Printed Circuit Board（PCB）

O que é PCB?

Uma placa de circuito impresso (PCB) é o componente básico dos equipamentos eletrônicos modernos, como o esqueleto do corpo humano que sustenta todos os componentes eletrônicos. Ela consiste em um substrato isolado, linhas de folha de cobre e várias camadas protetoras, fabricadas por meio do processo de impressão e gravação. Ele não apenas suporta vários componentes eletrônicos, mas também é responsável pela sinalização entre eles.
Desde o nosso uso diário de telefones celulares, computadores, eletrodomésticos, carros, equipamentos médicos e até mesmo satélites espaciais, quase todos os produtos eletricamente carregados não podem ser separados da PCB.Imagine que, se não houver PCB, nossos dispositivos eletrônicos precisarão de muitas conexões de fios confusas, não apenas o volume é enorme, mas a confiabilidade é extremamente baixa, nossos smartphones podem precisar de uma mala tão grande quanto para caber todos os fios de conexão.

A evolução do PCB

Linha do tempo do desenvolvimento da tecnologia de PCB

1925

• Conceito germinado: Pela primeira vez, o americano Charles Ducas imprimiu padrões de circuitos em substratos isolados.

1936

• Primeira aplicação prática: O austríaco Paul Eisler usou PCBs em rádios.

1940s–1950s

• Militares & amp; Comercialização: A Segunda Guerra Mundial acelerou o desenvolvimento de PCBs para uso militar.
• Tecnologia convencional: Os PCBs de painel único se tornaram dominantes.

1960s

• Impulso da corrida espacial: O programa Apollo impulsionou os avanços em PCBs.
• Produção em massa: As placas de dupla face entraram na produção em larga escala.

1970s

• Aumento das PCBs multicamadas: Projetos mais complexos permitiram maior densidade de circuitos.

1980s

• Tecnologia de montagem em superfície (SMT): Substitui a tradicional inserção através de orifícios.
• Revolução do PC: Aumento da demanda por PCBs devido aos computadores pessoais.

1990s

• Embalagem avançada: Surgimento da tecnologia Ball Grid Array (BGA).

Século XXI

• Alta densidade e grampo; flexibilidade:
• HDI (interconexão de alta densidade): Ativou circuitos mais finos.
• PCBs flexíveis: Aplicações ampliadas em dispositivos portáteis e compactos.

Today’s Precision

• Largura da linhaTão bom quanto 0,05 mm (half a human hair’s diameter).
• Placas multicamadas: Até Mais de 30 camadas.
• Micro-Vias: Diâmetros de orifício de passagem tão pequenos quanto 0,1 mm.

Tipos comuns de PCB

1. Distingue-se pela estrutura

PCB rígido
Características: forte e durável, tão sólido quanto a fundação do edifício
Vantagens: Tecnologia de produção madura e acessível
Usado em produtos eletrônicos fixos que não precisam ser dobrados, como placas-mãe de computadores desktop, placas de controle de TV e condicionadores de ar.
PCB flexível
Características: fino e flexível, pode ser dobrado e dobrado
Vantagem: economia de espaço, adapta-se a formatos especiais
Aplicado a produtos que precisam ser dobrados ou têm restrições de espaço, como conexões internas de smartphones, circuitos de smartwatches e dispositivos vestíveis.
Placa rígida-flexível
Características: tanto a solidez da área rígida quanto a flexibilidade da área flexível
Vantagem: projeto integrado para maior confiabilidade
Aplicado a produtos com altos requisitos de espaço e confiabilidade, como módulos de câmera de ponta, sistemas de controle de voo de UAV e endoscópios médicos.

2.Distinguir por camadas

Painel único
Características: apenas um lado tem linhas e a estrutura mais simples.
Vantagem: menor custo, produção mais rápida
Aplica-se a produtos eletrônicos simples de baixo custo, como: brinquedos eletrônicos simples, placa de controle de luz LED, relógios eletrônicos básicos e relógios.
Painel de dupla face
Características: fiação elétrica na parte frontal e traseira, conectada por meio de pequenos orifícios
Vantagem: acessível e suficientemente funcional
Aplicado aos produtos eletrônicos mais comuns, como: controlador de casa inteligente, circuito de eletrodomésticos comuns e módulo eletrônico básico de automóveis.
Placa multicamadas
Características: como um sanduíche com várias camadas de circuitos
Vantagem: grande espaço para fiação, forte anti-interferência
Aplicado à funcionalidade complexa de equipamentos profissionais, como: placas-mãe de computadores, equipamentos de controle industrial e estações de base de comunicação.
Placa HDI
Características: linhas extremamente finas, alta densidade
Vantagem: tamanho pequeno, bom desempenho
Usado na busca de produtos eletrônicos finos e leves de alta qualidade, como placas-mãe de smartphones, notebooks ultrafinos e câmeras digitais de alta qualidade.

3.Como escolher o tipo certo de placa de circuito impresso?

1. Placas de um ou dois lados para orçamentos limitados.
2. Necessidade de dobrar a seleção de placas flexíveis
3. A função complexa escolhe uma placa multicamada
4. A busca por uma opção fina e leve de placa HDI

Os componentes básicos de uma placa de circuito impresso

Uma PCB completa é como um bolo de várias camadas bem projetado:
1. camada de base
Materiais comumente usados: Placa de fibra de vidro FR4 (semelhante ao plástico reforçado), produtos eletrônicos comuns escolhem FR4 é suficiente, necessidades especiais podem ser consideradas substrato de metal ou substrato de cerâmica.
Função: fornecer suporte sólido, isolamento, não condutor para evitar curto-circuito, soldagem em alta temperatura sem deformação.
2. camada condutora (linha de folha de cobre)
Processo de produção: a formação de circuitos de precisão por meio de gravação química; quanto mais larga a linha, maior a corrente que pode passar.
Função: excelente condutividade (perdendo apenas para a prata), a espessura geralmente é de apenas 1/3 do diâmetro da linha do cabelo, e a largura da linha pode ser tão pequena quanto 0,1 mm.
3. máscara de solda
Cores comuns: verde (90%), também azul/vermelho/preto, etc. O verde tornou-se comum porque os militares inicialmente especificaram a cor padrão.
Função: evitar curto-circuito durante a soldagem, proteger os fios de cobre contra a corrosão e fornecer uma camada protetora de isolamento.
4. camada de caracteres
Instruções da placa de circuito: número do componente (como R1, C2), marcação de polaridade (+ / - polo), logotipo do fabricante e informações de produção.
Função: facilitar a montagem e a manutenção, fornecer avisos de segurança e registrar informações sobre o produto.
Tratamento de superfície
Processos comuns: pulverização de estanho (mais econômico), imersão em ouro (alta confiabilidade), revestimento de ouro (produtos de alta qualidade).
Função: Evitar a oxidação da folha de cobre, melhorar o desempenho da solda e prolongar a vida útil da placa.

O papel do PCB

1.Suporte mecânico
PCB para todos os tipos de componentes eletrônicos para fornecer uma plataforma de montagem sólida, pode fixar firmemente chips, resistores, capacitores e outros componentes, para manter a posição relativa precisa entre os componentes, bem como para suportar a vibração e o impacto do uso diário.
Exemplo típico: as placas-mãe dos smartphones devem ser capazes de resistir a centenas de testes de queda.
2. conexões elétricas
As linhas revestidas de cobre na PCB são como um sistema viário urbano, conectando centenas de componentes para garantir uma transmissão de sinal eficiente, com uma clara divisão de trabalho entre as diferentes linhas (transmissão de energia, comunicação de dados etc.). A fiação de uma placa de circuito impresso de um telefone celular moderno pode ter vários quilômetros de comprimento se for desdobrada.
3. proteção do isolamento
A PCB, por meio de um projeto cuidadoso, pode evitar a confusão de circuitos, o layout razoável pode evitar que o sinal interfira entre si (crosstalk) e a máscara de solda pode isolar efetivamente as linhas adjacentes para evitar curtos-circuitos. Para áreas perigosas de alta tensão, também é necessário ter uma placa especial.
Caso típico: placas de controle de eletrodomésticos para garantir o uso seguro por mais de dez anos

Vantagens dos PCBs em relação à fiação manual

1. vantagens de volume e peso
Com grande economia de espaço, os PCBs modernos podem precisar originalmente do tamanho de uma caixa de sapatos de fiação manual condensada para o tamanho de um cartão de crédito, linhas de PCB em vez de centenas de fios independentes, reduzindo muito o peso. Com base nisso, ela pode apoiar o design de produtos eletrônicos mais finos e modernos.
2. vantagens de confiabilidade e consistência
A taxa de falha da placa de circuito impresso foi reduzida para apenas 1/100 da fiação manual, a máquina configurou o programa, a produção em massa, cada placa de circuito é tão precisa quanto uma réplica e a durabilidade é extremamente forte, mesmo que seja submetida a mais de 1.000 vezes de teste de inserção e remoção, não há muito impacto, de modo que os produtos eletrônicos são mais duráveis, a taxa de manutenção caiu drasticamente e a economia de custos.
3. vantagens da eficiência da produção
Em termos de velocidade de produção, um conjunto de montadoras automáticas pode concluir a instalação precisa de mais de 50.000 componentes por hora, e o custo é de apenas 1/10 do artesanal, ou até menos. Após a conclusão de cada processo, ele será automatizado por meio de uma variedade de testes de equipamentos, para garantir que cada peça da placa de circuito seja impecável.

Processo de fabricação principal

1.Transferência de gráficos
The essence of the process: the circuit diagram designed by the engineer is precisely “copied” onto the copper foil.
Destaques da tecnologia: semelhante à impressão de fotos, mas cem vezes mais fina, o uso da tecnologia de fotolitografia, a precisão pode atingir o nível de mícron, determinando a precisão do circuito final.
2. processo de gravação
Princípio de funcionamento: Dissolver o cobre indesejado com uma poção especial.
Pontos do processo:Remova o excesso de folha de cobre com uma poção especial e mantenha o circuito projetado.
3. tecnologia de laminação
Características do processo: Assegurar que as camadas estejam perfeitamente alinhadas e, em seguida, unir os materiais multicamadas sob alta temperatura e pressão.
Valor do aplicativo:Realize circuitos multicamadas complexos e melhore a confiabilidade do produto.
4. tecnologia de perfuração
Evolução tecnológica: perfuração mecânica (0,2 mm), perfuração a laser (0,02 mm)
Avanço no processo: precisão posicional extremamente alta, centenas de furos podem ser feitos em uma área do tamanho de uma unha e para garantir que a parede do furo seja lisa e sem rebarbas.
5. tratamento de superfície
Processos comuns: spray de estanho (o mais econômico), ouro por imersão (alto desempenho), banhado a ouro (produtos de alta qualidade).
Função principal: garantir boa soldabilidade, proteger a camada de cobre contra ferrugem e prolongar a vida útil do produto.

Áreas de aplicação

Eletrônicos de consumo
As PCBs em smartphones são obras de arte, usando a tecnologia HDI e o design de interconexão de camada arbitrária para realizar funções complexas em um espaço do tamanho de uma tampa de unha. Os dispositivos domésticos inteligentes dão mais atenção ao controle de custos e à confiabilidade da PCB.
Aplicações de eletrônica automotiva
Unidade de controle do motor (ECU), sistemas de infoentretenimento no veículo, assistência avançada ao motorista ADAS, sistemas de gerenciamento de baterias de veículos elétricos, etc.
PCB de nível industrial
Capacidade de trabalho em ampla temperatura, super durabilidade (antivibração, anticorrosão), estabilidade de fornecimento de longo prazo (mais de 10 anos).
PCB para equipamentos médicos
Confiabilidade ultra-alta (equipamentos de suporte à vida), design de baixo ruído (instrumentos de teste de precisão), etc.

Tendência de desenvolvimento futuro de PCBs

À medida que os produtos eletrônicos continuam a ser miniaturizados e inteligentes, a tecnologia de PCB também continua a inovar, a necessidade de linhas mais finas para se adaptar aos microcomponentes, área unitária de maior densidade para acomodar mais funcionalidade, em conformidade com os padrões ambientais, como RoHS, design mais inteligente, sensores integrados e outros novos recursos.
Desde as placas iniciais de camada única até as atuais placas de interconexão de alta densidade, a tecnologia de PCB sempre impulsionou o desenvolvimento do setor de eletrônicos. A PCB continuará a desempenhar um papel insubstituível na era da inteligência. Seja você um consumidor comum ou um engenheiro, entender os conceitos básicos de PCBs o ajudará a usar e manter melhor os dispositivos eletrônicos.