Guia de selecció de materials de PCB

La part més important de l'electrònica és la placa de circuit imprès (PCB). Alternativament, l'acrònim també ha tingut en compte les plaques de circuit imprès i les targetes de circuit imprès, que són essencialment el mateix. A causa del paper crucial d'aquestes plaques en tot, des dels ordinadors fins a les calculadores, la selecció del material de la placa PCB s'ha de dur a terme amb cura i coneixement de les necessitats elèctriques d'un equip determinat.

Abans del desenvolupament de les plaques de circuit imprès (PCB), els materials de les plaques de circuit estaven majoritàriament coberts per nius de cables entrellaçats i superposats que podien fallar fàcilment en certes unions. També podien patir curtcircuits un cop l'edat s'apoderava de la superfície i certs cables començaven a esquerdar-se. Com era d'esperar, el procés manual que implicava el cablejat d'aquestes primeres plaques era confús i minuciós.

A mesura que una varietat creixent de components electrònics quotidians van començar a dependre de plaques de circuits, va començar la cursa per desenvolupar alternatives més senzilles i compactes, i això va conduir al desenvolupament del material PCB. Amb els materials PCB, els circuits es poden enrutar entre una gran quantitat de components diferents. El metall que facilita la transferència de corrent entre la placa i qualsevol component connectat es coneix com a soldadura, que també té un doble propòsit amb les seves qualitats adhesives.

Composició del material de PCB

La composició d'una placa de circuit imprès (PCB) generalment consta de quatre capes, que es laminen per calor juntes en una sola capa. El material utilitzat a la PCB inclou les capes següents de dalt a baix:

• Serigrafia

• Màscara de soldadura

• Coure

• Substrat

L'última d'aquestes capes, el substrat, està feta de fibra de vidre i també es coneix com a FR4, on les lletres FR signifiquen "ignífug". Aquesta capa de substrat proporciona una base sòlida per a les plaques de circuit imprès, tot i que el gruix pot variar segons els usos d'una placa determinada.

També existeix al mercat una gamma de plaques més econòmiques que no utilitzen els mateixos materials de PCB esmentats anteriorment, sinó que consisteixen en fenòlics o epoxis. A causa de la sensibilitat tèrmica d'aquestes plaques, tendeixen a perdre fàcilment la laminació. Aquestes plaques més econòmiques sovint són fàcils d'identificar per l'olor que desprenen quan es solden.

La segona capa d'una placa de circuit imprès (PCB) és de coure, que es lamina sobre el substrat amb una barreja de calor i adhesiu. La capa de coure és fina i, en algunes plaques, hi ha dues capes d'aquest tipus: una a sobre i una altra a sota del substrat. Les PCB amb només una capa de coure solen utilitzar-se per a dispositius electrònics més econòmics.

El laminat revestit de coure (CCL) d'ús massiu es pot classificar en diferents categories segons diferents estàndards de classificació, com ara el material de reforç, l'adhesiu de resina utilitzat, la inflamabilitat i el rendiment del CCL.

Per sobre de la màscara de soldadura verda hi ha la capa de serigrafia, que afegeix lletres i indicadors numèrics que fan que una placa de circuit imprès sigui llegible per als programadors tècnics. Això, al seu torn, facilita que els muntadors d'electrònica col·loquin cada placa de circuit imprès al lloc correcte i en la direcció correcta de cada component. La capa de serigrafia sol ser blanca, tot i que de vegades també s'utilitzen colors com el vermell, el groc, el gris i el negre.

Termes tècnics de la capa de PCB

A més de comprendre com es disposa en capes la placa de circuit imprès (PCB), també és important conèixer els termes tècnics següents que acompanyen l'ús de les PCB:

• Anell anular. L'anell de coure que envolta els forats d'una placa de circuit imprès.

• DRC. Acrònim de "design rule check" (comprovació de regles de disseny). Essencialment, DRC és una pràctica mitjançant la qual es comprova la funcionalitat del disseny d'una placa de circuit imprès. Els detalls que es comproven inclouen l'amplada de les pistes i els forats.

• Cop de perforació. S'utilitza per descriure tots els forats d'una placa de circuit imprès (PCB), tant si són correctes com si no. En alguns casos, un forat pot ser lleugerament incorrecte a causa de l'equip de perforació desgastat utilitzat durant la producció.

• Dit. Metall exposat al llarg de la vora de la placa que serveix com a punt de connexió entre dues plaques de circuit imprès. Els dits es troben més sovint en videojocs antics i targetes de memòria.

• Trossos de ratolí. Una secció de la placa que ha estat massa perforada fins al punt que amenaça la integritat estructural d'una placa de circuit imprès.

• Coixinet. Una àrea de metall exposat en una placa de circuit imprès (PCB), sobre la qual generalment s'aplica una peça soldada.

• Panell. Una placa de circuits gran que consisteix en plaques més petites, que finalment se separen per a ús individual. La raó d'aquesta pràctica és eliminar la dificultat que experimenten els manipuladors quan es tracta de treballar amb plaques més petites.

• Plantilla de pasta. Una plantilla metàl·lica sobre una placa, sobre la qual es col·loca pasta per soldar.

• Pla. Una secció més gran de coure exposat en una placa de circuit imprès (PCB), que està marcada per vores però no té un camí.

• Forat pasant xapat. Un forat que travessa directament una placa de circuit imprès (PCB), normalment amb la finalitat de connectar un altre component. El forat està xapat i normalment té un anell anular.

• Ranura. Qualsevol forat que no sigui circular. Les plaques de circuits impresos amb ranures solen tenir un preu elevat a causa dels costos de producció de crear forats de forma irregular en una placa de circuit. Les ranures normalment no estan xapades.

• Muntatge superficial. Un mètode pel qual els components externs es munten directament a la placa sense utilitzar forats passants.

• Traça. Una línia contínua de coure a través d'una placa de circuit imprès.

• V-score. Un lloc on la placa s'ha tallat parcialment. Això pot fer que una placa de circuit imprès sigui vulnerable a trencar-se.

• Via. Un forat a través del qual viatgen els senyals entre capes. Les vies es veuen en versions amb tenda i sense tenda. Les versions amb tenda estan cobertes amb una màscara de soldadura protectora, mentre que les vies sense tenda s'utilitzen per a la connexió de connectors.

El número que precedeix una capa fa referència al nombre exacte de capes conductores, ja sigui una capa d'encaminament o plana, els dos tipus de capa. Les capes solen tenir el número 1 o qualsevol dels quatre números parells següents: 2, 4, 6, 8. Les plaques de capes de vegades tenen números senars, però són poc freqüents i gairebé no farien cap diferència. Per exemple, el material de la placa de circuit imprès (PCB) en una placa de 5 o 6 capes seria pràcticament idèntic.

Els dos tipus de capes tenen funcions diferents. Les capes d'enrutament presenten pistes. Les capes planes serveixen com a connectors d'alimentació i presenten plans de coure. Les capes planes també presenten illes que determinen la finalitat de senyalització d'una placa, ja sigui de 3.3 V o 5 V.

FR4 és el nom en clau de les làmines laminades d'epoxi reforçat amb fibra de vidre. A causa de la seva resistència, així com de la seva capacitat per suportar la humitat i el foc, FR4 és un dels materials de PCB més populars.

Consideracions addicionals sobre el disseny de PCB

Una xifra com ara 1.6 mm s'utilitza per indicar el gruix d'una placa de capes. En plaques de 4 capes, 1.6 mm és la mesura estàndard. El gruix és un factor a tenir en compte a l'hora de triar plaques per a un dispositiu. Les plaques amb un gruix més gran, per exemple, oferiran més suport quan calgui suportar objectes de connexió pesats.

El nivell estàndard de gruix de coure en capes planes és de 35 micres. Alternativament, el gruix del coure de vegades s'indica en unces o grams. És millor optar per un gruix de coure superior al normal en plaques que admeten moltes aplicacions.

Les vies no estan fetes per transferir potència, però això de vegades pot passar quan els senyals no gestionen correctament les freqüències. Si no es controla el problema, les vies poden acabar perdent grans quantitats de potència. Per aconseguir que es mogui tanta potència com sigui possible d'un costat a l'altre d'una via, el disseny de la via ha de tenir en compte les equacions de transmissió.

En general, dues polzades és la distància de pista correcta en plaques de capes que consisteixen en material de PCB FR4 amb pistes de coure, sempre que el temps del senyal sigui d'un nanosegon. Tanmateix, també cal tenir en compte els efectes de la línia de transmissió per a longituds de pista elevades, sobretot si la integritat del senyal és crucial. Internet està ple de programes i fulls de càlcul dissenyats per ajudar la gent a fer càlculs d'impedància adequats per a plaques de capes específiques.

A la majoria de plaques, les vies estan buides i normalment es pot veure a través d'elles. No obstant això, hi ha diverses circumstàncies en què es poden omplir les vies. Per començar, és necessari que les vies estiguin omplertes quan es tracta de formar barreres protectores contra la pols i altres impureses. En segon lloc, les vies es poden omplir per augmentar la capacitat de càrrega d'un corrent, en aquest cas es poden utilitzar materials conductors. Un altre motiu pel qual es poden omplir les vies és per anivellar una placa.

Les vies normalment s'omplen amb peces de quadrícula de boles (BGA). Si es produeix contacte entre un pin BGA i una capa interna, la soldadura podria lliscar a través de la via i passar a una capa diferent. Per tant, les vies s'omplen per garantir que la soldadura no es filtri a una altra capa i que la integritat dels contactes es mantingui tal com està previst.

Una de les incidències més problemàtiques en una placa de capes és quan un contacte es trenca i es desconnecta en algun punt de la placa. Com més sovint passi això, abans serà probable que aquesta part de la placa es perdi completament. L'usuari mitjà d'electrònica domèstica experimentarà aquest problema quan un dels botons d'una calculadora deixi de funcionar. Cada botó prem una part concreta d'una placa de capes, i quan un punt falla, el botó que es correlaciona amb aquest punt no pot enviar el seu senyal.

Una altra manera com els contactes es poden esborrar en certs punts és quan es col·loca una ranura per a targeta secundària a la placa base. Si la targeta no es manipula correctament, un dels punts de la targeta es podria danyar i deixar de funcionar a partir d'aquí. La millor manera de protegir les superfícies de la placa que fan contacte entre si és mitjançant l'ús d'una capa d'or, que serveix com a barrera que millora la vida útil. Tanmateix, l'or pot ser costós, i el seu ús a les pestanyes afegeix un pas més en el procés de fabricació de PCB.

Màscara de soldadura per PCB

El color amb què la majoria de la gent està familiaritzada quan es tracta de plaques base és el verd, el color de la màscara de soldadura. Tot i que no és tan comú, la màscara de soldadura també apareix de vegades en altres colors, com el vermell o el blau. La màscara de soldadura també es coneix per l'acrònim LPISM, que significa màscara de soldadura líquida fotoimageable. L'objectiu de la màscara de soldadura és evitar les fuites de soldadura líquida. En els darrers anys, els casos d'això s'han tornat més comuns a causa de la manca de màscara de soldadura. Tanmateix, segons la majoria dels usuaris, generalment prefereixen les plaques que tenen màscara de soldadura a les plaques que no en tenen.

Un cop s'ha aplicat la màscara de soldadura a la placa de circuit imprès (PCB), aquesta se sotmet a soldadura fosa. A mesura que es produeix aquest procés, les superfícies exposades de coure es solden. Tot això forma part d'un procés conegut com a anivellament de soldadura per aire calent (HASL). A mesura que es solden els xips SMD, la placa s'escalfa fins al punt que la soldadura pren una forma fosa i els components es col·loquen al seu lloc adequat. A mesura que la soldadura s'asseca, els components també se solden. L'HASL normalment inclou plom com un dels compostos de la soldadura, tot i que també existeixen opcions sense plom.

L'espaiat de l'amplada de la pista s'indica amb un guió. Per exemple, quan veieu la xifra 6/6 mils, això especificaria 6 mils com a amplada mínima de la pista, així com l'espaiat mínim de la pista. Per tant, tots els espaiats de la placa en qüestió haurien de ser iguals o superiors a 6 mils. Per a aquells que no ho estiguin familiaritzats, les unitats de mils s'utilitzen per determinar les distàncies en els materials de PCB. L'amplada i l'espaiat són especialment importants quan es tracta de plaques dissenyades per suportar grans quantitats de corrent.

Quan una placa PCB té diverses capes, no es pot examinar visualment l'accessibilitat de diverses pistes. Per tant, es realitza una prova que col·loca sondes al final de les pistes per verificar que tots els senyals siguin accessibles. La prova es duu a terme amb aplicacions de volts des d'un extrem. Si aquests voltatges es detecten des de l'altre costat, es considera que les pistes estan en condicions de funcionament. Tot i que la prova no sempre és essencial en plaques amb només una o dues capes, encara es recomana si realment us importa la qualitat.

Les vies que connecten les capes interiors i exteriors es coneixen com a vies cegues. El nom prové del fet que aquestes vies només es poden veure des d'un costat. Les vies que connecten dues o més capes interiors es coneixen com a vies enterrades, que no es poden veure des de l'exterior a cap dels dos costats. En plaques que contenen vies cegues i enterrades, sovint s'utilitza farciment de vies. Això manté la superfície exterior més segura i ajuda a reduir la possibilitat que la soldadura rellisqui i penetri a les vies interiors.

Seleccions de materials que afecten el cost

Les plaques de circuit imprès (PCB) solen costar més quan contenen característiques com ara pestanyes daurades, vies cegues o enterrades, o farciment de vies. De la mateixa manera, les PCB amb un espaiat entre línies/amplada inferior a 6 mil·límetres també tendeixen a costar més. La raó d'aquests preus més alts és el procés alternatiu que s'utilitza en la producció de plaques de PCB inusuals. De la mateixa manera, certes produccions de PCB no resulten ser tan rendibles o reeixides quan s'utilitzen vies internes o amb línies baixes, i el preu més alt s'estableix per recuperar les pèrdues. Existeixen fabricants que produeixen PCB amb mesures de línia/amplada de fins a 3 mil·límetres, però això generalment no es recomana tret que sigui l'única opció per a un component en particular.

Impacte de la potència i la calor en la selecció de materials de PCB

De tots els factors que afecten les plaques de circuit imprès (PCB), dos dels més intensius són la potència i la calor. Per tant, és crucial determinar els llindars per a cadascun, cosa que es pot fer avaluant la conductivitat tèrmica d'una PCB. Això defineix com la potència en watts es converteix en temperatura al llarg de la longitud del material. Tanmateix, no hi ha valors establerts a nivell de la indústria per a la conductivitat tèrmica.

Per exemple, Rogers Corp. té un material per a PCB, RT/duroid 5880, que s'aplica sovint en guerra electrònica i comunicacions. La constant dielèctrica d'aquest material és baixa, ja que és un material compost que conté elements de vidre microfibrós. Aquestes microfibres tenen la finalitat d'augmentar la resistència de la fibra del material.

A causa d'aquesta baixa constant dielèctrica, la placa de circuit imprès (PCB) és ideal per a aplicacions que utilitzen altes freqüències. Tanmateix, a causa de la baixa conductivitat tèrmica del material, es pot escalfar fàcilment, cosa que pot ser un gran inconvenient en aplicacions amb molta calor.

Materials PCB i aplicacions industrials

Per a aplicacions en les indústries militar, aeroespacial, automobilística i mèdica, les PCB es fabriquen en varietats d'una sola cara i de doble cara, algunes de les quals estan recobertes de coure i altres que utilitzen alumini. En cadascuna d'aquestes indústries, el material s'utilitza per obtenir el màxim rendiment en àrees específiques. Per tant, els materials de PCB es seleccionen per la seva qualitat lleugera en determinades indústries o per la seva capacitat per suportar grans quantitats d'energia en d'altres. Per tant, quan es tenen en compte les aptituds de rendiment, és crucial determinar quines funcions cal comparar entre si a l'hora de seleccionar materials de PCB, ja que els nivells de material es correlacionen amb els nivells de rendiment.

Taulers flexibles i rígid-flexibles

En els darrers anys, les plaques flexibles i rígides-flexibles han guanyat popularitat a causa de les opcions que permeten en una varietat d'usos. Bàsicament, es poden doblegar, plegar i fins i tot embolicar al voltant d'objectes, de manera que es poden utilitzar per aconseguir aplicacions que mai serien possibles amb plaques de circuits plans. Per exemple, una placa flexible es podria utilitzar per a un equip que requeriria que una placa es plegués en angle i que encara portés corrent d'un extrem a l'altre sense necessitat de panells de connexió.

La majoria de plaques flexibles del mercat estan fetes de Kapton, una pel·lícula de poliimida originada per DuPont Corporation. La pel·lícula compta amb qualitats com ara resistència a la calor, consistència dimensional i una constant dielèctrica de només 3.6.

Kapton està disponible en tres versions de Pyralux:

• Retardant de flama (FR)

• No ignífug (NFR)

• Sense adhesiu / alt rendiment (AP)

Selecció de materials de placa PCB: la qualitat és el primer

Quan es tracta de seleccionar materials per a plaques de circuit imprès (PCB), la qualitat és de màxima importància en la construcció de qualsevol tipus de placa, tant si està destinada a electrònica domèstica com a equips industrials. Un component que conté una placa de circuit imprès pot ser gran o petit, barat o car, però el que més importa és que l'element en qüestió ofereixi un rendiment superior durant tota la seva vida útil prevista.

Tot i que hi ha diversos tipus de materials de PCB que s'utilitzen en una placa determinada, la fiabilitat del producte és, en última instància, el que busquen els consumidors i les empreses en productes que utilitzen plaques de circuits. Per descomptat, també és crucial que els materials de la placa PCB siguin prou resistents per mantenir-se units, fins i tot si un component cau accidentalment o es colpeja de costat.

En equips informatitzats, per exemple, les plaques de circuit imprès (PCB) duradores garanteixen que es puguin fer actualitzacions de maquinari sense danyar els materials preexistents de la placa PCB. El mateix s'aplica als dispositius electrònics, microones i altres aparells domèstics que depenen de la tecnologia PCB per mantenir-se en condicions de funcionament. Fins i tot en instal·lacions públiques electròniques com ara els caixers automàtics, les PCB han de funcionar sense errors perquè els botons funcionin i les ordres s'entenguin sense demora.

At Wonderful PCB, oferim una gamma completa de subministraments i serveis de muntatge de PCB. Gràcies a la nostra experiència empresarial de més de 20 anys i a les nostres tecnologies innovadores, Wonderful PCB és capaç de gestionar diferents materials laminats i materials de substrat, com ara FR4, Rogers, etc., que són els més populars i àmpliament aplicats. Els nostres serveis han estat utilitzats per enginyers de diversos sectors industrials, amb objectius únics pel que fa al funcionament i la funcionalitat dels components que utilitzen PCB. Per obtenir més informació sobre els nostres serveis, visiteu les nostres pàgines de visió general del muntatge i capacitats o poseu-vos en contacte amb nosaltres per obtenir un pressupost instantani avui mateix.