Nota quando si stampa PCBA? | JH PCBA

Circuiti stampati

I circuiti stampati sono il cuore di tutte le apparecchiature elettroniche. Si tratta di strutture rigide o flessibili che forniscono una base per il montaggio e l'interconnessione di componenti elettronici. I PCB in genere hanno superfici metalliche incorporate note come tracce e pad e aree metalliche più grandi note come piani. I componenti elettronici montati su PCB sono saldati su piazzole metalliche appositamente progettate per questo scopo, mentre tracce metalliche li collegano tra loro. I PCB possono avere uno, due o più strati di circuiti.

I circuiti stampati contengono tipicamente un materiale dielettrico con buone proprietà isolanti per garantire la trasmissione del segnale prevista. Le schede multistrato hanno strati aggiuntivi di metallo e dielettrico interspaziati. Mentre il materiale dielettrico standard dei pannelli rigidi è costituito da FR4, un composito ignifugo di resina epossidica e tessuto in fibra di vetro, il materiale dielettrico per i pannelli flessibili è tipicamente poliimmide. Sia le schede rigide che quelle flessibili hanno tracce metalliche, pad e piani per il circuito in rame.

Affidabilità e Qualità

A seconda dell'applicazione, un PCB può appartenere ad una determinata classe che ne definisce l'affidabilità e la qualità. Esistono tipicamente tre classi di schede secondo gli standard IPC:

Classe 1: 

Queste schede appartengono a prodotti elettronici di consumo con ragionevole affidabilità e qualità. Esempi di tale elettronica 

Classe 2: 

Queste schede appartengono a dispositivi che devono avere elevata affidabilità e bassi tassi di guasto. Esempi di tali prodotti elettronici sono laptop, forni a microonde e apparecchiature minerarie.

Classe 3: 

Queste schede appartengono a dispositivi che devono essere estremamente affidabili e di altissima qualità. Rappresentano gli standard di produzione più rigorosi. Esempi di tali applicazioni elettroniche riguardano le apparecchiature aerospaziali, militari e mediche.

Tipi di PCBA

Come accennato in precedenza, è possibile classificare le tavole in due tipologie: rigide e flessibili.

Tavole rigide

Per la stragrande maggioranza degli utenti è consuetudine utilizzarlo tavole rigide. Un substrato rigido formato da un processo di laminazione a calore elevato e pressurizzato contiene il layout della scheda. Il materiale più comune per tali schede è FR-4, ma a seconda dell'applicazione e delle specifiche esigenze di progettazione è possibile modificare, enfatizzare o migliorare alcune caratteristiche del materiale.

Tavole flessibili

Meno comuni delle tavole rigide, tavole flessibili sono tipicamente realizzati in materiale che consente una maggiore deflessione. La poliimmide è un materiale comune per tali pannelli, la cui natura flessibile consente spessori dei pannelli molto inferiori a quelli dei pannelli rigidi standard.

Processo di progettazione PCB

Prima che sia possibile fabbricare un circuito stampato, è necessario progettarlo. I progettisti in genere utilizzano strumenti CAD di progettazione PCB per questo scopo e lo fanno in due passaggi: acquisizione dello schema e layout PCB. Durante l'acquisizione dello schema, creano la connettività del circuito in un diagramma. Durante disposizione del circuito stampato, progettano il layout fisico del circuito.

Cattura schematica

Prima di iniziare con l'acquisizione dello schema, un progettista deve assicurarsi di disporre delle parti della libreria necessarie nel proprio software CAD. Questi di solito includono simboli schematici o logici, impronte per il layout, modelli di simulazione e modelli di fasi per la visualizzazione PCB 3D. Una volta pronte queste librerie, il passo successivo per il progettista è creare una rappresentazione logica del circuito su uno schema. Lo strumento CAD consente al progettista di posizionare i simboli necessari su un foglio dello schema. Possono quindi interconnetterli per formare i circuiti necessari.

Per cominciare, il progettista crea simboli logici per parti elettroniche come resistori, condensatori, induttori, connettori, transistor e circuiti integrati. Fortunatamente, la maggior parte dei moderni strumenti software CAD sono già dotati di librerie già pronte per tali simboli logici e impronte.

Il progettista organizza quindi questi simboli su fogli schematici all'interno dello strumento CAD. Dopo averli posizionati approssimativamente, il progettista collega i pin dei simboli dello schema con linee di connettività che rappresentano i fili. Queste linee formano le reti, che rappresentano singole o gruppi di reti per i circuiti elettronici. Durante questo processo, tecnicamente noto come acquisizione dello schema, il progettista deve riposizionare le parti secondo necessità per creare uno schema chiaro e leggibile.

Simulazione del circuito

In questa fase, il progettista può eseguire una simulazione del circuito per verificare che il progetto funzioni elettricamente. Possono utilizzare strumenti di simulazione dei circuiti per testare il funzionamento dei circuiti che stanno progettando prima di iniziare a costruire l'hardware vero e proprio. Questo è un passo importante, poiché aiuta i progettisti a risparmiare tempo e denaro.

Una volta completato questo passaggio in modo soddisfacente, il progettista può creare i dati di connettività utilizzando lo strumento schematico e trasferirli allo strumento layout.

Impostazione delle regole di progettazione

Prima di passare alla fase successiva, i progettisti devono configurare il proprio software per soddisfare le diverse funzionalità. Si tratta di regole e vincoli di progettazione diversi che impediranno a due reti di sovrapporsi mantenendo una distanza specifica tra diversi oggetti di progettazione. Il software CAD PCB consente ai progettisti di impostare molteplici ausili aggiuntivi come le griglie di progettazione. Questi aiuti aiutano i progettisti a posizionare i componenti in modo appropriato e a tracciare tracce pulite e ordinate.

Posizionamento dei componenti

Una volta che il progettista ha impostato correttamente il database di progettazione, può importare le informazioni sulla connettività di rete dallo schema. Con queste informazioni, i progettisti possono iniziare il compito di disporre fisicamente il circuito. Per questo, devono iniziare con il contorno della scheda nel sistema CAD. Questo contorno contiene informazioni non solo sulla periferia esterna della tavola, ma mostra anche i fori interni, i ritagli e altre restrizioni nella tavola.

La connettività di rete importata porta anche un'altra informazione importante: l'impronta di ciascuno dei componenti del circuito. Il progettista deve verificare attentamente la correttezza delle informazioni sull'impronta importata, poiché anche un piccolo errore può richiedere molto tempo per essere corretto.

Inizialmente, le impronte appariranno come uno schema confuso. Il progettista deve svolgerli manualmente e posizionare ciascuna impronta separatamente all'interno del contorno della tavola. In alternativa, possono utilizzare la funzione di posizionamento automatico nel software CAD, poiché ciò posizionerà in modo ottimale ciascun componente all'interno del contorno. In questo momento, le reti interconnesse appaiono come elastici visualizzati come linee deboli, note come nidi di topi.

Il progettista deve ora esercitare le proprie conoscenze tecniche per posizionare le impronte dei componenti nel miglior modo possibile. Il posizionamento deve offrire le migliori prestazioni offrendo al tempo stesso la connettività più breve possibile, la minima quantità di diafonia e interferenze e la corretta distribuzione del calore. Il progettista deve anche cercare il posizionamento ottimale per connettori, cavi e altro hardware di montaggio.

Questa fase è anche la migliore per il progettista per prendere in considerazione DFA o Design for Assembly, ovvero posizionare i componenti in modo tale che il produttore possa assemblarli facilmente. Ciò può comportare il posizionamento di tutti i componenti bipolari nella stessa direzione o ad angolo retto, tutti i circuiti integrati con i loro pin di identificazione nello stesso quadrante, lasciando spazio per le dita attorno ai componenti montati manualmente e così via.

Posizionamento dei componenti

Una volta che il progettista ha impostato correttamente il database di progettazione, può importare le informazioni sulla connettività di rete dallo schema. Con queste informazioni, i progettisti possono iniziare il compito di disporre fisicamente il circuito. Per questo, devono iniziare con il contorno della scheda nel sistema CAD. Questo contorno contiene informazioni non solo sulla periferia esterna della tavola, ma mostra anche i fori interni, i ritagli e altre restrizioni nella tavola.

La connettività di rete importata porta anche un'altra informazione importante: l'impronta di ciascuno dei componenti del circuito. Il progettista deve verificare attentamente la correttezza delle informazioni sull'impronta importata, poiché anche un piccolo errore può richiedere molto tempo per essere corretto.

Inizialmente, le impronte appariranno come uno schema confuso. Il progettista deve svolgerli manualmente e posizionare ciascuna impronta separatamente all'interno del contorno della tavola. In alternativa, possono utilizzare la funzione di posizionamento automatico nel software CAD, poiché ciò posizionerà in modo ottimale ciascun componente all'interno del contorno. In questo momento, le reti interconnesse appaiono come elastici visualizzati come linee deboli, note come nidi di topi.

Il progettista deve ora esercitare le proprie conoscenze tecniche per posizionare le impronte dei componenti nel miglior modo possibile. Il posizionamento deve offrire le migliori prestazioni offrendo al tempo stesso la connettività più breve possibile, la minima quantità di diafonia e interferenze e la corretta distribuzione del calore. Il progettista deve anche cercare il posizionamento ottimale per connettori, cavi e altro hardware di montaggio.

Questa fase è anche la migliore per il progettista per prendere in considerazione DFA o Design for Assembly, ovvero posizionare i componenti in modo tale che il produttore possa assemblarli facilmente. Ciò può comportare il posizionamento di tutti i componenti bipolari nella stessa direzione o ad angolo retto, tutti i circuiti integrati con i loro pin di identificazione nello stesso quadrante, lasciando spazio per le dita attorno ai componenti montati manualmente e così via.

Instradamento del PCB

Dopo aver posizionato i componenti in modo soddisfacente, il progettista può iniziare la fase successiva di instradamento della scheda. Il progettista deve trasformare il nido di topi dei collegamenti ad elastico in tracce e piani. Gli strumenti CAD in genere dispongono di molte funzionalità che consentono al progettista di eseguire questa operazione manualmente, automaticamente o semiautomaticamente. Ciò può far risparmiare notevoli quantità di tempo al progettista.

Il progettista deve fare attenzione nell'instradare le tracce. Alcune buone pratiche implicano non consentire alle tracce di piegarsi ad angoli acuti, evitare transizioni improvvise in larghezza, consentire una rastremazione graduale dalla traccia al pad, mantenere uno spazio adeguato tra le tracce che trasportano segnali rumorosi e così via.

I segnali ad alta velocità e ad alta frequenza potrebbero richiedere ulteriore attenzione per mantenere l'integrità del segnale. Ciò può comportare la creazione di adeguate strutture di linee di trasmissione per le tracce che trasportano questi segnali.

Sentiero di ritorno

In genere, ciascun componente attivo ha due connessioni essenziali: connessione all'alimentazione e alle reti di terra, oltre ai segnali di controllo e IO. La maggior parte dei progettisti utilizza aree e strati allagati con piani solidi attorno a questi componenti, consentendo loro di attingere ad essi e formare un percorso di ritorno. Tuttavia, questo potrebbe non essere sempre sufficiente se la tavola presenta troppe divisioni, ritagli o buchi. Un percorso di ritorno inadeguato può aumentare la quantità di rumore e ridurre le prestazioni del PCB.

Controllo delle regole di progettazione

Sebbene la maggior parte degli strumenti CAD offra controlli delle regole di progettazione online, non vi è alcun danno nell'eseguire un controllo finale delle regole. Il controllo di progettazione online segnalerà automaticamente eventuali errori di progettazione, come la violazione dei vincoli di spazio, la violazione della concentricità e così via, consentendo al progettista di apportare correzioni. L'esecuzione di un controllo finale delle regole non solo convalida i risultati, ma consente anche al progettista di correggere eventuali regole che potrebbero essere state inavvertitamente tralasciate.

Informazioni sulla serigrafia

Il progettista deve ora impostare i vari testi e le informazioni di marcatura che la scheda conterrà. Il produttore serigraferà queste informazioni sugli strati esterni del pannello. Le informazioni consentono agli utenti di individuare componenti specifici, trovare il numero di lotto della scheda, identificare le informazioni sul copyright, l'identità del produttore e così via.

Opera finale

Dopo aver completato in modo soddisfacente tutti i passaggi precedenti, il progettista è finalmente in grado di generare il disegno finale del progetto PCB da inviare al produttore per la fabbricazione della scheda. La pratica abituale è generare la grafica finale in formati standard come Gerber.

Conclusione

Secondo PCB Trace Technologies Inc., i processi di progettazione, fabbricazione e assemblaggio dei PCB sono piuttosto impegnativi e precisi. Per costruire la scheda secondo le sue specifiche in modo che fornisca le prestazioni previste è necessario fornire dati di progettazione precisi al produttore sotto forma di un accurato disegno finale.

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