O guia definitivo para PCB

Placas de circuitos impressos (PCB) formam o esqueleto central dos produtos electrónicos, não só transportando componentes, mas também determinando o desempenho e a fiabilidade do dispositivo. Este artigo analisa elementos fundamentais, como os princípios de conceção de PCB, a seleção de materiais e o controlo de qualidade.

O que é um PCB?

As PCB criam ligações eléctricas através de traços de folha de cobre num substrato isolante, substituindo a cablagem complexa e permitindo a transmissão de sinais e a distribuição de energia entre componentes. Conhecidas como a "Mãe dos Produtos Electrónicos", as PCB evoluíram das primeiras estruturas de camada única para formas complexas como Interconexão de alta densidade (IDH) e Circuitos flexíveisA empresa é uma das maiores empresas do mundo, apoiando exigências que vão da eletrónica de consumo à indústria aeroespacial.

Evolução das principais métricas

Funções principais do PCB

1. Interligação eléctrica - Permite a transmissão completa do sinal através de um encaminhamento preciso; os circuitos de alta frequência requerem circuitos controlados impedância caraterística.
2. Apoio mecânico - Fornece uma superfície de montagem estável para pacotes como BGA, QFN.
3. Gestão térmica - Dissipa o calor através de vias térmicas, substratos de núcleo metálico (por exemplo, placas de iluminação LED).
4. Compatibilidade electromagnética - Reduz a diafonia de sinal através do planeamento de empilhamento multicamada de camadas de alimentação/terra.

Caso do mundo real: As placas-mãe dos smartphones utilizam HDI de qualquer camada alcançando um encaminhamento BGA com passo de 0,3 mm numa pilha de 10 camadas, integrando simultaneamente circuitos de RF de antena.

Visão geral completa da classificação de PCB

Classificação por contagem de camadas

• Uma face - Custo mais baixo, adequado para circuitos simples (por exemplo, módulos de potência)
• Frente e verso - Desempenho ótimo em termos de custos, interligações através de vias
• Multicamada - 4-30+ camadas, suporta interconexões complexas de circuitos integrados (por exemplo, placas-mãe de servidores)

Classificação por substrato

Guia de seleção de materiais para PCB

Comparação de substratos comuns

Tecido de vidro epóxi FR-4
Vantagens: Baixo custo (¥80-200/㎡), processamento maduro
Limitações: Alta perda em alta frequência, resistência moderada ao calor
Aplicações: Eletrônicos de consumo, equipamentos de energia

Série Rogers de Alta Frequência
Vantagens: Constante dielétrica estável, baixa tangente de perda
Limitações: Alto custo (5-8x FR-4)
└── Aplicações: Estações base 5G, sistemas de radar

PCB com núcleo de metal (MCPCB)
├─── Vantagens: Excelente dissipação térmica (1-3W/m-K)
├── Limitações: Difícil para fabricação de multicamadas
└─── Aplicações: LEDs de alta potência, eletrônica automotiva

Placas flexíveis de poliimida
Vantagens: Suporta >100k curvas
Limitações: Alta absorção de umidade, requer pré-cozimento
Aplicações: Telefones dobráveis, equipamento dinâmico

Processo de decisão de seleção

1. Definir as necessidades eléctricas - Para alta frequência >1GHz, preferir materiais de baixa perda
2. Avaliar as condições ambientais - Para ambientes de alta temperatura, escolher materiais de alta Tg (>170℃)
3. Requisitos mecânicos - Para ambientes com vibração, considere o design rígido-flexível
4. Otimização de custos - Utilizar o FR-4 como principal material para a eletrónica de consumo, materiais mistos a nível local

Regras de ouro do Conceção de PCB

Princípios de apresentação

• Layout baseado em blocos - Partição por função (separação RF, Digital, Analógica)
• Dar prioridade à gestão térmica - Colocar dispositivos de alta potência perto do bordo da placa ou do caminho de dissipação de calor
• Orientação do fluxo de sinal - Minimizar o comprimento do traço para sinais de alta frequência

Especificações de encaminhamento

Largura do traço vs. capacidade atual (cobre de 1 onça)
┌────────────┬──────────────────┐
│ Corrente │ Largura recomendada│
├────────────┼──────────────────┤
│ 1A │ 0,5mm │
│ 3A │ 1,5mm │
│ 5A │ 2,5mm │
└────────────┴──────────────────┘

• Controlo rigoroso da correspondência de comprimentos para pares diferenciais de alta velocidade (±5mil)
• Evitar ângulos de 90°, utilizar traços de 45° ou de arco

Controlo de qualidade: Processo completo desde a matéria-prima até ao produto acabado

Defeitos comuns e contramedidas

Processo de inspeção

Inspeção de matérias-primas → Imagiologia da camada interna → Inspeção AOI → Laminação
→ Perfuração e revestimento → Imagem da camada exterior → Máscara de soldadura e serigrafia → Teste elétrico e embalagem

As modernas fábricas de PCB combinam Inspeção ótica automatizada (AOI) com Teste de sonda voadora para garantir um rendimento do produto >98%.

Panorama da cadeia da indústria de PCB

A montante: Fibra de vidro/Folha de cobre/Resina → A médio prazo: CCL/Prepreg → Fabrico de PCB → A jusante: Montagem eletrónica

A China tornou-se a maior base de produção de PCB do mundo, representando 56% do valor global da produção, com a proporção de produtos de elevado valor acrescentado, como HDI e placas flexíveis, a aumentar continuamente.