computer all'interno, vedrai che ci sono più schede piatte con molti componenti incollati, è una scheda madre ed è composta da un PCB e dai componenti che abbiamo menzionato

Per collegare ogni elemento su un PCB, utilizziamo una serie di binari conduttivi in ​​rame estremamente sottili che generano una guida, un conduttore, come se fosse un cavo. Nei circuiti più semplici, abbiamo solo tracce conduttive su uno o entrambi i lati del PCB, ma in quelli più completi abbiamo tracce elettriche e persino componenti impilati in più strati di essi.

Il supporto principale per questi binari e componenti è una combinazione di fibra di vetro rinforzata con materiali ceramici, resine, plastica e altri elementi non conduttivi. Sebbene componenti come la celluloide e le tracce di vernice conduttiva siano attualmente utilizzati per produrre PCB flessibili.

Il primo circuito integrato fu costruito nel 1936 a mano dall'ingegnere Paul Eisler per essere utilizzato da una radio. Da lì, i processi sono stati automatizzati per la produzione su larga scala, prima con le radio e poi con tutti i tipi di componenti.

Cosa c'è dentro un PCB?

I circuiti stampati sono costituiti da una serie di strati conduttivi, almeno i più complessi. Ognuno di questi strati conduttivi è separato da un materiale isolante chiamato substrato. I fori chiamati vias vengono utilizzati per collegare tracce multistrato , che possono passare completamente attraverso il PCB o solo fino a una certa profondità.

Il substrato può essere di diverse composizioni, ma sempre di materiali non conduttivi in modo tale che ciascuna delle tracce elettriche porti il ​​proprio segnale e la propria tensione. Il più usato attualmente si chiama Pértinax, che è fondamentalmente una carta ricoperta di resina, molto facile da maneggiare e da lavorare. Ma nelle apparecchiature ad alte prestazioni viene utilizzato un composto chiamato FR-4, che è un materiale in fibra di vetro rivestito di resina resistente al fuoco.

I componenti elettronici, da parte loro, andranno quasi sempre nell'area esterna dei PCB e installati su entrambi i lati, al fine di sfruttare appieno la loro estensione. Prima di creare le piste elettriche, i diversi strati del PCB sono formati solo dal substrato e da fogli molto sottili di rame o altro materiale conduttivo, e saranno attraverso una macchina simile a una stampante che questi saranno creati e attraverso un processo equo lungo e complesso.

Processo di creazione di PCB

Sappiamo già di cosa sono fatti i circuiti integrati, ma sarebbe molto interessante sapere come sono fatti. Inoltre, possiamo creare noi stessi un circuito integrato di base acquistando una di queste schede, ma ovviamente il processo sarà molto diverso da quello effettivamente utilizzato.

Progettazione PCB tramite software

Tutto inizia con la progettazione del PCB, il tracciamento delle tracce elettriche necessarie per collegare i componenti, nonché l'elenco di quanti strati saranno necessari per essere in grado di generare tutte le connessioni che saranno necessarie per i componenti.

Questo processo viene eseguito utilizzando software CAM come TinyCAD o DesignSpark PCB, ampiamente utilizzati nelle carriere ingegneristiche. Non solo sono progettate tracce elettriche, ma vengono anche create varie etichette per elencare i componenti installati e identificare ciascun connettore.

Tutti i passaggi necessari nel processo di sviluppo saranno documentati in modo che il produttore sappia esattamente cosa fare quando il progetto viene spedito.

Serigrafia e layout fotografico

Una volta progettato, ora passiamo il progetto direttamente al produttore e sarà lì che inizia la creazione fisica di un PCB. Il seguente processo è chiamato tracciamento fotografico, per cui una macchina simile a una stampante (fotoplotter) traccia un grafico con le maschere di collegamento degli elementi elettronici.

Per questo, viene utilizzato un sottile foglio di metallo conduttivo di circa 7 millesimi di pollice. Queste maschere serviranno in seguito a determinare dove sono incollati i componenti elettronici. Nei processi più avanzati, questo processo viene eseguito direttamente sul PCB con una stampante che incide le maschere di connessione con questo metallo.

Stampa dello strato interno

La prossima cosa che viene fatta è la stampa sul PCB delle diverse piste elettriche interne, con un composto speciale. Ciò comporta la "verniciatura" di un negativo delle piste elettriche sul foglio per creare un modello conduttivo con un materiale film fotosensibile o asciutto. Bene, questo film che è stato creato è esposto a una luce laser o ultravioletta per rimuovere il materiale in eccesso e quindi creare un negativo del circuito finale.

Questo processo viene eseguito se il PCB ha strati interni con tracce conduttive. Inoltre, questo processo verrà quindi ripetuto sugli strati esterni del PCB per creare le piste di rame finali e secondo il progetto del circuito.

Ispezione e verifica (AOI)

Una volta realizzati i diversi strati di binari conduttivi, una macchina controllerà che siano tutti corretti e funzionanti. Questo viene fatto automaticamente confrontando il design originale con la stampa fisica, per cercare pantaloncini o tracce rotte.

Film di ruggine e laminazione

Ciascuno dei fogli stampati con le tracce conduttive viene sottoposto a un trattamento all'ossido per migliorare le capacità e la durata delle tracce di rame di ogni strato.

Grazie al processo, sarà evitata la delaminazione dei diversi strati e tracce conduttivi su PCB particolarmente sensibili o con un gran numero di componenti come quelli dei computer.

La prossima cosa da fare è costruire il PCB finale, per questo ciascuno degli strati del circuito sarà unito per mezzo di fogli di fibra di vetro con resina epossidica, Pértinax o qualsiasi altro metodo utilizzato. Tutto questo sarà perfettamente incollato per mezzo di una pressa idraulica ed è così che otterremo il circuito integrato.

Praticare fori

In tutte le occasioni avremo bisogno di praticare una serie di fori sui PCB perforando per poter unire i diversi strati e piste di rame. Avremo anche bisogno di perforazioni complete per poter contenere elementi elettronici o connettori o slot di espansione diversi.

Il processo di perforazione deve essere estremamente preciso, per preservare l'integrità del PCB, quindi le teste in carburo di tungsteno vengono utilizzate per il materiale più duro esistente.

Fori metallici

Affinché questi fori stabiliscano la comunicazione con le diverse piste interne, sarà necessario un processo di placcatura con un sottile film di rame per fornire la conduttività necessaria. Queste faccette avranno tra 40 e 60 milionesimi di pollice.

Il PCB è ora pronto per tracciare le tracce di rame sulle facce esterne di esso.

Film per pista all'aperto e galvanica

Ora creeremo le tracce conduttive esterne e per questo seguiremo la stessa procedura per creare le tracce interne. Per prima cosa creiamo il film secco come negativo del circuito finale. Quindi, usando un laser, gli spazi in cui verrà depositato il rame vengono creati per creare le piste conduttive.

E quindi il PCB subirà un processo di galvanica, che consiste nell'incollare il rame nelle aree prive di pellicola asciutta e formare così le piste elettriche del PCB. Il PCB è posizionato in un bagno di rame e sarà elettroliticamente legato ai modelli conduttivi per creare tracce piccole quanto 0, 001 pollici.

Quindi un altro strato di stagno verrà aggiunto sopra il rame per proteggere questo attacco chimico quando andiamo al processo SES o " strip-etch-strip"

Strip etch strip

Questo è il penultimo passo, l'eccesso di rame verrà rimosso dal PCB, l'eccesso sarà quello che non abbiamo immerso in stagno. In questo modo, rimarrà solo il rame protetto da stagno.

Successivamente dobbiamo anche rimuovere la latta attraverso un trattamento chimico per lasciare finalmente solo le tracce di rame che saranno finalmente quelle che collegheranno i componenti e trasporteranno l'elettricità.

Ora un altro processo AOI verificherà che tutto sia corretto per registrare finalmente la maschera e la legenda.

Maschera per saldatura e legenda

Infine, una maschera di saldatura verrà applicata al circuito elettronico in modo che in seguito sia possibile saldare correttamente i componenti alle piste e dove dovrebbero andare.

Quindi viene stampata anche la legenda composta , le informazioni che il progettista voleva fornire sul PCB, come il nome dei connettori, il codice dell'elemento, ecc. Inoltre, il design finale del PCB sarà realizzato anche con i colori che il produttore vuole dargli, come vediamo nelle schede madri da gioco, ecc.

Saldatura dei componenti e prove finali

Il PCB è pronto e solo i componenti verranno aggiunti mediante bracci robotici di alta precisione e gli slot corrispondenti. In questo modo la scheda è pronta per essere testata elettricamente e verificare che funzioni correttamente.

Aggiungeremo anche le maschere di connessione per saldare correttamente questi elementi.

Conclusione e parole finali

Bene, questo è tutto ciò che è un PCB e come sono fabbricati. Come puoi vedere, il processo è piuttosto complesso e richiede molti passaggi, dobbiamo tenere presente che la precisione deve essere massima in modo che in seguito funzioni come previsto.

I PCB stanno diventando più complessi, con piste più sottili e più dense, per poter ospitare un numero enorme di componenti in pochissimo spazio.

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