Circuit imprimat

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare

Un circuit imprimat sau cablaj imprimat, (prescurtat PCB, din engleză Printed Circuit Board), este o placă cu cablaj imprimat care are rolul de a susține mecanic și de a conecta electric un ansamblu de componente electrice și electronice, pentru a realiza un produs final funcțional, (care poate fi: un simplu variator de luminozitate a unui bec, o antenă realizată pe cablaj, sau echipamente mult mai complicate precum calculatoare și echipamente de comunicații radio).


Generalități[modificare | modificare sursă]

O placă de cablaj imprima brut, este realizată dintr-un strat izolator, de grosime care poate varia de la câteva zecimi de mm până la ordinul câtorva mm, pe care se află o folie de cupru (simplu strat) sau două (dublu strat). Stratul izolator are în general grosimea de 1,6 mm, dar această valoare nu reprezintă un standard, deoarece depinde de foarte mulți factori, în general mecanici și tehnologici. Uzual ca izolator se folosește materialul cunoscut sub numele de FR4.

cablaj neprelucrat

Circuitul imprimat final se realizează prin metode foto și chimice. Un circuit imprimat poate fi cu simplă față (strat conductor), dublă față, sau multistrat. Circuitele imprimate multistrat sunt realizate prin suprapunerea succesivă a mai multor circuite dublu strat, separate între ele printr-un strat izolator, de obicei din material identic cu cel al cablajului brut. Trecerea transversală de la un strat la altul se realizează cu ajutorul vias-urilor și/sau a pinilor TH.

Vias-urile pot fi TH (cu trecere dintr-o parte în alta a cablajului), buried (stratul de început cât și cel de sfârșit sunt în interiorul cablajului), sau blind (se pleacă de pe un strat exterior și se ajunge pe un strat interior).

În prezent, proiectarea circuitelor imprimate se realizează cu intrumente software.

O captură a unui strat intern, a unui circuit, intr-un instrument CAD.

Materiale folosite[modificare | modificare sursă]

Materialele din care sunt fabricate circuitele imprimate: FR4, FR408, FR5.

FR4 (prescurtare de la Flame Retardant 4) este un material din fibră de sticlă din care sunt fabricate PCB-uri având grosimea de 1,6 mm sau 0,8 mm.

PCB-urile care lucrează la frecvențe ridicate sunt fabricate din materiale din plastic, cu caracteristici speciale, cum ar fi: Rogers 4000, Teflon, Duroid, Polymide. Polyimide este un material plastic cu un înalt punct de topire folosit în fabricarea circuitelor flexibile.

Pentru a evita încălzirea componentelor se folosesc miezuri de aluminiu sau de cupru.

Procesul de realizare[modificare | modificare sursă]

Fiecare zi pare a ne oferi noi dispozitive de suprafață montată care ne tentează cu o mulțime de funcții care nu sunt găsite în toate componentele. De fapt, multe tipuri de THT devin din ce în ce mai greu de găsit odată cu trecerea timpului deoarece, SMT este un proces mai profitabil pentru producătorii mari.

Solder paste (pasta de sudură) – sunt o mulțime de producători de pastă de sudură. De obicei pasta este oferită pe piață în cutii de 100 g; are un procent mic de metal în compoziție ceea ce face ca pasta să curgă mai ușor prin seringă. Pentru un termen mai mare de valabilitate este recomandabil ca pasta să fie depozitată într-un spațiu mai rece dar exact înainte de folosire ea trebuie să fie la temperatura camerei.

Pasta de sudură conține plumb ceea ce face ca reziduurile formate din pastă nefolosită să fie considerate materiale poluante.

1. Matrița prototip Matrița prototip este o folie de oțel inoxidabil între 5 -10 mm grosime, cu striații pentru a permite pastei de sudură să fie depusă pe suportul de PCB.

a.Se plasează suportul mare în formă de L pe o suprafață plată și se prinde placa astfel încât să nu fie posibilă mișcarea PCB.

b.Se plasează PCB în suportul în formă de L.

c.Se plasează suportul mic în formă de L lângă PCB astfel încât placa PCB să fie fixată.

d.Se aliniază matrița prototip deasupra pad – ului și se fixează.

2. Aplicarea pastei de sudură folosind matrița prototip Se aplică pasta de sudură pe matrița prototip pe o singură parte. Se întinde pasta de sudură pe întreaga suprafață a matriței. Lamela: Lamela este o lamă flexibilă din oțel inoxidabil folosită la rularea pastei de sudură pe matrița prototip forțând pasta de sudură să se fixeze pe atât matriță cât și pe suprafața PCB.

În timp ce este ținută matrița prototip în contact cu PCB - ul se ia lamela și se plasează pe matrița prototip în afara pastei de sudură. Se înclină la 20 de grade de la linia verticală (înspre pasta de sudură) și se întinde pasta pe matriță. Se ridică cu foarte mare atenție lamela de pe PCB. Se inspectează pasta de sudură dacă a pătruns în toate canalele și dacă nu sunt urme de murdărie. Dacă tiparul nu este bun, atunci se folosește o spatulă pentru îndepărtarea pastei de sudură de pe PCB; se curăță cu alcool pe o cârpă pasta ce mai rămâne pe PCB, se lasă la uscat și se repetă procedura.

3. Plasarea componentelor Este foarte important ca timpul dintre aplicarea pastei de sudură și plasarea componentelor SMT să fie cât mai scurt. Aceste componente trebuie să fie plasate pe PCB folosind o pensetă (se poate folosi o lupă în cazul alinierii canalelor la tipar).

4. Folosirea indicatorilor de temperatură Există două motive pentru care trebuie folosit un indicator de temperatură: mai întâi, pentru a crea noduri bune, pasta de sudură trebuie să se topească la o anumită temperatură și sa rămână lichid pentru un timp. SMD - urile sunt sensibile la temperatură, deci trebuie să se știe exact cât pot fi expuse la temperatură fără a fi distruse în vreun fel. Un indicator de temperatură este menit a monitoriza reacțiile.

Diferiții indicatori au culori diferite, dar cel folosit în acest proces au o culoare deschisă, care se schimbă odată cu topirea.

5.Coacerea asamblajului în cuptor Este foarte important ca înainte de coacere cuptorul să fie încălzit într-un interval de minim cinci minute. Temperatura în cuptor trebuie să fie setată la 450-500 °F. Înainte de a introduce PCB - ul în cuptor, se atașează indicatorul de temperatură de partea care va sta în dreptul ușii, astfel încât să poată fi văzut prin ușă. Dacă indicatorul de temperatură nu poate fi atașat marginii PCB -ului din diverse motive, acesta poate fi atașat unor alte componente, precum PLCC sau QFP.

Notă: Marginile și colțurile PCB - ului se vor încălzi mai tar decât interiorul PCB - ului. Dacă indicatorul de temperatură este plasat în interior, atunci colțurile și marginile se pot încălzi prea tare și așa pot dăuna plăcii și componentelor SMD. Când indicatorul de temperatură se topește, se scoate placa din cuptor așa încât să nu fie deranjate nodurile de sudură topite. Se plasează placa pe o suprafață și se lasă să se răcească până ajunge la temperatura camerei și apoi se inspectează nodurile folosind criteriile IPC 610.

Dacă există mai mult de o placă, se plasează una lângă cealaltă în cuptor după ce s-a atașat indicatorul de temperatură. Dacă vreun nod de sudură pe prima placă nu s-a topit destul, se marchează PCB - ul lângă locul care nu a suferit transformări în urma procesului de reflow cu indicatorul de temperatură (413 °F). Se folosește această locație pentru a se controla lungimea reflow -ului și pentru a repeta procesul de reflow pe placa originală.

Se poate folosi o lanternă în monitorizarea schimbării indicatorului de temperatură. Când se folosește un cuptor de coacere, metoda vizuală este singura eficientă. Trebuie să fie urmărit materialul pentru a se determina timpul de reflow. Fiecare placă este diferită, deci timpul nu este un indicator bun în control (1 minut, 5 minute, 20 minute etc.). Nu există un „timp mediu de reflow” pentru acest tip de proiecte. Sugerarea unuia nu ar face decât să cauzeze pagube proiectului. Se îndepărtează PCB - ul după ce indicatorul de temperatură s-a topit, se lasă să se răcească și apoi se inspectează nodurile.

Precauții și informații despre matriță

  • Pasta de sudură conține plumb. A nu se mânca sau bea în preajma pastei de sudură.
  • A nu se folosi cuptorul de coacere pentru prepararea mâncărurilor după ce a avut loc un proces de reflow.
  • A se spăla mâinile după lucrul cu pastă de sudură deoarece cuptorul este fierbinte, se recomandă folosirea unor mănuși izolante și ochelari de protecție în timpul lucrului lângă un astfel de echipament.
  • Unele componente SMT au restricții în ce privește procesul termic. A se verifica dacă toate componentele pot fi procesate folosind un proces SMT standard.
  • A nu se depozita pasta de sudură în frigidere folosite pentru mâncare.

6. Parte a doua a plăcii După ce au fost aplicate până și cele mai mici componente pe o parte a plăcii, procesul se repetă pe partea cu componente SMT mai mari. Această secvență va menține cele mai mari și grele componente de la a se dezlipi în timpul procesului de reflow, reducând șansele ca ele să cadă. Sudura topită are o suprafață mare de energie care poate susține aproape toate părțile SMT chiar și de pe partea opusă.

Se printează a doua parte a PCB-ului pe un carton (este mai ușor, dar se poate la fel și pe lemn sau pe un generator non -static) care este destul de mare pentru a atașa susținătorul în formă de L mare la asamblaj. Se folosește cartonul, care este mai subțire decât PCB -ul și de ajuns ca și grosime așa încât să funcționeze ca un suport pentru procesul de screening. Cartonul trebuie să fie decupat astfel încât componentele SMT din primul proces să fie izolate. Din nou, să se asigur că toate suprafețele ESD sunt legate la pământ.

Se aplică acest carton susținător la masa de lucru astfel încât toate componentele să se găsească în interiorul părții decupate și placa să fie cu partea ce trebuie monitorizată în dreptul matriței prototip.

7.Partea a II-a de reflow Atunci când partea a doua a PCB-ului este supusă procesului de reflow, asamblajul întreg trebuie să fie ținut deasupra raftului cuptorului pentru că dacă este așezat direct pe raft, nodurile SMT pot fi distruse.

8.Reglarea nodurilor de sudură Nodurile de sudură trebuie să fie reglate cu un fier de sudură care să aibă un vârf subțire; acesta nu trebuie să atingă părțile SMT. Temperatura fierului de sudură trebuie să fie setată la un prag cât mai jos posibil, altfel componentele SMT pot suferi un șoc termic.

Dimensiuni[modificare | modificare sursă]

Mărimea plăcii Producătorii de PCB-uri utilizează o mărime standard, care este și maximă în același timp. Această mărime este importantă și pentru producțiile în serie. În această situație, se caută potrivirea a câtor mai multe plăci pe un tablou de comandă pentru a fi economisit cât mai mult spațiu în vederea reducerii costurilor. Spațierea unei plăci normale pentru căi (felul în care plăcile sunt separate pe un tablo de comandă) este de 0,3”; în plus, există o margine de 1,0” și 2,0”, necesară manevrării. Grosimea standard a plăcii este .062” FR4. Alte măsuri tipice sunt .010”, .020”, .031” și .092”.

Lățimea și spațierea canalelor Procesele chimice și fotografice folosite în producerea PCB-urilor solicită atât o minimă grosime cât și o minimă spațiere între canale. Dacă un canal este făcut mai mic decât necesar, nu se va putea realiza o conexiune. Dacă două canale sunt mai aproape decât este impus, există șansa apariției unui scurt-circuit. Acești parametri sunt specificați ca „regulile x/y”, unde x reprezintă lățimea minimă și y spațierea minimă. De exemplu, regula 8/10 indică ca 8 mm lățimea minimă și 10 mm spațierea minimă. Aceste reguli se aplică la orice metal de pe PCB, incluzând pad - urile ce determină spațierea și grosimea liniilor pentru PCB. O regulă de proces modern tipic are valoarea de 8/8, dar și valori mici precum 2/2 sunt valabile. Totuși, placa trebuie expusă procesului de sudură cu regula 8/8, dar și valori mai mici precum 2/2 sunt valabile. Totuși, placa trebuie expusă procesului de sudură cu regula 8/8, dar în cazul lucrului manual, regula 10/10 este mai accesibilă.

Mărimea pad - urilor Problemele pe care le ridică această situație este posibilitatea de sudură și de prelucrare manuală. Posibilitatea de sudură este doar o problemă de îndemânare, deci nu necesită considerație specială. Posibilitatea de prelucrare manuală ține de riscul de distrugere a pad - ului în procesul de găurire. Dacă un orificiu este puțin în afara centrului, pad - ul poate fi stricat la o margine, conducând la un scurt-circuit. O cerință în prelucrarea pad - ului este mărimea de 5 mm inel. Aceasta înseamnă că trebuie sa fie .005” în jurul orificiului .

Mărimea orificiului Majoritatea producătorilor de PCB-uri au o selecție largă de mărimi disponibile de orificii. Grosimea variază de la .001” până la .003”.

Verificarea defectelor[modificare | modificare sursă]

Metoda de inspecție vizuală automată constă în compararea unui PCB referință cu unul de test. Sunt două tehnici: metoda comparării imaginii și inspecția bazată pe model.

Metoda comparării imaginii este cea mai simplă și constă în compararea celor două imagini pixel cu pixel utilizând operatori logici simpli, cum ar fi XOR. Principala dificultate întâmpinată în această tehnică este determinată de alinierea precisă a imaginii referință cu imaginea de test.

Metoda bazată pe model potrivește tiparul inspectat cu un set de modele predefinite și se bazează pe proprietățile structurale, topologice și geometrice ale imaginii. Dificultatea majoră întâmpinată aici este legată de complexitatea de potrivire.

Vezi și[modificare | modificare sursă]

Legături externe[modificare | modificare sursă]

Commons
Wikimedia Commons conține materiale multimedia legate de Circuit imprimat