Che cos'è un PCB rigido e come viene prodotto?

Che cos'è un PCB rigido e come viene prodotto?

Il circuito stampato rigido (PCB) è un circuito stampato basato su un substrato rigido, caratterizzato da una struttura meccanica stabile e da eccellenti prestazioni elettriche. È ampiamente utilizzato nei computer, nelle apparecchiature di comunicazione, nel controllo industriale e nell'elettronica di consumo, fornendo connessioni elettriche affidabili e supporto fisico per i componenti elettronici.

1. Caratteristiche e vantaggi dei PCB rigidi

I PCB rigidi vengono utilizzati principalmente laminato epossidico rinforzato con fibra di vetro (come FR-4, CEM-3) come materiale di base, prodotti attraverso processi quali laminazione, trasferimento di modelli e incisione. Le loro caratteristiche principali includono:

• Alta resistenza meccanica: Il substrato rigido offre un'elevata resistenza alla flessione e alle vibrazioni, adatto per installazioni fisse.
• Eccellenti prestazioni elettriche: Costante dielettrica stabile e bassa perdita di trasmissione del segnale, supporta applicazioni ad alta frequenza e alta velocità.
• Buona stabilità termica: Resistente al calore con unatemperatura di transizione vetrosa (Tg) tipicamente superiore a 140 °C.
• Elevata densità di cablaggio: Supporta progetti multistrato (di solito da 4a 12 strati),consentendo layout circuitali complessi.

Rispetto ai PCB flessibili (Flex PCB), i PCB rigidi hanno un costo inferiore e processi di produzione più maturi, ma sono meno flessibili e leggeri. La tabella seguente mette a confronto le caratteristiche principali dei due tipi:

2. Processo di produzione dei PCB rigidi

La produzione di PCB rigidi è un processo in più fasi e ad alta precisione, che comprende principalmente le seguenti fasi:

• Produzione di circuiti a strato interno

• Taglio: Il laminato rivestitoin rame viene tagliato alle dimensioni previste con una precisione di ±0,1 mm.
• Laminazione e esposizione della pellicola: Viene applicata una pellicola secca fotosensibile e i circuiti vengono trasferiti tramite esposizione ai raggi UV.
• Sviluppo e incisione: La pellicola secca non esposta e il rame vengono rimossi per formare circuiti conduttivi.
• Ispezione AOI: L'ispezione ottica automatizzata controlla parametri quali la larghezza e la spaziatura delle linee.

• Laminazione e pressatura

• Ossidazione marrone: Migliora l'adesione tra gli strati interni in rame e il preimpregnato.
• Impilaggio e pressatura degli strati: Più strati vengonopressati insieme ad alta temperatura (180-200 °C) e pressione (300-400 psi).

• Foratura e metallizzazione

• Foratura meccanica/laser: Crea fori passanti, vie cieche o vie sepolte.
• Deposizione e placcatura del rame: Il rame depositato chimicamente e galvanizzato metallizza le pareti dei fori per le connessioni tra gli strati.

• Circuito dello strato esterno e finitura superficiale

• Trasferimento del modello: La tecnologia Laser Direct Imaging (LDI) crea circuiti nello strato esterno.
• Maschera di saldatura e serigrafia: Viene applicato l'inchiostro resistente alla saldatura e vengono stampati i contrassegni dei componenti.
• Finitura superficiale: Processi come HASL, ENIG o OSP vengono scelti in base alle esigenze dell'applicazione.

• Test e ispezioni

• Test elettrici: Continuità testata tramite sonda volante o test bed-of-nails.
• Convalida dell'affidabilità: Include cicli termici, prove di alta temperatura/umidità, prove di impedenza, ecc.

3. Come migliorare l'affidabilità dei PCB rigidi?

Per migliorare l'affidabilità dei PCB rigidi in ambienti difficili, è necessaria un'ottimizzazione sistematica dei materiali, della progettazione, della produzione e dei processi di collaudo:

• Selezione materiale

• Per applicazioni ad alta frequenza, utilizzare Substrati in PTFE (Dk≈3,0, Df<0,005).
• Per ambienti ad alta temperatura (ad esempio, elettronica automobilistica), utilizzare FR-4 ad alto Tg (Tg≥170°C).
• Per le esigenze di dissipazione del calore, utilizzare substrati metallici (conduttività termica del nucleo in alluminio 1–3 W/m·K).

• Ottimizzazione del design

• Progettazione della messa a terra: Utilizzare una messa a terra multipunto per i circuiti ad alta frequenza e una messa a terra a punto singolo per quelli a bassa frequenza.
• Gestione termica: Aggiungere vie termiche, utilizzare un fogliodi rame spesso (≥2 oz).
• Integrità del segnale: Controllare la deviazione dell'impedenza entro ±10%, tolleranza larghezza linea ±0,05 mm.

• Controllo del processo

• Processo di laminazione: La pressatura sottovuoto riduce le bolle tra gli strati.
• Precisione di perforazione: Errore di posizione del foro≤50μm, rapporto di aspetto ≤8:1.
• Processo di saldatura: Utilizzare saldatura senza piombo SAC305,temperatura di picco di rifusione 245 °C ± 5 °C.

• Standard di prova

• Segui gli standard del settore come IPC-6012 nonché IPC-A-600.
• Eseguire lo screening dello stress ambientale (ESS), ad esempio 1000 cicli termici da -40 °C a 125 °C.

4. PCB rigido vs PCB flessibile: come scegliere?

5. Scenari applicativi e raccomandazioni per la selezione

• Elettronica di consumo (schede madri, elettrodomestici): FR-4 preferito per il basso costo e il processo maturo.
• Controllo industriale (PLC, sensori): elevata affidabilità richiesta; si raccomandano schede FR-4 ad alto Tg o multistrato.
• Elettronica automobilistica (ECU, radar): richiede resistenza alle alte temperature e alle vibrazioni; è possibile scegliere tra un substrato metallico o ceramico.
• Apparecchiature di comunicazione (Stazioni base 5G, moduli RF): le applicazioni ad alta frequenza richiedono materiali PTFE o Rogers.