Placa PCB
Placa de circuit imprimat (abrev. PCI, englez. printed circuit board, abrev. PCB; alte denumiri mai jos) este placă formată dintr-un substrat neconductiv, pe care, pe baza unui plan de conexiuni al unui anumit circuit, sunt realizate conexiuni conductoare, care leagă diferitele componente electronice. Servește ca element de suport și de construcție pentru circuite electronice compuse din mai multe componente electronice separate.
Denumiri
În totalitate apar următoarele denumiri:
- cu expresia „circuit imprimat” în denumire: placă de circuit imprimat, placă de circuit imprimat, placă cu circuite imprimite, tablă de circuite imprimite, tablă de circuit imprimat, tablă cu circuite imprimite
- cu expresia „conexiune imprimată” în denumire: placă de conexiuni imprimate placă de conexiune imprimată, placă cu conexiuni imprimate
- cu expresia „circuit imprimat” în denumire: placă de circuite imprimate, placă de circuit imprimat, placă cu circuite imprimate, tablă cu circuite imprimate
- cu expresia „conexiune imprimată” în denumire: placă de conexiuni imprimate, placă de conexiune imprimată, placă cu conexiuni imprimate
Cele mai frecvente denumiri par a fi „placă de circuit imprimat” și „placă cu circuite imprimate”.
Tipuri
PCI se împarte în funcție de numărul de straturi în monocapa, bicapa (dublu) și multistrat. PCI monocapa sunt cele mai simple, deoarece nu necesită conexiuni conductoare între diferitele straturi. PCI bicapa conțin conexiuni pe ambele părți ale materialului de suport, iar conexiunile dintre ele sunt realizate prin găuri perforate (numite „via”). PCI multistrat conțin straturi conductoare și în interiorul materialului și sunt realizate prin lipirea mai multor PCI monocapa și bicapa cu straturi izolatoare. Deși sunt tehnologic mai complexe, PCI multistrat permit un design mai simplu al circuitelor electronice complexe și mai bune caracteristici ale circuitelor (de exemplu, reducerea zgomotelor).
Istoria dezvoltării PCI
Inventatorul plăcii de circuit imprimat a fost inginerul austriac Paul Eisler, care a realizat-o ca parte a unui receptor radio în timpul muncii în Anglia. În jurul anului 1943, în SUA, această tehnologie a început să fie utilizată în masă pentru producerea de radiouri rezistente folosite în al Doilea Război Mondial. După război, în anul 1948, în SUA s-a anunțat invenția PCI pentru utilizare comercială. Plăcile de circuit imprimat însă nu au devenit o normalitate în electronica de consum decât în anii 1950, când Armata Statelor Unite a dezvoltat un proces de montaj automat al acestora. Invenția PCI a fost precedată de o tehnică similară, dezvoltată de inginerul electrician britanic John Adolph Sargrove (numele original Szabadi). Aceasta consta în aplicarea unui strat metalic pe o placă izolatoare din bakelită. Dispozitivul care folosea tehnologia lui Sargrove, inițial denumit Electronic Circuit Making Equipment – ECME (în traducere, echipament pentru fabricarea circuitelor electronice), putea produce 3 radiouri pe minut.
Construcție
Straturile conductoare ale PCI sunt realizate standard dintr-o folie subțire de cupru (grosimea câtorva zeci de μm). Straturile izolatoare sunt o combinație de laminat și rășină epoxidică (de obicei 1,5 mm). Plăcile de circuit imprimat se produc în trei culori standard, și anume verde, albastru și roșu. În funcție de cerințele circuitului electronic, se poate alege din mai multe materiale dielectrice cu proprietăți izolatoare diferite. Exemple de astfel de materiale sunt: politetrafluoretilenă (teflon), hârtie de bumbac cu fenol FR-2, hârtie de bumbac cu epoxid FR-3, țesătură de fibre de sticlă cu epoxid FR-5 și sticlă-poliester FR-6. Probabil cea mai importantă proprietate a PCI este dilatarea termică, care determină stabilitatea dimensională. Cele mai mici dilatații termice și, prin urmare, cele mai bune caracteristici le au PCI realizate pe baza de fibre de sticlă.
În prezent, PCI conțin și dispozitive electronice simple. În producția masivă actuală a plăcilor de circuit imprimat, prețul acestora este foarte scăzut, iar fiabilitatea este mai mult decât satisfăcătoare. Proiectarea și producerea propriu-zisă a PCI nu este însă o afacere ieftină, dar utilizând tehnologiile adecvate, producătorul poate obține un cost de producție neglijabil față de prețul componentelor electronice utilizate. PCI au numeroase avantaje față de construcțiile cu conexiuni prin cabluri sau construcțiile punct la punct, deși producerea PCI este complexă. Motivul principal al utilizării PCI este și posibilitatea de a automatiza complet producția de dispozitive electronice. Pentru nevoile controlului calității și a montării PCI, s-au stabilit standarde publicate de organizația IPC.
Proiectarea motivului
Motivul traseului conductiv este de obicei realizat cu ajutorul unor programe specializate de CAD , pe baza unui desen al circuitului electric realizat de obicei în același program. Motivul este apoi transferat pe o folie transparentă, care servește ca șablon pentru producerea PCI.
Procesare
În producția unei PCI dublu, placa este forată mai întâi pe o mașină de forat controlată numeric (CNC) pe baza motivului proiectat, apoi se aplică pe găuri forate o subțire strat de metal prin cale chimică, care este apoi grosit galvanic (electrochimic).
Modul de producție al conexiunilor conductoare de pe placa de circuit imprimat depinde în principal de faptul dacă se referă la producția de masă sau dacă vor fi utilizate pentru construcția unui singur dispozitiv, de exemplu, un prototip sau un produs amator.
Inițial, putem împărți tehnologiile de producție în două baze. Prima este aplicarea (imprimarea) conexiunilor conductoare pe stratul izolator. A doua metodă este îndepărtarea unei părți a stratului continuu de folie subțire de cupru aplicat pe substratul izolator. În prezent, a doua metodă menționată este mai frecvent utilizată. Motivul traseului este transferat pe PCI prin fotolitografie: PCI este acoperită cu fotorezist, este expusă la lumină UV prin intermediul unei foi cu motiv, având în vedere suprapunerea cu găurile forate și suprapunerea ambelor părți, fotorezistul este dezvoltat și apoi părțile expuse ale foliei de cupru sunt erodate. După îndepărtarea resturilor de fotorezist, suprafețele conductoare de cupru sunt acoperite (cu staniu sau aur) pentru a preveni oxidarea cuprului, ceea ce ar complica sau îngreuna montarea ulterioară (sudura) a componentelor. Apoi este aplicată și modelată o mască ne-sudabilă, care acoperă locurile care nu vor fi sudate și împiedică accesul la aceste locuri al sudurii. În final, PCI poate fi imprimată prin imprimare tipografică cu texte și desene ajutătoare în montarea plăcii și repararea circuitului.
O altă metodă de a crea o mască este imprimarea tipografică, care folosește cerne rezistente, pentru a proteja conexiunile conductoare dorite împotriva erodării. Imprimarea tipografică poate fi utilizată și în metoda aplicării conexiunilor conductoare pe un substrat izolator flexibil, ceea ce este folosit în special în producția de PCI flexibile sau cabluri flexibile.
O altă metodă este frezarea, prin care îndepărtăm partea neutilă a foliei de cupru aplicată pe substratul izolator. În acest mod de producție nu este nevoie să acoperim placa cu o mască. Cu un program adecvat, creăm un model al plăcii de circuit imprimat (mască) și, cu ajutorul unui dispozitiv de frezare similar cu un plotter (CNC dispozitiv), cuprul neutil este îndepărtat sistematic de pe placă.
Caracteristici speciale
PCI flexibile nu au ca strat de suport un strat flexibil, ci un strat rigid de folie plastică. Sunt adesea utilizate ca cabluri flexibile (de exemplu, la capul de imprimare mobil al unei imprimante de calculator) sau în dispozitive spațial restrânse (unde pot fi modelate și într-un volum mic).
Pentru dispozitivele de înaltă frecvență și de micro-ondă, PCI se produc din materiale cu pierderi dielectrice mai mici dielectrice la frecvențe înalte, de exemplu teflon sau sintetic corund (Al2O3).
În dispozitivele foarte ieftine de electronice de consum, materialul de bază este de obicei un laminat care conține hârtie în loc de țesătură de sticlă și este folosit exclusiv pentru PCI unilaterale.