Che cos'è il circuito stampato (PCB) | Tutto quello che devi sapere

"Il PCB, noto anche come circuito stampato, è costituito da diversi fogli di un materiale non conduttivo, viene utilizzato per supportare fisicamente e collegare i componenti a zoccolo montati in superficie. Ma quali sono le funzioni di una scheda PCB? Leggi il seguente contenuto per informazioni più utili! ---- FMUSER "

Cerchi risposte alle seguenti domande:

Cosa fa un circuito stampato?
Come si chiama un circuito stampato?
Di cosa è fatto un circuito stampato?
Quanto costa un circuito stampato?
I circuiti stampati sono tossici?
Perché si chiama circuito stampato?
Puoi buttare via i circuiti?
Quali sono le parti di un circuito stampato?
Quanto costa sostituire un circuito stampato?
Come si identifica un circuito stampato?
Come funziona un circuito stampato?

O forse non sei così sicuro di conoscere le risposte a queste domande, ma per favore non preoccuparti, come an esperto in elettronica e ingegneria RF, FMUSER introdurrà tutto ciò che c'è da sapere sulla scheda PCB.

La condivisione è la cura!

Contenuti

1) Cos'è un circuito stampato?
2) Perché si chiama circuito stampato?
3) Diversi tipi di PCB (circuiti stampati) 
4) Industria dei circuiti stampati nel 2021
5) Di cosa è fatto un circuito stampato?
6) Materiale fabbricato progettato per PCB più popolari
7) Componenti del circuito stampato e come funzionano
8) Funzione del circuito stampato - Perché abbiamo bisogno di PCB?
9) Principio di assemblaggio PCB: foro passante vs montaggio superficiale

Cos'è un circuito stampato?

Informazioni di base di Scheda PCB

Nickname: PCB è noto come scheda di cablaggio stampato (PCB) o scheda di cablaggio incisa (EWB), puoi anche chiamare scheda PCB come Scheda di circuito, Scheda PC, o PCB 

Definizione: In generale, un circuito stampato si riferisce a un file un pannello sottile o un foglio isolante piatto fatto di diversi fogli di un materiale non conduttivo come fibra di vetro, resina epossidica composita o altro materiale laminato, che è la base della tavola usata fisicamente supportare e collegare il file componenti con zoccolo a montaggio superficiale come transistor, resistori e circuiti integrati nella maggior parte dei componenti elettronici. Se consideri una scheda PCB come un vassoio, gli "alimenti" sul "vassoio" saranno il circuito elettronico e altri componenti ad esso collegati, PCB si riferisce a molte terminologie professionali, potresti trovare di più sulla terminologia PCB dal colpo pagina!

Leggi anche: Glossario della terminologia PCB (adatto ai principianti) | Progettazione PCB

Un PCB popolato con componenti elettronici è chiamato a assemblaggio di circuiti stampati (PCA), assemblaggio di circuiti stampati or Assemblaggio PCB (PCBA), schede a circuito stampato (PWB) o "schede a circuito stampato" (PWC), ma PCB-Printed Circuit Board (PCB) è ancora il nome più comune.

La scheda principale di un computer è chiamata "scheda di sistema" o "scheda madre",

* Cos'è un circuito stampato?

Secondo Wikipedia, un circuito stampato si riferisce a:
"Un circuito stampato supporta meccanicamente e collega elettricamente componenti elettrici o elettronici utilizzando piste conduttive, piazzole e altre caratteristiche incise da uno o più strati di fogli di rame laminati su e / o tra strati di fogli di un substrato non conduttivo."

La maggior parte dei PCB sono piatti e rigidi, ma i substrati flessibili possono consentire alle schede di adattarsi in spazi contorti.

Una cosa interessante è che, sebbene i circuiti stampati più comuni siano fatti di plastica o fibra di vetro e compositi di resina e utilizzino tracce di rame, è possibile utilizzare un'ampia varietà di altri materiali. 

NOTA: PCB può anche significare "Blocco di controllo del processo, "una struttura dati in un kernel di sistema che memorizza informazioni su un processo. Affinché un processo possa essere eseguito, il sistema operativo deve prima registrare le informazioni sul processo nel PCB.

Leggi anche: Processo di produzione di PCB | 16 passaggi per creare una scheda PCB

La struttura di una scheda PCB

Un circuito stampato è composto da diversi strati e materiali, che insieme eseguono azioni diverse per conferire maggiore raffinatezza ai circuiti moderni. In questo articolo, discuteremo in dettaglio tutti i diversi materiali di composizione e gli elementi del circuito stampato.

Un circuito stampato come l'esempio nell'immagine ha solo uno strato conduttivo. Un PCB monostrato è molto restrittivo; la realizzazione del circuito non farà un uso efficiente delle aree disponibili e il progettista potrebbe avere difficoltà a realizzare le interconnessioni necessarie.

* La composizione di una scheda PCB

Il materiale di base o substrato della scheda a circuito stampato su cui sono supportati tutti i componenti e le apparecchiature sulla scheda a circuito stampato è solitamente fibra di vetro. Se si prendono in considerazione i dati di produzione dei PCB, il materiale più diffuso per la fibra di vetro è FR4. Il nucleo solido FR4 fornisce al circuito stampato la sua forza, supporto, rigidità e spessore. Poiché esistono diversi tipi di circuiti stampati come normali PCB, PCB flessibili, ecc., Sono costruiti utilizzando plastica flessibile per alte temperature.

L'incorporazione di strati conduttivi aggiuntivi rende il PCB più compatto e più facile da progettare. Una scheda a due strati rappresenta un notevole miglioramento rispetto a una scheda a singolo strato e la maggior parte delle applicazioni beneficia di avere almeno quattro strati. Una scheda a quattro strati è composta dal livello superiore, dal livello inferiore e da due livelli interni. (“Top” e “bottom” potrebbero non sembrare la tipica terminologia scientifica, ma sono comunque le designazioni ufficiali nel mondo della progettazione e fabbricazione di PCB).

Leggi anche: Progettazione PCB | Diagramma di flusso del processo di produzione di PCB, PPT e PDF

Perché si chiama circuito stampato?

Prima scheda PCB in assoluto

L'invenzione del circuito stampato è attribuita a Paul Eisler, un inventore austriaco. Paul Eisler sviluppò per la prima volta il circuito stampato quando stava lavorando su una radio nel 1936, ma i circuiti stampati non furono utilizzati in massa fino a dopo gli anni '1950. Da quel momento in poi, la popolarità dei PCB iniziò a crescere rapidamente.

I circuiti stampati si sono evoluti da sistemi di connessione elettrica che sono stati sviluppati nel 1850, sebbene lo sviluppo che ha portato all'invenzione del circuito stampato possa essere fatto risalire al 1890. Le strisce o le aste di metallo erano originariamente utilizzate per collegare componenti elettrici di grandi dimensioni montati su basi di legno. 

*Strisce metalliche utilizzate nella connessione dei componenti

Col tempo le strisce di metallo furono sostituite da fili collegati a terminali a vite e le basi di legno furono sostituite da telai di metallo. Ma erano necessari progetti più piccoli e compatti a causa delle maggiori esigenze operative dei prodotti che utilizzavano schede a circuito stampato.

Nel 1925, Charles Ducas degli Stati Uniti presentò una domanda di brevetto per un metodo per creare un percorso elettrico direttamente su una superficie isolata stampando attraverso uno stampino con inchiostri elettricamente conduttivi. Questo metodo ha dato vita al nome "cablaggio stampato" o "circuito stampato".

* Brevetti del circuito stampato e Charles Ducas con il primo apparecchio radio che utilizza un telaio a circuito stampato e una bobina aerea. 

Ma l'invenzione del circuito stampato è attribuita a Paul Eisler, un inventore austriaco. Paul Eisler ha sviluppato per la prima volta il circuito stampato quando stava lavorando su una radio nel 1936, ma i circuiti stampati non hanno visto l'utilizzo di massa fino a dopo gli anni '1950. Da quel momento in poi, la popolarità dei PCB iniziò a crescere rapidamente.

La storia dello sviluppo di PCB

● 1925: Charles Ducas, un inventore americano, brevetta il primo design del circuito stampato quando stencil materiali conduttivi su una tavola di legno piatta.
● 1936: Paul Eisler sviluppa il primo circuito stampato da utilizzare in un apparecchio radio.
● 1943: Eisler brevetta un design PCB più avanzato che prevede l'incisione dei circuiti su un foglio di rame su un substrato non conduttivo rinforzato con fibra di vetro.
● 1944: Gli Stati Uniti e la Gran Bretagna lavorano insieme per sviluppare micce di prossimità da utilizzare in mine, bombe e proiettili di artiglieria durante la seconda guerra mondiale.
● 1948: L'esercito degli Stati Uniti rilascia al pubblico la tecnologia PCB, stimolando uno sviluppo diffuso.
● Anni '1950: I transistor vengono introdotti nel mercato dell'elettronica, riducendo le dimensioni complessive dell'elettronica e rendendo più facile incorporare PCB e migliorando notevolmente l'affidabilità dell'elettronica.
● Anni '1950 -'1960: I PCB si evolvono in schede bifacciali con componenti elettrici su un lato e stampa di identificazione sull'altro. Le piastre di zinco sono incorporate nei progetti di PCB e sono implementati materiali e rivestimenti resistenti alla corrosione per prevenire il degrado.
● Anni '1960:  Il circuito integrato - IC o chip di silicio - viene introdotto nei progetti elettronici, inserendo migliaia e persino decine di migliaia di componenti su un singolo chip, migliorando in modo significativo la potenza, la velocità e l'affidabilità dell'elettronica che incorporano questi dispositivi. Per accogliere i nuovi circuiti integrati, il numero di conduttori in un PCB doveva aumentare drasticamente, risultando in più strati all'interno del PCB medio. E allo stesso tempo, poiché i chip IC sono così piccoli, i PCB iniziano a diventare più piccoli e le connessioni di saldatura in modo affidabile diventa più difficile.
● Anni '1970: I circuiti stampati sono associati in modo errato al policlorobifenile chimico dannoso per l'ambiente, che all'epoca era anche abbreviato come PCB. Questa confusione si traduce in confusione pubblica e preoccupazioni per la salute della comunità. Per ridurre la confusione, le schede a circuito stampato (PCB) vengono rinominate schede a circuito stampato (PWB) fino a quando i PCB chimici non saranno gradualmente eliminati negli anni '1990.
● Anni '1970 -'1980: Le maschere di saldatura di materiali polimerici sottili sono sviluppate per facilitare una più facile applicazione della saldatura sui circuiti in rame senza collegare i circuiti adiacenti, aumentando ulteriormente la densità del circuito. Successivamente viene sviluppato un rivestimento polimerico fotoimmaginabile che può essere applicato direttamente ai circuiti, essiccato e successivamente modificato mediante esposizione fotografica, migliorando ulteriormente la densità del circuito. Questo diventa un metodo di produzione standard per i PCB.
● anni '1980:  Viene sviluppata una nuova tecnologia di assemblaggio chiamata tecnologia di montaggio superficiale, o SMT in breve. In precedenza, tutti i componenti PCB avevano conduttori di filo saldati nei fori dei PCB. Questi buchi occupavano spazio prezioso che era necessario per l'instradamento del circuito aggiuntivo. I componenti SMT sono stati sviluppati e sono diventati rapidamente lo standard di produzione, che sono stati saldati direttamente su piccoli pad sul PCB, senza bisogno di fori. I componenti SMT hanno proliferato rapidamente diventando lo standard del settore e hanno lavorato per sostituire i componenti con foro passante, migliorando nuovamente la potenza funzionale, le prestazioni, l'affidabilità e riducendo i costi di produzione elettronica.
● Anni '1990: Le dimensioni dei PCB continuano a diminuire man mano che il software di progettazione e produzione assistita da computer (CAD / CAM) diventa più prominente. La progettazione computerizzata automatizza molte fasi nella progettazione di PCB e facilita progetti sempre più complessi con componenti più piccoli e leggeri. I fornitori di componenti lavorano simultaneamente per migliorare le prestazioni dei loro dispositivi, ridurre il loro consumo elettrico, aumentare la loro affidabilità, riducendo allo stesso tempo i costi. Le connessioni più piccole consentono di aumentare rapidamente la miniaturizzazione dei PCB.
● Anni '2000: I PCB sono diventati più piccoli, leggeri, con un numero di strati molto più alto e più complessi. I progetti di circuiti stampati multistrato e flessibili consentono una funzionalità operativa molto maggiore nei dispositivi elettronici, con PCB sempre più piccoli e dal costo inferiore.

Leggi anche: Come riciclare un circuito stampato di scarto? | Cose che dovresti sapere

Diverso Tipi di PCB (Pcircuiti stampati) 

I PCB sono spesso classificati in base alla frequenza, al numero di strati e al substrato utilizzato. Alcuni tipi di pioppo sono discussi di seguito:

● PCB unilaterale / PCB monostrato
● PCB a doppia faccia / PCB a doppio strato
● PCB multistrato
● PCB flessibili
● PCB rigidi
● PCB rigidi-flessibili
● PCB ad alta frequenza
● PCB con retro in alluminio

1. PCB unilaterale / PCB monostrato
I PCB unilaterali sono il tipo di base di circuiti stampati, che contengono solo uno strato di substrato o materiale di base. Un lato del materiale di base è rivestito con un sottile strato di metallo. Il rame è il rivestimento più comune a causa del suo funzionamento come conduttore elettrico. Questi PCB contengono anche una maschera di saldatura protettiva, che viene applicata sulla parte superiore dello strato di rame insieme a un rivestimento serigrafato. 

* Schema PCB a strato singolo

Alcuni vantaggi offerti dai PCB unilaterali sono:
● I PCB unilaterali vengono utilizzati per la produzione in serie e hanno un costo contenuto.
● Questi PCB vengono utilizzati per circuiti semplici come sensori di potenza, relè, sensori e giocattoli elettronici.

Il modello a basso costo e ad alto volume significa che sono comunemente utilizzati per una varietà di applicazioni, tra cui calcolatrici, fotocamere, radio, apparecchiature stereo, unità a stato solido, stampanti e alimentatori.

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2. PCB a doppia faccia / PCB a doppio strato
I PCB a doppia faccia hanno entrambi i lati del substrato con uno strato conduttivo metallico. I fori nel circuito stampato consentono di fissare le parti metalliche da un lato all'altro. Questi PCB collegano i circuiti su entrambi i lati mediante uno dei due schemi di montaggio, ovvero la tecnologia a foro passante e la tecnologia a montaggio superficiale. La tecnologia del foro passante prevede l'inserimento di componenti di piombo attraverso i fori preforati sulla scheda del circuito, che sono saldati alle pastiglie sui lati opposti. La tecnologia a montaggio superficiale prevede che i componenti elettrici vengano posizionati direttamente sulla superficie dei circuiti stampati. 

* Schema PCB a doppio strato

I vantaggi offerti dai PCB a doppia faccia sono:
● Il montaggio su superficie consente di collegare più circuiti alla scheda rispetto al montaggio a foro passante.
● Questi PCB sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, inclusi sistemi di telefonia mobile, monitoraggio dell'alimentazione, apparecchiature di test, amplificatori e molti altri.

I PCB a montaggio superficiale non utilizzano fili come connettori. Invece, molti piccoli cavi sono saldati direttamente alla scheda, il che significa che la scheda stessa viene utilizzata come superficie di cablaggio per i diversi componenti. Ciò consente di completare i circuiti utilizzando meno spazio, liberando spazio per consentire alla scheda di completare più funzioni, di solito a velocità più elevate e con un peso più leggero di quanto consentirebbe una scheda a foro passante.

I PCB a doppia faccia sono tipicamente utilizzati in applicazioni che richiedono un livello intermedio di complessità del circuito, come controlli industriali, alimentatori, strumentazione, sistemi HVAC, illuminazione a LED, cruscotti automobilistici, amplificatori e distributori automatici.

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3. PCB multistrato
I PCB multistrato hanno circuiti stampati, che comprendono più di due strati di rame come 4L, 6L, 8L, ecc. Questi PCB espandono la tecnologia utilizzata nei PCB a doppia faccia. Vari strati di un pannello di substrato e materiali isolanti separano gli strati nei PCB multistrato. I PCB sono di dimensioni compatte e offrono vantaggi in termini di peso e spazio. 

* Schema PCB multistrato

Alcuni vantaggi offerti dai PCB multistrato sono:
● I PCB multistrato offrono un alto livello di flessibilità di progettazione.
● Questi PCB svolgono un ruolo importante nei circuiti ad alta velocità. Forniscono più spazio per i modelli e la potenza dei conduttori.

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4. PCB flessibili
I PCB flessibili sono costruiti su un materiale di base flessibile. Questi PCB sono disponibili in formati monofacciali, bifacciali e multistrato. Questo aiuta a ridurre la complessità all'interno del gruppo del dispositivo. A differenza dei PCB rigidi, che utilizzano materiali fissi come la fibra di vetro, i circuiti stampati flessibili sono realizzati con materiali che possono flettersi e muoversi, come la plastica. Come i PCB rigidi, i PCB flessibili sono disponibili in formati singoli, doppi o multistrato. Poiché devono essere stampati su un materiale flessibile, il PCB flessibile costa di più per la fabbricazione.

* Schema PCB flessibile

Tuttavia, i PCB flessibili offrono molti vantaggi rispetto ai PCB rigidi. Il più evidente di questi vantaggi è il fatto che sono flessibili. Ciò significa che possono essere piegati sui bordi e avvolti attorno agli angoli. La loro flessibilità può portare a risparmi in termini di costi e peso poiché un singolo PCB flessibile può essere utilizzato per coprire aree che potrebbero richiedere più PCB rigidi.

I PCB flessibili possono essere utilizzati anche in aree che potrebbero essere soggette a rischi ambientali. Per fare ciò, sono semplicemente costruiti utilizzando materiali che potrebbero essere impermeabili, antiurto, resistenti alla corrosione o resistenti agli oli ad alta temperatura, un'opzione che i tradizionali PCB rigidi potrebbero non avere.

Alcuni vantaggi offerti da questi PCB sono:
● I PCB flessibili aiutano a ridurre le dimensioni della scheda, il che li rende ideali per varie applicazioni in cui è necessaria un'elevata densità di traccia del segnale.
● Questi PCB sono progettati per condizioni di lavoro, dove la temperatura e la densità sono la preoccupazione principale.

I PCB flessibili possono essere utilizzati anche in aree che potrebbero essere soggette a rischi ambientali. Per fare ciò, sono semplicemente costruiti utilizzando materiali che potrebbero essere impermeabili, antiurto, resistenti alla corrosione o resistenti agli oli ad alta temperatura, un'opzione che i tradizionali PCB rigidi potrebbero non avere.

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5. PCB rigidi
I PCB rigidi si riferiscono a quei tipi di PCB il cui materiale di base è fabbricato da un materiale solido e che non può essere piegato. I PCB rigidi sono realizzati con un materiale di substrato solido che impedisce la torsione della scheda. Forse l'esempio più comune di un PCB rigido è una scheda madre del computer. La scheda madre è un PCB multistrato progettato per allocare l'elettricità dall'alimentatore consentendo contemporaneamente la comunicazione tra tutte le molte parti del computer, come CPU, GPU e RAM.

*I PCB rigidi possono essere qualsiasi cosa, da un semplice PCB a strato singolo fino a un PCB multistrato a otto o dieci strati

I PCB rigidi costituiscono forse il maggior numero di PCB prodotti. Questi PCB vengono utilizzati ovunque sia necessario che il PCB stesso sia impostato in una forma e rimanga tale per il resto della durata di vita del dispositivo. I PCB rigidi possono essere qualsiasi cosa, da un semplice PCB a strato singolo fino a un PCB multistrato a otto o dieci strati.

Tutti i PCB rigidi hanno strutture monostrato, doppio strato o multistrato, quindi condividono tutte le stesse applicazioni.

● Questi PCB sono compatti, il che garantisce la creazione di una varietà di circuiti complessi attorno a loro.

● I PCB rigidi offrono una facile riparazione e manutenzione, poiché tutti i componenti sono chiaramente contrassegnati. Inoltre, i percorsi del segnale sono ben organizzati.

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6. PCB rigidi-flessibili
I PCB rigidi-flessibili sono una combinazione di circuiti stampati rigidi e flessibili. Comprendono più strati di circuiti flessibili collegati a più di una scheda rigida.

* Schema PCB rigido flessibile

Alcuni vantaggi offerti da questi PCB sono:
● Questi PCB sono costruiti con precisione. Quindi, è utilizzato in varie applicazioni mediche e militari.
● Essendo leggeri, questi PCB offrono il 60% di peso e risparmio di spazio.

I PCB flessibili rigidi si trovano più spesso in applicazioni in cui lo spazio o il peso sono le preoccupazioni principali, inclusi telefoni cellulari, fotocamere digitali, pacemaker e automobili.

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7. PCB ad alta frequenza
I PCB ad alta frequenza vengono utilizzati nella gamma di frequenza di 500 MHz - 2 GHz. Questi PCB sono utilizzati in varie applicazioni critiche di frequenza come sistemi di comunicazione, PCB a microonde, PCB a microstriscia, ecc.

I materiali PCB ad alta frequenza includono spesso il laminato epossidico rinforzato con vetro FR4, la resina di ossido di polifenilene (PPO) e il teflon. Il teflon è una delle opzioni più costose disponibili a causa della sua costante dielettrica piccola e stabile, di piccole quantità di perdita dielettrica e del basso assorbimento d'acqua complessivo.

* I PCB ad alta frequenza sono schede citcuit progettate per trasmettere segnali su un giaghertz

Molti aspetti devono essere considerati quando si sceglie una scheda PCB ad alta frequenza e il tipo corrispondente di connettore PCB, tra cui costante dielettrica (DK), dissipazione, perdita e spessore dielettrico.

Il più importante di questi è il Dk del materiale in questione. I materiali con un'alta probabilità di variazione della costante dielettrica hanno spesso variazioni di impedenza, che possono interrompere le armoniche che compongono un segnale digitale e causare una perdita complessiva dell'integrità del segnale digitale - una delle cose per cui sono progettati i PCB ad alta frequenza impedire.

Altre cose da considerare quando si scelgono le schede e i tipi di connettori per PC da utilizzare quando si progetta un PCB ad alta frequenza sono:

● Perdita dielettrica (DF), che influisce sulla qualità della trasmissione del segnale. Una minore quantità di perdita dielettrica potrebbe causare una piccola perdita di segnale.
● Dilatazione termica. Se i tassi di espansione termica dei materiali utilizzati per costruire il PCB, come la lamina di rame, non sono gli stessi, i materiali potrebbero separarsi l'uno dall'altro a causa dei cambiamenti di temperatura.
● Assorbimento dell'acqua. Elevate quantità di acqua ingerita influenzeranno la costante dielettrica e la perdita dielettrica del PCB, soprattutto se utilizzato in ambienti umidi.
● Altre resistenze. I materiali utilizzati nella costruzione di un PCB ad alta frequenza dovrebbero essere valutati altamente per resistenza al calore, resistenza agli urti e resistenza a sostanze chimiche pericolose, se necessario.

FMUSER è l'esperto nella produzione di PCB ad alta frequenza, forniamo non solo PCB economici, ma anche supporto online per la progettazione di PCB, CONTATTACI per maggiori informazioni!

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8. PCB con supporto in alluminio
Questi PCB sono utilizzati in applicazioni ad alta potenza, poiché la costruzione in alluminio aiuta nella dissipazione del calore. I PCB con supporto in alluminio sono noti per offrire un alto livello di rigidità e un basso livello di espansione termica, il che li rende ideali per applicazioni con elevata tolleranza meccanica. 

* Schema PCB in alluminio

Alcuni vantaggi offerti da questi PCB sono:

▲ Basso costo. L'alluminio è uno dei metalli più abbondanti sulla Terra e costituisce l'8.23% del peso del pianeta. L'alluminio è facile ed economico da estrarre, il che aiuta a ridurre le spese nel processo di produzione. Pertanto, la costruzione di prodotti con alluminio è meno costosa.
▲ Rispettoso dell'ambiente. L'alluminio è atossico e facilmente riciclabile. Grazie alla sua facilità di assemblaggio, anche la produzione di circuiti stampati in alluminio è un buon modo per risparmiare energia.
▲ Dissipazione del calore. L'alluminio è uno dei migliori materiali disponibili per dissipare il calore dai componenti cruciali dei circuiti stampati. Invece di disperdere il calore nel resto della tavola, trasferisce il calore all'aria aperta. Il PCB in alluminio si raffredda più velocemente di un PCB in rame di dimensioni equivalenti.
▲ Durata del materiale. L'alluminio è molto più resistente dei materiali come la fibra di vetro o la ceramica, soprattutto per i test di caduta. L'uso di materiali di base più robusti aiuta a ridurre i danni durante la produzione, la spedizione e l'installazione.

Tutti questi vantaggi rendono il PCB in alluminio una scelta eccellente per applicazioni che richiedono elevate uscite di potenza entro tolleranze molto strette, inclusi semafori, illuminazione automobilistica, alimentatori, controller motore e circuiti ad alta corrente.

Oltre a LED e alimentatori. I PCB con supporto in alluminio possono essere utilizzati anche in applicazioni che richiedono un alto grado di stabilità meccanica o dove il PCB potrebbe essere soggetto a livelli elevati di stress meccanico. Sono meno soggetti a dilatazione termica rispetto a un pannello a base di fibra di vetro, il che significa che gli altri materiali sul pannello, come la lamina di rame e l'isolamento, avranno meno probabilità di staccarsi, allungando ulteriormente la durata del prodotto.

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Industria dei circuiti stampati nel 2021

Il mercato globale dei PCB può essere segmentato sulla base del tipo di prodotto in flex (FPCB flessibile e PCB rigido-flessibile), substrato IC, interconnessione ad alta densità (HDI) e altri. Sulla base del tipo di laminato PCB, il mercato può essere suddiviso in PR4, resina epossidica ad alta Tg e poliimmide. Il mercato può essere suddiviso in base alle applicazioni in elettronica di consumo, automobilistica, medica, industriale e militare / aerospaziale, ecc.

La crescita del mercato dei PCB nel periodo storico è stata supportata da vari fattori come il boom del mercato dell'elettronica di consumo, la crescita nel settore dei dispositivi sanitari, l'aumento della necessità di PCB a doppia faccia, un picco nella domanda di caratteristiche hi-tech nel settore automobilistico e un aumento del reddito disponibile. Il mercato deve anche affrontare alcune sfide come i severi controlli della catena di approvvigionamento e l'inclinazione verso i componenti COTS.

Il mercato dei circuiti stampati dovrebbe registrare un CAGR dell'1.53% durante il periodo di previsione (2021-2026) ed è stato valutato a 58.91 miliardi di dollari nel 2020, e si prevede che valga 75.72 miliardi di dollari entro il 2026 durante il periodo 2021- 2026. Il mercato ha registrato una rapida crescita negli ultimi anni, principalmente a causa del continuo sviluppo di dispositivi elettronici di consumo e della crescente domanda di PCB in tutte le apparecchiature elettroniche ed elettriche.

L'adozione di PCB nei veicoli connessi ha anche accelerato il mercato dei PCB. Si tratta di veicoli completamente equipaggiati con tecnologie sia cablate che wireless, che consentono ai veicoli di connettersi a dispositivi informatici come gli smartphone a proprio agio. Con tale tecnologia, i conducenti sono in grado di sbloccare i loro veicoli, avviare i sistemi di climatizzazione a distanza, controllare lo stato della batteria delle loro auto elettriche e monitorare le loro auto utilizzando gli smartphone.

La proliferazione della tecnologia 5G, il PCB stampato in 3D, altre innovazioni come il PCB biodegradabile e il picco nell'uso di PCB nelle tecnologie indossabili e l'attività di fusioni e acquisizioni (M&A) sono alcune delle ultime tendenze esistenti nel mercato.

Inoltre, anche la domanda di dispositivi elettronici, come smartphone, smartwatch e altri dispositivi, ha incrementato la crescita del mercato. Ad esempio, secondo lo studio US Consumer Technology Sales and Forecast, condotto dalla Consumer Technology Association (CTA), le entrate generate dagli smartphone sono state valutate rispettivamente a 79.1 miliardi di dollari e 77.5 miliardi di dollari nel 2018 e 2019.

La stampa 3D si è dimostrata parte integrante di una delle grandi innovazioni PCB ultimamente. Si prevede che l'elettronica stampata in 3D, o PE 3D, rivoluzionerà il modo in cui i sistemi elettrici saranno progettati in futuro. Questi sistemi creano circuiti 3D stampando un elemento del substrato strato per strato, quindi aggiungendo un inchiostro liquido sopra di esso che contiene funzionalità elettroniche. È quindi possibile aggiungere tecnologie a montaggio superficiale per creare il sistema finale. Il 3D PE può potenzialmente fornire immensi vantaggi tecnici e di produzione sia alle società di produzione di circuiti che ai loro clienti, soprattutto rispetto ai tradizionali PCB 2D.

Con lo scoppio del COVID-19, la produzione di circuiti stampati è stata influenzata da vincoli e ritardi nella regione Asia-Pacifico, in particolare in Cina, durante i mesi di gennaio e febbraio. Le aziende non hanno apportato modifiche sostanziali alle loro capacità di produzione, ma la debole domanda in Cina presenta alcuni problemi di catena di approvvigionamento. Il rapporto della Semiconductor Industry Association (SIA), a febbraio, ha indicato potenziali impatti aziendali a lungo termine al di fuori della Cina legati al COVID-19. L'effetto della diminuzione della domanda potrebbe riflettersi sui ricavi delle aziende nel 2Q20.

La crescita del mercato dei PCB è fortemente legata all'economia globale e alla tecnologia strutturale come smartphone, 4G / 5G e data center. La caduta del mercato nel 2020 è prevista a causa dell'impatto del Covid-19. La pandemia ha frenato la produzione di elettronica di consumo, smartphone e automobili, riducendo così la domanda di PCB. Il mercato mostrerebbe una graduale ripresa grazie alla ripresa delle attività manifatturiere per dare un impulso all'economia globale.

Di cosa è fatto un circuito stampato?

Il PCB è generalmente costituito da quattro strati di materiale legati insieme mediante calore, pressione e altri metodi. Quattro strati di un PCB sono costituiti da substrato, rame, maschera di saldatura e serigrafia.

Ogni scheda sarà diversa, ma condivideranno principalmente alcuni degli elementi, ecco alcuni dei materiali più comuni utilizzati nella fabbricazione di circuiti stampati:

I sei componenti di base di un circuito stampato standard sono:

● Lo strato centrale - contiene resina epossidica rinforzata con fibra di vetro
● Uno strato conduttivo - contiene tracce e pad per comporre il circuito (di solito con rame, oro, argento)
● Strato maschera per saldatura - inchiostro polimero sottile
● Sovrapposizione serigrafica: inchiostro speciale che mostra i riferimenti dei componenti
● Una lega per saldatura a stagno - utilizzata per collegare i componenti a fori passanti o cuscinetti a montaggio superficiale

prepreg
Il prepreg è un tessuto di vetro sottile che viene rivestito di resina e asciugato, in macchine speciali chiamate treaters prepreg. Il vetro è il substrato meccanico che tiene in posizione la resina. La resina, solitamente epossidica FR4, poliimmide, teflon e altri, inizia come un liquido che viene rivestito sul tessuto. Quando il preimpregnato si muove attraverso il dispositivo di trattamento, entra in una sezione del forno e inizia ad asciugarsi. Una volta uscito dal trattamento, risulta asciutto al tatto.

Quando il preimpregnato è esposto a temperature più elevate, solitamente superiori a 300 ° Fahrenheit, la resina inizia ad ammorbidirsi e fondersi. Una volta che la resina nel preimpregnato si scioglie, raggiunge un punto (chiamato termoindurente) dove poi si indurisce nuovamente per diventare di nuovo rigida e molto, molto forte. Nonostante questa resistenza, il preimpregnato e il laminato tendono ad essere molto leggeri. I fogli preimpregnati, o fibra di vetro, vengono utilizzati per produrre molte cose: dalle barche alle mazze da golf, agli aerei e alle pale delle turbine eoliche. Ma è anche fondamentale nella produzione di PCB. I fogli preimpregnati sono ciò che usiamo per incollare insieme il PCB e sono anche ciò che viene utilizzato per costruire il secondo componente di un PCB - laminato.

* PCB stack up-diagramma di vista laterale

Laminato
I laminati, a volte chiamati laminati rivestiti di rame, vengono creati polimerizzando ad alte temperature e strati di tessuto a pressione con una resina termoindurente. Questo processo forma lo spessore uniforme essenziale per il PCB. Una volta che la resina si indurisce, i laminati PCB sono come un composito di plastica, con fogli di lamina di rame su entrambi i lati, se il tuo pannello ha un numero elevato di strati, il laminato deve essere costituito da vetro intrecciato per stabilità dimensionale. 

PCB conforme a RoHS
I PCB conformi alla RoHS sono quelli che seguono la restrizione delle sostanze pericolose dell'Unione Europea. Il divieto riguarda l'uso di piombo e altri metalli pesanti nei prodotti di consumo. Ogni parte del pannello deve essere priva di piombo, mercurio, cadmio e altri metalli pesanti.

soldermask
Soldermask è il rivestimento epossidico verde che copre i circuiti sugli strati esterni della scheda. I circuiti interni sono sepolti negli strati di prepreg, quindi non hanno bisogno di essere protetti. Ma gli strati esterni, se lasciati non protetti, si ossideranno e corroderanno nel tempo. Soldermask fornisce quella protezione ai conduttori all'esterno del PCB.

Nomenclatura - Serigrafia
La nomenclatura, o talvolta chiamata serigrafia, sono le lettere bianche che vedi sopra il rivestimento della maschera di saldatura su un PCB. La serigrafia è solitamente lo strato finale della scheda, che consente al produttore di PCB di scrivere etichette sulle aree importanti della scheda. È un inchiostro speciale che mostra i simboli ei riferimenti dei componenti per le posizioni dei componenti durante il processo di assemblaggio. La nomenclatura è la scritta che mostra dove ogni componente va sulla lavagna e talvolta fornisce anche l'orientamento del componente. 

Sia le maschere di saldatura che la nomenclatura sono tipicamente verdi e bianche, anche se potresti vedere altri colori come rosso, giallo, grigio e nero usati, quelli sono i più popolari.

Soldermask protegge tutti i circuiti sugli strati esterni del PCB, dove non intendiamo attaccare componenti. Ma dobbiamo anche proteggere i fori e le piazzole di rame esposti dove intendiamo saldare e montare i componenti. Per proteggere queste aree e per fornire una buona finitura saldabile, di solito utilizziamo rivestimenti metallici, come nichel, oro, stagno / piombo, argento e altre finiture finali progettate solo per i produttori di PCB.

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Materiale fabbricato progettato per PCB più popolari

I progettisti di PCB devono affrontare diverse caratteristiche prestazionali quando esaminano la selezione dei materiali per il loro design. Alcune delle considerazioni più popolari sono:

Costante dielettrica - un indicatore chiave delle prestazioni elettriche
Ritardo di fiamma - critico per la qualificazione UL (vedi sopra)
Temperature di transizione vetrosa (Tg) più elevate - per resistere a lavorazioni di assemblaggio a temperature più elevate
Fattori di perdita attenuati - importante nelle applicazioni ad alta velocità, dove la velocità del segnale è apprezzata
Resistenza meccanica inclusi taglio, trazione e altri attributi meccanici che possono essere richiesti al PCB quando viene messo in servizio
Prestazione termica - una considerazione importante in ambienti di servizio elevati
Stabilità dimensionale - o quanto si muove il materiale e quanto si muove costantemente, durante la produzione, i cicli termici o l'esposizione all'umidità

Ecco alcuni dei materiali più popolari utilizzati nella fabbricazione di circuiti stampati:

Il supporto: laminato epossidico FR4 e preimpregnato - fibra di vetro
FR4 è il materiale di substrato PCB più popolare al mondo. La denotazione "FR4" descrive una classe di materiali che soddisfano determinati requisiti definiti dagli standard NEMA LI 1-1998. I materiali FR4 hanno buone caratteristiche termiche, elettriche e meccaniche, nonché un favorevole rapporto resistenza / peso che li rende ideali per la maggior parte delle applicazioni elettroniche. I laminati FR4 e il preimpregnato sono realizzati in tessuto di vetro, resina epossidica e di solito sono il materiale PCB più economico disponibile. Può anche essere realizzato con materiali flessibili che a volte possono anche essere allungati. 

È particolarmente popolare per i PCB con un numero di strati inferiore: singolo, bifacciale in costruzioni multistrato generalmente inferiori a 14 strati. Inoltre, la resina epossidica di base può essere miscelata con additivi che possono migliorare significativamente le sue prestazioni termiche, prestazioni elettriche e resistenza / classificazione alla fiamma UL - migliorando notevolmente la sua capacità di essere utilizzata in un numero di strati più elevato crea applicazioni di stress termico più elevato e maggiori prestazioni elettriche a un costo inferiore per i progetti di circuiti ad alta velocità. I laminati FR4 e i preimpregnati sono molto versatili, adattabili con tecniche di produzione ampiamente accettate con rese prevedibili.

Laminati di poliimmide e preimpregnati
I laminati in poliammide offrono prestazioni termiche più elevate rispetto ai materiali FR4, nonché un leggero miglioramento delle proprietà delle prestazioni elettriche. I materiali in poliimmide costano più dell'FR4 ma offrono una migliore capacità di sopravvivenza in ambienti difficili e con temperature elevate. Sono inoltre più stabili durante i cicli termici, con minori caratteristiche di espansione, rendendoli adatti per costruzioni con un numero di strati più elevato.

Laminati in teflon (PTFE) e strati di incollaggio
I laminati in teflon e i materiali di incollaggio offrono eccellenti proprietà elettriche, rendendoli ideali per applicazioni di circuiti ad alta velocità. I materiali in teflon sono più costosi della poliimmide ma forniscono ai progettisti le capacità ad alta velocità di cui hanno bisogno. I materiali in teflon possono essere rivestiti su tessuto di vetro, ma possono anche essere prodotti come una pellicola non supportata o con speciali riempitivi e additivi per migliorare le proprietà meccaniche. La produzione di PCB in teflon richiede spesso una forza lavoro qualificata, attrezzature e processi specializzati e un'anticipazione di rendimenti di produzione inferiori.

Laminati flessibili
I laminati flessibili sono sottili e offrono la possibilità di piegare il design elettronico, senza perdere la continuità elettrica. Non hanno tessuto di vetro per il supporto ma sono costruiti su film plastico. Sono altrettanto efficaci piegati in un dispositivo per un'applicazione da installare una volta sola, poiché sono in flessione dinamica, dove i circuiti saranno piegati continuamente per la vita del dispositivo. I laminati flessibili possono essere realizzati con materiali a temperature più elevate come poliimmide e LCP (polimero a cristalli liquidi) o materiali a basso costo come poliestere e PEN. Poiché i laminati flessibili sono così sottili, la produzione di circuiti flessibili può anche richiedere una forza lavoro qualificata, apparecchiature e lavorazioni specializzate e un'anticipazione di rendimenti di produzione inferiori.

Altri

Ci sono molti altri laminati e materiali leganti sul mercato, inclusi BT, estere di cianato, ceramiche e sistemi misti che combinano le resine per ottenere caratteristiche prestazionali elettriche e / o meccaniche distinte. Poiché i volumi sono molto inferiori a FR4 e la produzione può essere molto più difficile, sono generalmente considerate alternative costose per i progetti PCB.

Il processo di assemblaggio del circuito stampato è complesso e implica l'interazione con molti piccoli componenti e una conoscenza dettagliata delle funzioni e del posizionamento di ciascuna parte. Un circuito stampato non funzionerà senza i suoi componenti elettrici. Inoltre, vengono utilizzati componenti diversi a seconda del dispositivo o del prodotto a cui è destinato. In quanto tale, è importante avere una comprensione approfondita dei diversi componenti che entrano nell'assemblaggio del circuito stampato.

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Componenti per circuiti stampati e come funzionano
I seguenti 13 componenti comuni vengono utilizzati nella maggior parte dei circuiti stampati:

● Resistenze
● Transistor
● Condensatori
● induttori
● Diodi
● Trasformatori
● Circuiti integrati
● Oscillatori di cristallo
● Potenziometri
● SCR (raddrizzatore controllato al silicio)
● Sensori
● Interruttori / relè
● Batterie

1. Resistenze - Controllo energetico 
I resistori sono uno dei componenti più comunemente usati nei PCB e sono probabilmente i più semplici da capire. La loro funzione è quella di resistere al flusso di corrente dissipando l'energia elettrica sotto forma di calore. Senza resistenze, altri componenti potrebbero non essere in grado di gestire la tensione e ciò potrebbe causare un sovraccarico. Sono disponibili in una moltitudine di diversi tipi realizzati con una gamma di materiali diversi. Il resistore classico più familiare all'hobbista è il resistore di stile "assiale" con conduttori su entrambe le estremità lunghe e il corpo inscritto con anelli colorati.

2. Transistor - Amplificazione di energia
I transistor sono fondamentali per il processo di assemblaggio di schede a circuiti stampati a causa della loro natura multifunzionale. Sono dispositivi a semiconduttore che possono sia condurre che isolare e possono agire come interruttori e amplificatori. Sono di dimensioni inferiori, hanno una durata relativamente lunga e possono funzionare in modo sicuro con alimentatori a tensione inferiore senza una corrente di filamento. I transistor sono disponibili in due tipi: transistor a giunzione bipolare (BJT) e transistor ad effetto di campo (FET).

3. Condensatori - Accumulo di energia
I condensatori sono componenti elettronici passivi a due terminali. Agiscono come batterie ricaricabili - per trattenere temporaneamente la carica elettrica e rilasciarla ogni volta che è necessaria più potenza in altre parti del circuito. 

Puoi farlo raccogliendo cariche opposte su due strati conduttivi separati da un materiale isolante o dielettrico. 

I condensatori sono spesso classificati in base al conduttore o al materiale dielettrico, che dà origine a molti tipi con caratteristiche diverse dai condensatori elettrolitici ad alta capacità, ai diversi condensatori polimerici ai condensatori a dischi ceramici più stabili. Alcuni hanno un aspetto simile ai resistori assiali, ma il condensatore classico è di tipo radiale con i due conduttori che sporgono dalla stessa estremità.

4. Induttori - aumento di energia
Gli induttori sono componenti elettronici passivi a due terminali che immagazzinano energia (invece di immagazzinare energia elettrostatica) in un campo magnetico quando una corrente elettrica li attraversa. Gli induttori vengono utilizzati per bloccare le correnti alternate consentendo il passaggio delle correnti dirette. 

Gli induttori vengono spesso utilizzati per filtrare o bloccare determinati segnali, ad esempio bloccando le interferenze nelle apparecchiature radio o utilizzati in combinazione con i condensatori per creare circuiti sintonizzati, per manipolare i segnali CA negli alimentatori a commutazione, ad es. Ricevitore TV.

5. Diodi - Reindirizzamento dell'energia 
I diodi sono componenti semiconduttori che agiscono come interruttori unidirezionali per le correnti. Consentono alle correnti di passare facilmente in una direzione che consente alla corrente di fluire in una sola direzione, dall'anodo (+) al catodo (-) ma limitano il flusso delle correnti nella direzione opposta, il che potrebbe causare danni.

Il diodo più popolare tra gli hobbisti è il diodo a emissione di luce o LED. Come suggerisce la prima parte del nome, sono usati per emettere luce, ma chiunque abbia provato a saldare uno sa che è un diodo, quindi è importante che l'orientamento sia corretto, altrimenti il ​​LED non si accende .

6. Trasformatori - Trasferimento di energia
La funzione dei trasformatori è quella di trasferire energia elettrica da un circuito all'altro, con un aumento o una diminuzione della tensione. I trasformatori generici trasferiscono la potenza da una sorgente all'altra attraverso un processo chiamato "induzione". Come con i resistori, regolano tecnicamente la corrente. La differenza più grande è che forniscono un maggiore isolamento elettrico rispetto alla resistenza controllata "trasformando" la tensione. Potreste aver visto grandi trasformatori industriali sui pali del telegrafo; questi abbassano la tensione dalle linee di trasmissione aeree, tipicamente diverse centinaia di migliaia di volt, alle poche centinaia di volt tipicamente richieste per l'uso domestico.

I trasformatori PCB sono costituiti da due o più circuiti induttivi separati (chiamati avvolgimenti) e da un nucleo in ferro dolce. L'avvolgimento primario è per il circuito sorgente - o da dove verrà l'energia - e l'avvolgimento secondario è per il circuito ricevente - dove va l'energia. I trasformatori scompongono grandi quantità di tensione in correnti più piccole e più gestibili in modo da non sovraccaricare o sovraccaricare l'apparecchiatura.

7. Circuiti integrati: centrali elettriche
I circuiti integrati o circuiti integrati sono circuiti e componenti che sono stati ridotti su wafer di materiale semiconduttore. L'enorme numero di componenti che possono essere inseriti su un singolo chip è ciò che ha dato origine alle prime calcolatrici e ora potenti computer, dagli smartphone ai supercomputer. Di solito sono il cervello di un circuito più ampio. Il circuito è tipicamente racchiuso in un alloggiamento di plastica nera che può essere di tutte le forme e dimensioni e avere contatti visibili, sia che si tratti di conduttori che si estendono dal corpo, o di piazzole di contatto direttamente sotto come chip BGA per esempio.

8. Oscillatori in cristallo - Timer precisi
Gli oscillatori a cristallo forniscono l'orologio in molti circuiti che richiedono elementi di temporizzazione precisi e stabili. Producono un segnale elettronico periodico facendo oscillare fisicamente un materiale piezoelettrico, il cristallo, da cui il nome. Ogni oscillatore a cristallo è progettato per vibrare a una frequenza specifica ed è più stabile, economico e ha un fattore di forma ridotto rispetto ad altri metodi di temporizzazione. Per questo motivo, sono comunemente usati come timer precisi per microcontrollori o più comunemente, negli orologi da polso al quarzo.

9. Potenziometri - Varietà di resistenza
I potenziometri sono una forma di resistore variabile. Sono comunemente disponibili nei tipi rotativi e lineari. Ruotando la manopola di un potenziometro rotativo, la resistenza viene variata mentre il contatto del cursore viene spostato su un resistore semicircolare. Un classico esempio di potenziometri rotanti è il controller del volume sulle radio in cui il potenziometro rotativo controlla la quantità di corrente all'amplificatore. Il potenziometro lineare è lo stesso, tranne per il fatto che la resistenza viene variata spostando linearmente il contatto del cursore sul resistore. Sono ottimi quando è richiesta una messa a punto sul campo.  

10. SCR (Silicon-Controlled Rectifier) ​​- Controllo ad alta corrente
Conosciuti anche come tiristori, i raddrizzatori controllati al silicio (SCR) sono simili ai transistor e ai diodi, in realtà sono essenzialmente due transistor che lavorano insieme. Hanno anche tre cavi ma sono costituiti da quattro strati di silicio invece di tre e funzionano solo come interruttori, non come amplificatori. Un'altra importante differenza è che è necessario un solo impulso per attivare l'interruttore, mentre la corrente deve essere applicata continuamente nel caso di un singolo transistor. Sono più adatti a commutare quantità maggiori di potenza.

11. Sensori
I sensori sono dispositivi la cui funzione è quella di rilevare i cambiamenti nelle condizioni ambientali e generare un segnale elettrico corrispondente a quel cambiamento, che viene inviato ad altri componenti elettronici nel circuito. I sensori convertono l'energia da un fenomeno fisico in energia elettrica, e quindi sono in effetti dei trasduttori (convertono l'energia in una forma in un'altra). Possono essere qualsiasi cosa, da un tipo di resistenza in un rilevatore di temperatura a resistenza (RTD), a LED che rilevano segnali in entrata, come in un telecomando televisivo. Esiste un'ampia varietà di sensori per vari stimoli ambientali, ad esempio sensori di umidità, luce, qualità dell'aria, tocco, suono, umidità e movimento.

12. Interruttori e relè - Pulsanti di alimentazione
Un componente di base e facilmente trascurato, l'interruttore è semplicemente un pulsante di accensione per controllare il flusso di corrente nel circuito, passando da un circuito aperto a uno chiuso. Variano un po 'nell'aspetto fisico, che vanno dal cursore, rotante, pulsante, leva, levetta, interruttori a chiave e l'elenco potrebbe continuare. Allo stesso modo, un relè è un interruttore elettromagnetico azionato tramite un solenoide, che diventa come una sorta di magnete temporaneo quando la corrente scorre attraverso di esso. Funzionano come interruttori e possono anche amplificare piccole correnti in correnti maggiori.

13. Batterie - Fornitura di energia
In teoria, tutti sanno cos'è una batteria. Forse il componente più ampiamente acquistato in questo elenco, le batterie sono utilizzate da più di semplici ingegneri elettronici e hobbisti. Le persone usano questo piccolo dispositivo per alimentare i loro oggetti quotidiani; telecomandi, torce elettriche, giocattoli, caricabatterie e altro ancora.

Su un PCB, una batteria immagazzina sostanzialmente energia chimica e la converte in energia elettronica utilizzabile per alimentare i diversi circuiti presenti sulla scheda. Usano un circuito esterno per consentire agli elettroni di fluire da un elettrodo all'altro. Questo forma una corrente elettrica funzionale (ma limitata).

La corrente è limitata dal processo di conversione dell'energia chimica in energia elettrica. Per alcune batterie, questo processo potrebbe terminare nel giro di pochi giorni. Altri potrebbero impiegare mesi o anni prima che l'energia chimica sia completamente esaurita. Questo è il motivo per cui alcune batterie (come le batterie dei telecomandi o dei controller) devono essere cambiate ogni pochi mesi, mentre altre (come le batterie degli orologi da polso) impiegano anni prima che si esauriscano tutte.

Funzione del circuito stampato - Perché abbiamo bisogno di PCB?

I PCB si trovano in quasi tutti i dispositivi elettronici e informatici, comprese le schede madri, le schede di rete e le schede grafiche per i circuiti interni presenti nelle unità disco rigido / CD-ROM. In termini di applicazioni informatiche in cui sono necessarie tracce conduttive come laptop e desktop, servono come base per molti componenti interni del computer, come schede video, schede controller, schede di interfaccia di rete e schede di espansione. Questi componenti si collegano tutti alla scheda madre, che è anche una scheda a circuito stampato.

I PCB sono inoltre realizzati mediante un processo fotolitografico in una versione su scala più ampia del modo in cui vengono realizzati i percorsi conduttivi nei processori. 

Sebbene i PCB siano spesso associati ai computer, vengono utilizzati in molti altri dispositivi elettronici oltre ai PC. Ad esempio, la maggior parte dei televisori, radio, fotocamere digitali, cellulari e tablet includono uno o più circuiti stampati. Tuttavia, i PCB presenti nei dispositivi mobili sono simili a quelli che si trovano nei computer desktop e nei dispositivi elettronici di grandi dimensioni, ma sono in genere più sottili e contengono circuiti più fini.

Tuttavia, il circuito stampato è ampiamente utilizzato in quasi tutte le apparecchiature / dispositivi precisi, dai piccoli dispositivi di consumo a enormi pezzi di macchinari, FMUSER fornisce un elenco dei 10 principali usi comuni di PCB (circuito stampato) nella vita quotidiana.

Applicazioni	Esempio
Dispositivi medicali	● Sistemi di imaging medico ● monitor ● Pompe per infusione ● Dispositivi interni
● Sistemi di imaging medico: CT, cGli scanner AT e ad ultrasuoni utilizzano spesso PCB, così come i computer che compilano e analizzano queste immagini. ● Pompe per infusione: Le pompe per infusione, come l'insulina e le pompe per analgesia controllate dal paziente, erogano quantità precise di un fluido a un paziente. I PCB aiutano a garantire che questi prodotti funzionino in modo affidabile e preciso. ● Monitoraggio: La frequenza cardiaca, la pressione sanguigna, i monitor della glicemia e altro dipendono dai componenti elettronici per ottenere letture accurate. ● Dispositivi interni: I pacemaker e altri dispositivi utilizzati internamente richiedono piccoli PCB per funzionare. Conclusione:  Il settore medico è continuamente alla ricerca di più usi per l'elettronica. Man mano che la tecnologia migliora e diventano possibili schede più piccole, più dense e affidabili, i PCB giocheranno un ruolo sempre più importante nel settore sanitario.

Applicazioni	Esempio
Applicazioni militari e di difesa	● Apparecchiature di comunicazione: ● Sistemi di controllo: ● Strumentazione:
● Apparecchiature di comunicazione: I sistemi di comunicazione radio e altre comunicazioni critiche richiedono il funzionamento dei PCB. ● Sistemi di controllo: I PCB sono al centro dei sistemi di controllo per vari tipi di apparecchiature, inclusi i sistemi di disturbo radar, i sistemi di rilevamento missilistico e altro ancora. ● Strumentazione: I PCB consentono agli indicatori che i membri delle forze armate usano per monitorare le minacce, condurre operazioni militari e utilizzare attrezzature. Conclusione:  L'esercito è spesso all'avanguardia della tecnologia, quindi alcuni degli usi più avanzati dei PCB sono per applicazioni militari e di difesa. Gli usi dei PCB in campo militare variano notevolmente.

Applicazioni	Esempio
Attrezzatura di sicurezza e protezione	● Telecamere di sicurezza: ● Rilevatori di fumo: ● Serrature elettroniche ● Sensori di movimento e antifurto
● Telecamere di sicurezza: Le telecamere di sicurezza, utilizzate all'interno o all'esterno, si affidano ai PCB, così come le apparecchiature utilizzate per monitorare i filmati di sicurezza. ● Rilevatori di fumo: I rilevatori di fumo e altri dispositivi simili, come i rilevatori di monossido di carbonio, necessitano di PCB affidabili per funzionare. ● Serrature elettroniche: Anche le moderne serrature elettroniche incorporano PCB. ● Sensori di movimento e antifurto: Anche i sensori di sicurezza che rilevano il movimento si basano sui PCB. Conclusione:  I PCB svolgono un ruolo essenziale in molti diversi tipi di apparecchiature di sicurezza, soprattutto perché molti di questi tipi di prodotti stanno acquisendo la capacità di connettersi a Internet.

Applicazioni	Esempio
LED	● Illuminazione residenziale ● Espositori automobilistici ● Display del computer ● Illuminazione medica ● Illuminazione di vetrine
● Illuminazione residenziale: L'illuminazione a LED, comprese le lampadine intelligenti, aiuta i proprietari di casa a illuminare la loro proprietà in modo più efficiente. ● Illuminazione della vetrina: Le aziende possono utilizzare i LED per la segnaletica e per illuminare i propri negozi. ● Espositori automobilistici: Gli indicatori del cruscotto, i fari, le luci dei freni e altro possono utilizzare PCB LED. ● Display del computer: I PCB LED alimentano molti indicatori e display su laptop e computer desktop. ● Illuminazione medica: I LED forniscono una luce brillante ed emanano poco calore, rendendoli ideali per le applicazioni mediche, in particolare quelle relative alla chirurgia e alla medicina d'urgenza. Conclusione:  I LED stanno diventando sempre più comuni in una varietà di applicazioni, il che significa che i PCB continueranno probabilmente a svolgere un ruolo più importante nell'illuminazione.

Applicazioni	Esempio
Componenti aerospaziali	● Alimentatori ● Apparecchiature di monitoraggio: ● Apparecchiature di comunicazione
● Riserve energetiche: I PCB sono un componente chiave nelle apparecchiature che alimentano una varietà di aeromobili, torri di controllo, satelliti e altri sistemi. ● Apparecchiature di monitoraggio: I piloti utilizzano vari tipi di apparecchiature di monitoraggio, inclusi accelerometri e sensori di pressione, per monitorare il funzionamento del velivolo. Questi monitor utilizzano spesso PCB. ● Apparecchiature di comunicazione: La comunicazione con il controllo a terra è una parte vitale per garantire viaggi aerei sicuri. Questi sistemi critici si basano su PCB. Conclusione:  L'elettronica utilizzata nelle applicazioni aerospaziali ha requisiti simili a quelli utilizzati nel settore automobilistico, ma i PCB aerospaziali possono essere esposti a condizioni ancora più difficili. I PCB possono essere utilizzati in una varietà di apparecchiature aerospaziali, inclusi aerei, navette spaziali, satelliti e sistemi di comunicazione radio.

Applicazioni	Esempio
Equipaggiamento industriale	● Attrezzature di produzione ● Apparecchiature elettriche ● Apparecchiature di misurazione ● Dispositivi interni
● Attrezzature di produzione: L'elettronica basata su PCB alimenta trapani e presse elettriche utilizzate nella produzione. ● Apparecchiature di potenza: I componenti che alimentano molti tipi di apparecchiature industriali utilizzano PCB. Questa apparecchiatura di alimentazione include inverter di potenza da CC a CA, apparecchiature di cogenerazione a energia solare e altro ancora. ● Strumenti di misurazione: I PCB spesso alimentano apparecchiature che misurano e controllano pressione, temperatura e altri fattori. Conclusione:  Man mano che la robotica, la tecnologia IoT industriale e altri tipi di tecnologia avanzata diventano più comuni, nuovi usi per i PCB stanno sorgendo nel settore industriale.

Applicazioni	Esempio
Applicazioni marittime	● Sistemi di navigazione ● Sistemi di comunicazione ● Sistemi di controllo
● Sistemi di navigazione: Molte navi marittime si affidano ai PCB per i loro sistemi di navigazione. È possibile trovare PCB nei sistemi GPS e radar, nonché in altre apparecchiature. ● Sistemi di comunicazione: I sistemi radio che gli equipaggi utilizzano per comunicare con i porti e altre navi richiedono PCB. ● Sistemi di controllo: Molti dei sistemi di controllo delle navi marittime, inclusi i sistemi di gestione del motore, i sistemi di distribuzione dell'alimentazione e i sistemi di pilota automatico, utilizzano PCB. Conclusione:  Questi sistemi di pilota automatico possono aiutare con la stabilizzazione dell'imbarcazione, le manovre, la riduzione al minimo degli errori di rotta e la gestione dell'attività del timone.

Applicazioni	Esempio
Elettronica di consumo	● Dispositivi di comunicazione ● computer ● Sistemi di intrattenimento ● Elettrodomestici
● Dispositivi di comunicazione: Smartphone, tablet, smartwatch, radio e altri prodotti di comunicazione richiedono PCB per funzionare. ● computer: I computer per PCB sia personali che aziendali. ● Sistemi di intrattenimento: I prodotti legati all'intrattenimento come televisori, stereo e console per videogiochi si basano tutti su PCB. ● Elettrodomestici: Molti elettrodomestici hanno anche componenti elettronici e PCB inclusi frigoriferi, forni a microonde e macchine per il caffè. Conclusione:  L'uso dei PCB nei prodotti di consumo non sta certo rallentando. La percentuale di americani che possiedono uno smartphone è ora del 77% e in crescita. Molti dispositivi che prima non erano elettronici stanno ora acquisendo funzionalità elettroniche avanzate e stanno diventando parte dell'Internet of Things (IoT).

Applicazioni	Esempio
Componenti automobilistici	● Sistemi di intrattenimento e navigazione ● Sistemi di controllo ● Sensori
● Sistemi di intrattenimento e navigazione: Stereo e sistemi che integrano navigazione e intrattenimento si basano su PCB. ● Sistemi di controllo: Molti sistemi che controllano le funzioni di base dell'auto si basano sull'elettronica alimentata da PCB. Questi includono sistemi di gestione del motore e regolatori del carburante. ● Sensori: Man mano che le auto diventano più avanzate, i produttori stanno incorporando sempre più sensori. Questi sensori possono monitorare i punti ciechi e avvisare i conducenti di oggetti vicini. I PCB sono necessari anche per i sistemi che consentono alle auto di parcheggiare automaticamente in parallelo. Conclusione:  Questi sensori fanno parte di ciò che consente alle auto di essere a guida autonoma. Si prevede che i veicoli completamente autonomi diventeranno comuni in futuro, motivo per cui viene utilizzato un gran numero di circuiti stampati.

Applicazioni	Esempio
Apparecchiature per le telecomunicazioni	● Torri di telecomunicazioni ● Apparecchiature di comunicazione per ufficio ● Display a LED e indicatori
● Torri di telecomunicazione: Le torri cellulari ricevono e trasmettono segnali dai telefoni cellulari e richiedono PCB in grado di resistere agli ambienti esterni. ● Apparecchiature di comunicazione per ufficio: La maggior parte delle apparecchiature di comunicazione che potresti trovare in un ufficio richiede PCB, inclusi sistemi di commutazione telefonica, modem, router e dispositivi Voice over Internet Protocol (VoIP). ● Display e indicatori LED: Le apparecchiature per le telecomunicazioni spesso includono display e indicatori LED, che utilizzano PCB. Conclusione:  L'industria delle telecomunicazioni è in continua evoluzione, così come i PCB utilizzati dal settore. Man mano che generiamo e trasferiamo più dati, potenti PCB diventeranno ancora più importanti per le comunicazioni.

FMUSER sa che qualsiasi settore che utilizza apparecchiature elettroniche richiede PCB. Qualunque sia l'applicazione per cui stai utilizzando i tuoi PCB, è importante che siano affidabili, convenienti e progettati per soddisfare le tue esigenze. 

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Principio di assemblaggio PCB: foro passante e montaggio superficiale

Negli ultimi anni, soprattutto nel campo dei semiconduttori, è necessaria una maggiore richiesta di maggiori funzionalità, dimensioni ridotte e maggiore utilità. E ci sono due metodi per posizionare i componenti su una scheda a circuito stampato (PCB), che è il montaggio a foro passante (THM) e la tecnologia a montaggio superficiale (SMT)., Variano in diverse caratteristiche, vantaggi e svantaggi, prendiamo uno sguardo!

Componenti a foro passante

Esistono due tipi di componenti per il montaggio a foro passante: 

Componenti di derivazione assiale - attraversare un componente in linea retta (lungo l '“asse”), con l'estremità del filo conduttore che esce dal componente su entrambe le estremità. Entrambe le estremità vengono quindi posizionate attraverso due fori separati sulla scheda, fornendo al componente un adattamento più stretto e piatto. Questi componenti sono preferiti quando si cerca una vestibilità aderente e compatta. La configurazione dei conduttori assiali può presentarsi sotto forma di resistenze al carbonio, condensatori elettrolitici, fusibili e diodi emettitori di luce (LED).

Componenti di conduttori radiali - sporgere dalla scheda, con i suoi cavi posti su un lato del componente. I cavi radiali occupano una superficie inferiore, rendendoli preferibili per i pannelli ad alta densità. I componenti radiali sono disponibili come condensatori a dischi ceramici.

* Conduttore assiale (in alto) vs. conduttore radiale (in basso)

I componenti conduttori assiali attraversano un componente in linea retta ("assialmente"), con ciascuna estremità del filo conduttore che esce dal componente su entrambe le estremità. Entrambe le estremità vengono quindi posizionate attraverso due fori separati nella scheda, consentendo al componente di adattarsi più vicino e più piatto. 

Generalmente, la configurazione dei conduttori assiali può presentarsi sotto forma di resistenze al carbonio, condensatori elettrolitici, fusibili e diodi emettitori di luce (LED).

I componenti dei conduttori radiali, d'altra parte, sporgono dalla scheda, poiché i suoi conduttori si trovano su un lato del componente. Entrambi i tipi di componenti a foro passante sono componenti di conduttori "gemelli".

I componenti a conduttori radiali sono disponibili come condensatori a dischi ceramici mentre la configurazione a conduttori assiali può presentarsi sotto forma di resistenze al carbonio, condensatori elettrolitici, fusibili e diodi a emissione di luce (LED).

E i componenti dei conduttori assiali vengono utilizzati per la loro aderenza alla scheda, i conduttori radiali occupano una superficie inferiore, rendendoli migliori per schede ad alta densità

Montaggio a foro passante (THM)
Il montaggio a foro passante è il processo mediante il quale i cavi dei componenti vengono inseriti nei fori praticati su un PCB nudo, è una sorta di predecessore della tecnologia a montaggio superficiale. Il metodo di montaggio a foro passante, in un moderno impianto di assemblaggio, è ancora considerato un'operazione secondaria e utilizzato dall'introduzione dei computer di seconda generazione. 

Il processo era una pratica standard fino all'ascesa della tecnologia a montaggio superficiale (SMT) negli anni '1980, momento in cui ci si aspettava che eliminasse completamente il foro passante. Tuttavia, nonostante un forte calo di popolarità nel corso degli anni, la tecnologia a foro passante si è dimostrata resistente nell'era dell'SMT, offrendo numerosi vantaggi e applicazioni di nicchia: in particolare, l'affidabilità, ed è per questo che il montaggio a foro passante sostituisce il vecchio costruzione a punto.

* Collegamento punto a punto

I componenti a foro passante sono utilizzati al meglio per prodotti ad alta affidabilità che richiedono connessioni più forti tra gli strati. Mentre i componenti SMT sono fissati solo mediante saldatura sulla superficie della scheda, i cavi dei componenti con foro passante attraversano la scheda, consentendo ai componenti di resistere a maggiori sollecitazioni ambientali. Questo è il motivo per cui la tecnologia del foro passante è comunemente utilizzata nei prodotti militari e aerospaziali che possono subire accelerazioni estreme, collisioni o temperature elevate. La tecnologia a foro passante è utile anche nelle applicazioni di test e prototipazione che a volte richiedono regolazioni e sostituzioni manuali.

Nel complesso, la completa scomparsa dei fori passanti dall'assemblaggio del PCB è un'idea sbagliata. Escludendo gli usi di cui sopra per la tecnologia a foro passante, si dovrebbero sempre tenere presenti i fattori di disponibilità e costo. Non tutti i componenti sono disponibili come pacchetti SMD e alcuni componenti a foro passante sono meno costosi.

Leggi anche: Foro passante vs montaggio superficiale | Qual è la differenza?

Tecnologia a montaggio superficiale (SMT)
SMT il processo mediante il quale i componenti vengono montati direttamente sulla superficie del PCB. 

La tecnologia a montaggio superficiale era nota originariamente come "montaggio planare" intorno al 1960 e divenne ampiamente utilizzata a metà degli anni '80.

Oggigiorno, praticamente tutto l'hardware elettronico viene prodotto utilizzando SMT. È diventato essenziale per la progettazione e la produzione di PCB, avendo migliorato la qualità e le prestazioni complessive dei PCB e ha ridotto notevolmente i costi di elaborazione e gestione.  

I componenti utilizzati per la tecnologia a montaggio superficiale sono i cosiddetti SMD (Surface Mount Package). Questi componenti hanno cavi sotto o intorno al pacchetto. 

Esistono molti tipi diversi di contenitori SMD con forme diverse e realizzati con materiali diversi. Questi tipi di pacchetti sono suddivisi in diverse categorie. La categoria "Componenti passivi rettangolari" include principalmente le resistenze e i condensatori SMD standard. Le categorie "Small Outline Transistor" (SOT) e "Small Outline Diode" (SOD), sono utilizzate per transistor e diodi. Esistono anche pacchetti che vengono utilizzati principalmente per circuiti integrati (IC) come amplificatori operazionali, ricetrasmettitori e microcontrollori. Esempi di pacchetti utilizzati per i circuiti integrati sono: "Small outline Integrated Circuit" (SOIC), "Quad Flat Pack" (QFN) e "Ball Grid Array" (BGA).

I pacchetti sopra menzionati sono solo alcuni esempi dei pacchetti SMD disponibili. Esistono molti altri tipi di pacchetti con diverse varianti disponibili sul mercato.

Le differenze principali tra SMT e montaggio a foro passante sono 
(a) SMT non richiede la perforazione di fori attraverso un PCB
(b) I componenti SMT sono molto più piccoli
(c) I componenti SMT possono essere montati su entrambi i lati della scheda. 

La capacità di adattare un numero elevato di piccoli componenti su un PCB ha consentito di ottenere PCB molto più densi, più performanti e più piccoli.

In una parola: la differenza più grande rispetto al montaggio a foro passante è che non è necessario praticare fori nel PCB per creare una connessione tra le tracce sul PCB e i componenti. 

I cavi del componente entreranno in contatto diretto con i cosiddetti PAD su un PCB. 

I cavi dei componenti a foro passante, che attraversano la scheda e collegano gli strati di una scheda, sono stati sostituiti da "via" - piccoli componenti che consentono una connessione conduttiva tra i diversi strati di un PCB e che essenzialmente agiscono come cavi a foro passante . Alcuni componenti a montaggio superficiale come i BGA sono componenti con prestazioni più elevate con cavi più corti e più pin di interconnessione che consentono velocità più elevate. 

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