PCB rígids

PCB rígid és una placa de circuit imprès fabricada amb substrats aïllants rígids, com ara substrat de roba de vidre amb resina epoxi FR-4, substrat de paper fenòlic o substrat ceràmic com a nucli. Té una forma fixa, alta duresa i no es pot doblegar ni plegar. Actualment és el tipus de PCB més utilitzat. Les seves propietats físiques són estables i no té flexibilitat a temperatura ambient. Pot oferir un suport sòlid als components. El substrat principal és l'FR-4, que té un procés madur i cost controlable. En escenaris d'alta gamma, s'utilitzen substrats rígids modificats de ceràmica o poliimida per satisfer els requisits de conductivitat tèrmica elevada i alta freqüència. L'estructura inclou plaques d'un sol costat, plaques de doble cara i plaques multicapa, i es pot aconseguir la interconnexió entre capes mitjançant forats metal·litzats. És compatible amb dissenys de circuits complexos, té un procés de producció estandarditzat i admet tècniques convencionals d' muntatge amb una taxa de rendiment elevada.

Els tipus de placa de circuit rígid es poden classificar segons dimensions com el nombre de capes estructurals, el material del substrat i les característiques d'aplicació. Les classificacions principals són les següents:

Classificació segons el nombre de pisos estructurals

· Placa simple

Només té un costat amb circuits de fulles de coure conductores i l'altre costat com a material base. Té una estructura senzilla i el cost més baix, i és adequat per a dispositius de baixa potència amb circuits simples (com controls remots, circuits de joguines placas, adaptadors d'alimentació).

· PCB de doble cara

Els dos costats tenen circuits de fulles de coure, i la interconnexió entre capes s'aconsegueix mitjançant forats metal·litzats. La complexitat del circuit és més alta que la de les plaques de senzilla cara, però el cost és moderat. És àmpliament utilitzat en electrònica de consum (càrregues sense fils per a telèfons mòbils), sensors de control industrial i altres escenaris.

· Placa multicapa

Conté 3 o més capes conductores (comunament 4, 6, 8 capes, i fins a 40 capes en models d'alta gamma), amb les capes units per substrats aïllants. Els forats passants es divideixen en forats travessats, forats cecs i forats enterrats, que poden assolir un encablatge d’alta densitat i són adequats per a circuits complexes (placas base d'ordinadors, ECUs automotrius, plaques de control principal d'equips mèdics).

Classificat segons el material de la base

· PCB FR-4

El material de la base és resina epoxi amb fibra de vidre (FR-4), que presenta una excel·lent aïllament, resistència tèrmica i resistència mecànica, amb costos controlables. Representa més del 90 % del mercat de PCB rígids i és adequat per a aplicacions habituals com l'electrònica de consum, el control industrial i els automòbils.

· PCB de paper fenòlic (FR-1/FR-2)

El material de la base és resina fenòlica i fibra de paper. Té un cost baix però una mala resistència al calor i resistència mecànica, i només s'utilitza en equips de gamma baixa (ràdios antics, plomes de control d'aparells domèstics simples).

· PCB ceràmic

El material de la base és ceràmica d'òxid d'alumini i nitrur d'alumini, que té una excel·lent conductivitat tèrmica, alt aïllament i resistència a altes temperatures. És adequat per a escenaris d'alta potència i alta freqüència (com els punts de càrrega per a vehicles elèctrics i equips aerospacials).

· PCB basat en metall (alumini/coure)

El material base és una placa metàl·lica (alumini/coure) + capa aïllant + fulles de coure. El seu rendiment de dissipació de calor supera amb escreix el del FR-4 convencional, i també és conegut com a "PCB de dissipació de calor". S'utilitza en il·luminació LED, amplificadors de potència amplificadors i convertidors de freqüència de control industrial.

Classificació segons el gruix del coure/característiques de rendiment

· PCB de gruix de coure estàndard

El gruix de la làmina de coure és ≤1oz (35μm), adequat per a circuits convencionals de baixa intensitat (electrònica de consum, mòduls de baixa potència).

· PCB de coure gruixut (heavy copper)

El gruix de la làmina de coure és ≥2oz (70μm), amb gran capacitat de conducció de corrent i dissipació de calor, i s'utilitza en equips d'alta potència (mòduls de potència, sistemes de control electrònic de vehicles d'energia nova).

· PCB d'alta freqüència

El material base és politetrafluoroetilè (PTFE) i material Rogers, amb constant dielèctrica estable i baixa pèrdua de senyal. És adequat per a comunicacions 5G, radar i equips de radiofreqüència.

Classificat segons el procés de tractament superficial

· PCB amb estany projectat

La superfície està recoberta amb una capa d'estany, que té bona soldabilitat i un cost baix, i és adequat per a equips convencionals.

· PCB amb plaquing d'or

La superfície és una capa de níquel-or, que resisteix l'oxidació i té una resistència de contacte baixa. És adequat per a connectors d'alta precisió i taules clau (com ara placa base de telèfons mòbils i equipaments mèdics).

· PCB amb OSP

La superfície està recoberta amb una pel·lícula protectora orgànica, que és ecològica i té un cost moderat. S'utilitza àmpliament en la tecnologia de muntatge superficial SMT en electrònica de consum.

La diferència clau respecte al PCB flexible

Les plaques rígides, amb la seva forma estable, alta resistència mecànica i tecnologia madura, s’utilitzen àmpliament en diversos dispositius que requereixen estabilitat del circuit i fixació d’instal·lació.

En el camp de l'electrònica de consum

S'utilitza en placa base/targetes gràfiques d'ordinador, placa base de mòbils, placa d'alimentació de televisors, placa de circuit de routers/decodificadors i placa de control de rentadores/refrigeradors, etc. Gràcies al baix cost i al procés madur del suport FR-4, és adequat per a circuits de potència mitjana i petita i compleix els requisits d'estabilitat dels productes de consum.

Camp del control industrial:

S'aplica a mòduls PLC, placa base d'ordinadors de control industrial, plaques de convertidors de freqüència, plaques de control de servomotors i plaques de senyal de sensors. Amb les característiques d'antivibració i bona resistència a la temperatura, el disseny multicapa pot assolir la integració de circuits complexos i és adequat per a condicions de treball industrials exigents.

En el camp de l'electrònica automotriu

És compatible amb unitats de control del motor (ECU), plomes centrals de bord, plomes principals de càrrega, sistemes de gestió de bateries (BMS) i plomes de control de llums del vehicle. Ofereix alta fiabilitat (resistent a altes i baixes temperatures i a xocs), i el tipus de coure gruixut pot suportar corrents elevats, complint amb les normes de seguretat a bord.

Camp de l'equipament mèdic:

S'utilitza en plomes de control de màquines de TAC/resonància magnètica, plomes de circuits de monitors, mòduls d'alimentació mèdics i plomes principals de glucòmetres. Té una excel·lent aïllament i una transmissió de senyal estable, complint amb els requisits estrictes de seguretat i fiabilitat de la indústria mèdica.

Camp de l'aerospacial

S'apliquen PCB rígids d'alta gamma fets de ceràmica o substrats d'alta freqüència a les targetes principals d'equips satel·litals, targetes de control de ràdar aerotransportat, targetes de distribució d'energia de coets i targetes de control de vol de vehicles aèris no tripulats. Poden suportar entorns extrems com temperatures altes i baixes i radiació, i tenen una resistència mecànica destacada.

Àmbit d'equips d'energia nova

Les plaques PCB rígides de coure gruixut s'utilitzen en inversors fotovoltaics, targetes de control de bateries d'emmagatzematge d'energia i convertidors d'energia eòlica. Tenen una gran capacitat de conducció de corrent i una bona dissipació tèrmica, i són adecuades per a les exigències de transmissió i conversió d'energia d'alta potència.

Àmbit de l'equipament de comunicacions:

Les plaques PCB rígides d'alta freqüència fetes de substrat PTFE o Rogers s'apliquen a targetes RF d'estacions base 5G, targetes principals de commutació i mòduls òptics. Presenten una baixa pèrdua de senyal i permeten la transmissió de dades a alta velocitat.