Circuit imprimat
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Un circuit imprimat sau cablaj imprimat, (din engleză, Printed Circuit Board - "PCB"), are rolul de a susţine mecanic şi de a conecta electric un ansamblu de componente electrice şi electronice, pentru a oferi un produs final funcţional, (care poate fi: un simplu variator de luminozitate a unui bec, o antenă realizată pe cablaj, sau echipamente sofisticate precum calculatoare şi echipamente de comunicaţii radio).
Cuprins |
[modifică] Generalităţi
Un cablaj brut, este realizat 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 in general grosimea de 1.6mm, dar nu reprezintă un standard, deoarece depinde de foarte mulţi factori, in general mecanici şi tehnologici. Uzual ca izolator se foloseşte materialul cunoscut sub numele de FR4.
Circuitul imprimat final se realizeaza prin metode foto si chimice. Un circuit imprimat poate fi simpla fata, dubla fata, 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 de la un strat la altul se realizează cu ajutorul vias-urilor şi/sau a pinilor TH.
Vias-urile pot fi TH (cu trecere dintr-o parte in alta a cablajului), buried (stratul de început cat şi cel de sfârşit sunt în interiorul cablajului), sau blind (se pleacă de pe un strat exterior şi se ajunge pe un strat interior)
In prezent, proiectarea circuitelor imprimate se realizeaza cu intrumente software.
[modifică] Materiale folosite la construcţia PCB - urilor
Materiale din care este fabricat PCB-ul: FR4, FR408, FR5. FR4 este prescurtarea de la Flame Retardant 4. Este un material din fibră de sticlă. Este folosit pentru a fabrica echipamente electronice. Cu acest material sunt fabricate PCB-uri având grosimea de 1,6 mm sau 0,8 mm. Pcb-urile care lucrează la frecvenţe ridicate sunt fabricate din materiale din plastic, cu caracteristici speciale, cum ar fi: Rogers 4000, Teflon, Duroid, and 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.
[modifică] PCB - Printed Circuit Board – proces de realizare
Fiecare zi pare a ne oferi noi dispozitive de suprafaţă montată care ne tentează cu o mulţime de funcţii 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 mulţime de producători de pastă de sudură. De obicei pasta este oferită pe piaţă în cutii de 100 g; are un procent mic de metal în compoziţie ceea ce face ca pasta să curgă mai uşor prin seringă. Pentru un termen mai mare de valabilitate este recomandabil ca pasta să fie depozitată într-un spaţiu mai rece dar exact înainte de folosire ea trebuie să fie la temperatura camerei. Pasta de sudură conţine plumb ceea ce face ca reziduurile formate din pastă nefolosită să fie considerate materiale poluante.
1. Matriţa prototip Matriţa prototip este o folie de oţel inoxidabil între 5 -10 mm grosime, cu striaţii pentru a permite pastei de sudură să fie depusă pe suportul de PCB. a.Se plasează suportul mare în formă de L pe o suprafaţă plată şi se prinde placa astfel încât să nu fie posibilă mişcarea 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 matriţa prototip deasupra pad – ului şi se fixează.
2. Aplicarea pastei de sudură folosind matriţa prototip Se aplică pasta de sudură pe matriţa prototip pe o singură parte. Se întinde pasta de sudură pe întreaga suprafaţă a matriţei. Lamela: Lamela este o lamă flexibilă din oţel inoxidabil folosită la rularea pastei de sudură pe matriţa prototip forţând pasta de sudură să se fixeze pe atât matriţă cât şi pe suprafaţa PCB. În timp ce este ţinută matriţa prototip în contact cu PCB - ul se ia lamela şi se plasează pe matriţa prototip în afara pastei de sudură. Se înclină la 20 de grade de la linia verticală (înspre pasta de sudură) şi se întinde pasta pe matriţă. Se ridică cu foarte mare atenţie lamela de pe PCB. Se inspectează pasta de sudură dacă a pătruns în toate canalele şi dacă nu sunt urme de murdărie. Dacă tiparul nu este bun, atunci se foloseşte o spatulă pentru îndepărtarea pastei de sudură de pe PCB; se curăţă cu alcool pe o cârpă pasta ce mai rămâne pe PCB, se lasă la uscat şi se repetă procedura.
3. Plasarea componentelor Este foarte important ca timpul dintre aplicarea pastei de sudură şi 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 şi sa rămână lichid pentru un timp. SMD - urile sunt sensibile la temperatură, deci trebuie să se ştie exact cât pot fi expuse la temperatură fără a fi distruse în vreun fel. Un indicator de temperatură este menit a monitoriza reacţiile. Diferiţii 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 450-500F. Înainte de a introduce PCB - ul în cuptor, se ataşează indicatorul de temperatură de partea care va sta în dreptul uşii, astfel încât să poată fi văzut prin uşă. Dacă indicatorul de temperatură nu poate fi ataşat marginii PCB -ului din diverse motive, acesta poate fi ataşat unor alte componente, precum PLCC sau QFP. Notă: Marginile şi colţurile PCB - ului se vor încălzi mai tar decât interiorul PCB - ului. Dacă indicatorul de temperatură este plasat în interior, atunci colţurile şi marginile se pot încălzi prea tare şi aşa pot dăuna plăcii şi componentelor SMD. Când indicatorul de temperatură se topeşte, se scoate placa din cuptor aşa încât să nu fie deranjate nodurile de sudură topite. Se plasează placa pe o suprafaţă şi se lasă să se răcească până ajunge la temperatura camerei şi 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 ataşat 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 (413F). Se foloseşte această locaţie pentru a se controla lungimea reflow -ului şi pentru a repeta procesul de reflow pe placa originală. Se poate folosi o lanternă în monitorizarea schimbării indicatorului de temperatură. Când se foloseşte 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 şi apoi se inspectează nodurile. Precauţii şi informaţii despre matriţă •Pasta de sudură conţine 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 mănuşi izolante şi ochelari de protecţie în timpul lucrului lângă un astfel de echipament. •Unele componente SMT au restricţii în ce priveşte 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 şi cele mai mici componente pe o parte a plăcii, procesul se repetă pe partea cu componente SMT mai mari. Această secvenţă va menţine cele mai mari şi grele componente de la a se dezlipi în timpul procesului de reflow, reducând şansele ca ele să cadă. Sudura topită are o suprafaţă mare de energie care poate susţine aproape toate părţile SMT chiar şi de pe partea opusă. Se printează a doua parte a PCB-ului pe un carton (este mai uşor, dar se poate la fel şi pe lemn sau pe un generator non -static) care este destul de mare pentru a ataşa susţinătorul în formă de L mare la asamblaj. Se foloseşte cartonul, care este mai subţire decât PCB -ul şi de ajuns ca şi grosime aşa încât să funcţioneze 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 suprafeţele ESD sunt legate la pământ. Se aplică acest carton susţinător la masa de lucru astfel încât toate componentele să se găsească în interiorul părţii decupate şi placa să fie cu partea ce trebuie monitorizată în dreptul matriţei 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 ţinut deasupra raftului cuptorului pentru că dacă este aşezat 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 subţire; acesta nu trebuie să atingă părţile SMT. Temperatura fierului de sudură trebuie să fie setată la un prag cât mai jos posibil, altfel componentele SMT pot suferi un şoc termic.
[modifică] PCB - Printed Circuit Board – dimensiuni
Mărimea plăcii Producătorii de PCB-uri utilizează o mărime standard, care este şi maximă în acelaşi timp. Această mărime este importantă şi pentru producţiile în serie. În această situaţie, se caută potrivirea a câtor mai multe plăci pe un tablou de comandă pentru a fi economisit cât mai mult spaţiu în vederea reducerii costurilor. Spaţierea 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” şi 2,0”, necesară manevrării. Grosimea standard a plăcii este .062” FR4. Alte măsuri tipice sunt .010”, .020”, .031” şi .092”. Lăţimea şi spaţierea canalelor Procesele chimice şi fotografice folosite în producerea PCB-urilor solicită atât o minimă grosime cât şi o minimă spaţiere 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 şansa apariţiei unui scurt-circuit. Aceşti parametri sunt specificaţi ca „regulile x/y”, unde x reprezintă lăţimea minimă şi y spaţierea minimă. De exemplu, regula 8/10 indică ca 8 mm lăţimea minimă şi 10 mm spaţierea minimă. Aceste reguli se aplică la orice metal de pe PCB, incluzând pad - urile ce determină spaţierea şi grosimea liniilor pentru PCB. O regulă de proces modern tipic are valoarea de 8/8, dar şi valori mici precum 2/2 sunt valabile. Totuşi, placa trebuie expusă procesului de sudură cu regula 8/8, dar şi valori mai mici precum 2/2 sunt valabile. Totuşi, 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 situaţie este posibilitatea de sudură şi de prelucrare manuală. Posibilitatea de sudură este doar o problemă de îndemânare, deci nu necesită consideraţie specială. Posibilitatea de prelucrare manuală ţine de riscul de distrugere a pad - ului în procesul de găurire. Dacă un orificiu este puţin în afara centrului, pad - ul poate fi stricat la o margine, conducând la un scurt-circuit. O cerinţă 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 selecţie largă de mărimi disponibile de orificii. Grosimea variază de la .001” până la .003”.
[modifică] Defecte ale PCB –urilor
Metoda de inspecţie vizuală automată constă în compararea unui PCB referinţă cu unul de test. Sunt două tehnici: metoda comparării imaginii şi inspecţia bazată pe model. Metoda comparării imaginii este cea mai simplă şi 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 referinţă cu imaginea de test. Metoda bazată pe model potriveşte tiparul inspectat cu un set de modele predefinite şi se bazează pe proprietăţile structurale, topologice şi geometrice ale imaginii. Dificultatea majoră întâmpinată aici este legată de complexitatea de potrivire.
[modifică] Legături utile
[modifică] Vezi şi
[modifică] Mulţumiri
Dorneanu Ioan [2] | Murariu Adrian [3] | Cucoş Raluca | Maxim Monica <Studenţi an IV - Electronică>
