Che cos’è un PCB? Il PCB è un componente fondamentale dell’industria elettronica e rappresenta una base essenziale per la produzione di apparecchiature elettroniche. Lo sviluppo dei PCB è strettamente legato al rapido progresso della tecnologia elettronica e contribuisce, insieme a quest’ultima, alla continua innovazione e allo sviluppo dell’industria dell’informazione elettronica. Poiché utilizza una tecnologia basata sulla stampa dei circuiti, viene definito circuito stampato, ovvero Printed Circuit Board (PCB) o Printed Wiring Board (PWB).
Nel 1936, i PCB furono utilizzati nelle apparecchiature radio. Nel 1943, la tecnologia dei PCB venne applicata alle apparecchiature radio militari e, nel 1948, i PCB iniziarono a essere utilizzati per applicazioni commerciali. Dalla metà degli anni ’50, i PCB hanno iniziato a essere utilizzati su larga scala nell’industria elettronica.
Prima della comparsa dei PCB, l’interconnessione tra i componenti elettronici veniva realizzata principalmente attraverso collegamenti diretti con fili per formare un circuito completo. All’inizio del XX secolo, per semplificare la produzione delle apparecchiature elettroniche, ridurre il cablaggio tra i componenti e diminuire i costi di produzione, si iniziò a sviluppare un metodo in grado di sostituire il cablaggio tradizionale con circuiti realizzati mediante tecniche di stampa.
I PCB comprendono PCB rigidi, FPC e PCB rigido-flessibili. Esistono inoltre PCB ceramici, PCB in ceramica di allumina, PCB in ceramica di nitruro di alluminio, circuiti stampati, schede PCB, substrati in alluminio, PCB ad alta frequenza, PCB in rame spesso, PCB con impedenza controllata, prototipi PCB, circuiti stampati ultra-sottili, PCB ultra-sottili e PCB in FR-4.
I PCB rendono la progettazione e la realizzazione dei circuiti più organizzate e intuitive e svolgono un ruolo importante nella produzione in serie di circuiti standardizzati e nell’ottimizzazione del layout elettrico.
Classificazione dei PCB in base al numero di strati
In base al numero di strati conduttivi, i PCB vengono generalmente suddivisi in tre categorie principali: PCB a singola faccia, PCB a doppia faccia e PCB multistrato.
PCB a singola faccia
Il PCB a singola faccia è il tipo più semplice di circuito stampato. I componenti sono generalmente concentrati su un lato della scheda, mentre le piste conduttive sono disposte sull’altro lato. Poiché le piste sono presenti solamente su una delle due superfici, questo tipo di scheda viene definito PCB a singola faccia.
La produzione dei PCB a singola faccia è generalmente semplice ed economica. Tuttavia, il principale limite è che questo tipo di scheda non è adatto a prodotti elettronici con circuiti particolarmente complessi.
PCB a doppia faccia
Il PCB a doppia faccia rappresenta un’evoluzione del PCB a singola faccia. Quando il cablaggio su un solo strato non è sufficiente per soddisfare i requisiti di un’apparecchiatura elettronica, è necessario utilizzare un PCB a doppia faccia.
Entrambi i lati della scheda sono rivestiti di rame e possono contenere piste conduttive. Le connessioni elettriche tra i due strati possono essere realizzate attraverso i via, consentendo di creare le connessioni elettriche necessarie all’interno del circuito.
PCB multistrato
Un PCB multistrato è un circuito stampato costituito da tre o più strati di piste o pattern conduttivi separati da materiali isolanti, con gli strati conduttivi interconnessi secondo i requisiti del progetto.
I PCB multistrato rappresentano una conseguenza dello sviluppo della tecnologia dell’informazione elettronica verso una maggiore velocità, multifunzionalità, maggiore capacità, dimensioni più compatte, minore spessore e peso ridotto.
Classificazione dei PCB in base al materiale
I PCB possono essere classificati anche in base al materiale del substrato utilizzato. Le principali categorie includono:
94HB → 94V0 → 22F → CEM-1 → CEM-3 → FR-4 → Substrato ad alta temperatura → Substrato metallico → Substrato ceramico → Substrato per alte velocità → Substrato ad alta frequenza
Prezzo dei PCB
Il prezzo di un PCB viene determinato in base al progetto e ai requisiti specifici della scheda. Tra i principali fattori che influenzano il costo rientrano il materiale del circuito stampato, il numero di strati, le dimensioni del PCB, la quantità prodotta per ogni ordine, il processo di produzione, la larghezza e la spaziatura minime delle piste, il diametro minimo dei fori, il numero di fori, eventuali processi speciali e altri requisiti tecnici. Nell’industria dei PCB esistono principalmente diversi metodi per calcolare il prezzo, a seconda del tipo e della quantità dell’ordine.
Calcolo del prezzo in base alle dimensioni
Il metodo di calcolo basato sulle dimensioni è generalmente applicabile ai prototipi e ai piccoli lotti di PCB. I produttori di PCB stabiliscono normalmente un prezzo unitario per centimetro quadrato in base al numero di strati e ai processi di produzione richiesti dalla scheda. Il cliente deve semplicemente convertire le dimensioni del circuito stampato in centimetri e moltiplicare l’area della scheda per il prezzo unitario al centimetro quadrato per ottenere il prezzo unitario del circuito stampato da produrre.
Questo metodo di calcolo è particolarmente adatto ai circuiti stampati realizzati con processi di produzione standard, perché rende la quotazione più semplice sia per il produttore sia per l’acquirente del PCB.
Ad esempio, supponiamo che un produttore di PCB stabilisca un prezzo di 0,04 yuan/cm² per un PCB a singola faccia realizzato in materiale FR-4, con un ordine compreso tra 10 e 20 metri quadrati. Se le dimensioni del circuito stampato sono di 10 × 10 cm e la quantità richiesta è compresa tra 1000 e 2000 pezzi, l’ordine rientra esattamente nei parametri stabiliti. Il prezzo unitario sarà quindi:10 × 10 × 0,04 = 4 yuan/pezzo
Calcolo del prezzo del PCB mediante un’analisi dettagliata dei costi
Questo metodo viene utilizzato principalmente per gli ordini di grandi quantità, per i quali il semplice calcolo basato sull’area della scheda non è sufficiente per determinare con precisione il costo di produzione.
La principale materia prima utilizzata per la produzione dei PCB è il laminato rivestito di rame (CCL, Copper Clad Laminate). I produttori di laminati rivestiti di rame realizzano normalmente il materiale in determinate dimensioni standard per la vendita sul mercato. Alcuni formati comunemente utilizzati sono 915 × 1220 mm (36 × 48 pollici), 940 × 1245 mm (37 × 49 pollici), 1020 × 1220 mm (40 × 48 pollici), 1067 × 1220 mm (42 × 48 pollici), 1042 × 1245 mm (41 × 49 pollici) e 1093 × 1245 mm (43 × 49 pollici).
Per determinare il costo dei materiali, il produttore di PCB calcola il tasso di utilizzo del laminato rivestito di rame in base al materiale, al numero di strati, ai processi di produzione, alla quantità e agli altri parametri delle schede da produrre.
Ad esempio, se è necessario produrre un PCB di 100 × 100 mm, il produttore può disporre più schede su un pannello di grandi dimensioni per migliorare l’efficienza produttiva e ridurre lo spreco di materiale. In base alle dimensioni della scheda, il pannello di produzione potrebbe essere organizzato, ad esempio, con 100 × 4 o 100 × 5 PCB.
Per facilitare la produzione, è inoltre necessario prevedere una determinata distanza tra le singole schede e riservare i bordi tecnologici del pannello. In generale, la distanza tra le schede può essere mantenuta intorno ai 2 mm, mentre i bordi del pannello possono avere una larghezza compresa indicativamente tra 8 e 20 mm, a seconda dei requisiti di produzione.
Una volta definito il layout del pannello, il produttore può determinare quante schede possono essere ricavate da un foglio di materia prima di dimensioni standard. Se il pannello viene organizzato in modo da ridurre al minimo il materiale inutilizzato, è possibile aumentare il tasso di utilizzo del laminato e ridurre il costo dei materiali per singolo PCB.
Il calcolo del tasso di utilizzo del materiale rappresenta però solo una parte della quotazione. È necessario considerare anche il costo della foratura, che dipende dal numero totale di fori, dal diametro minimo dei fori e dal numero di fori presenti su ciascun pannello. Anche il costo della galvanizzazione del rame deve essere calcolato in base alla struttura del circuito, al cablaggio interno e ai requisiti del processo di produzione.
Successivamente vengono sommati i costi dei diversi processi produttivi. Nel calcolo complessivo possono rientrare anche il costo medio della manodopera, il tasso di scarto e di perdita dei materiali, il margine di profitto e le spese operative e commerciali del produttore. Infine, il costo totale viene diviso per il numero di PCB individuali che possono essere prodotti a partire da un singolo pannello di materia prima, ottenendo così il prezzo unitario del PCB.
Questo processo di calcolo è relativamente complesso e richiede generalmente l’intervento di personale specializzato. A seconda della struttura della scheda e dei requisiti di produzione, la preparazione di una quotazione precisa può richiedere diverse ore o anche più tempo.
Preventivo PCB online
Poiché numerosi fattori possono influenzare il prezzo di un circuito stampato, gli acquirenti che non hanno familiarità con il processo di quotazione dei fornitori di PCB possono incontrare difficoltà nel determinare rapidamente il costo della scheda. In molti casi, ottenere un preventivo richiede tempo e comporta un notevole impiego di risorse umane e materiali.
Inoltre, chi desidera semplicemente conoscere il prezzo indicativo di un circuito stampato potrebbe dover fornire i propri dati di contatto al produttore di PCB. Questo può portare a successive comunicazioni commerciali non richieste, anche quando l’acquirente desidera soltanto verificare il prezzo del prodotto.
Per semplificare il processo di quotazione, molti produttori di PCB hanno iniziato a sviluppare sistemi di preventivazione PCB online direttamente sui propri siti web. Questi sistemi consentono ai clienti di inserire determinati parametri della scheda e di calcolare il prezzo secondo specifiche regole di quotazione.
Grazie alla quotazione online, anche gli utenti che non conoscono in modo approfondito la produzione di PCB possono ottenere più facilmente una stima del prezzo del circuito stampato, senza dover eseguire manualmente tutti i calcoli relativi ai materiali, ai processi di produzione e agli altri costi.
Processo di produzione di un PCB a singolo strato
Il processo di produzione di un PCB a singolo strato comprende generalmente le seguenti fasi: taglio e levigatura → foratura → realizzazione del circuito sullo strato esterno → (placcatura in oro dell’intera superficie della scheda) → incisione chimica → ispezione → serigrafia della maschera di saldatura → (livellamento ad aria calda, HASL) → serigrafia della legenda → finitura superficiale → collaudo → ispezione finale.
Processo di produzione di un PCB a doppio strato con finitura HASL
Il processo di produzione di un PCB a doppio strato con finitura a stagno mediante spruzzatura comprende principalmente le seguenti fasi: taglio e levigatura → foratura → deposizione e ispessimento del rame → realizzazione del circuito sullo strato esterno → stagnatura, incisione chimica e rimozione dello stagno → seconda foratura → ispezione → serigrafia della maschera di saldatura → placcatura in oro dei connettori → livellamento ad aria calda (HASL) → serigrafia della legenda → finitura superficiale → collaudo → ispezione finale.
Processo di produzione di un PCB a doppio strato con finitura ENIG
Il processo di produzione di un PCB a doppio strato con finitura ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) comprende le seguenti fasi: taglio e levigatura → foratura → deposizione e ispessimento del rame → realizzazione del circuito sullo strato esterno → nichelatura, rimozione del film protettivo e incisione chimica → seconda foratura → ispezione → serigrafia della maschera di saldatura → serigrafia della legenda → finitura superficiale → collaudo → ispezione finale.
Processo di produzione di un PCB multistrato con finitura HASL
Il processo di produzione di un PCB multistrato con finitura HASL comprende una serie di fasi aggiuntive necessarie per la realizzazione e la laminazione degli strati interni. Il processo comprende generalmente: taglio e levigatura → foratura dei fori di posizionamento → realizzazione dei circuiti degli strati interni → incisione chimica degli strati interni → ispezione → trattamento di annerimento → laminazione → foratura → deposizione e ispessimento del rame → realizzazione del circuito sullo strato esterno → stagnatura, incisione chimica e rimozione dello stagno → seconda foratura → ispezione → serigrafia della maschera di saldatura → placcatura in oro dei connettori → livellamento ad aria calda (HASL) → serigrafia della legenda → lavorazione esterna → collaudo → ispezione finale.
Processo di produzione di un PCB multistrato con finitura ENIG
Il processo di produzione di un PCB multistrato con finitura ENIG comprende: taglio e levigatura → foratura dei fori di posizionamento → realizzazione dei circuiti degli strati interni → incisione chimica degli strati interni → ispezione → trattamento di annerimento → laminazione → foratura → deposizione e ispessimento del rame → realizzazione del circuito sullo strato esterno → placcatura in oro, rimozione del film protettivo e incisione chimica → seconda foratura → ispezione → serigrafia della maschera di saldatura → serigrafia della legenda → finitura superficiale → collaudo → ispezione finale.
Processo di produzione di un PCB multistrato con finitura chimica nichel-oro
Il processo di produzione di un PCB multistrato con finitura chimica nichel-oro comprende principalmente: taglio e levigatura → foratura dei fori di posizionamento → realizzazione dei circuiti degli strati interni → incisione chimica degli strati interni → ispezione → trattamento di annerimento → laminazione → foratura → deposizione e ispessimento del rame → realizzazione del circuito sullo strato esterno → stagnatura, incisione chimica e rimozione dello stagno → seconda foratura → ispezione → serigrafia della maschera di saldatura → deposizione chimica di nichel e oro → serigrafia della legenda → lavorazione esterna → collaudo → ispezione finale.
Essendo uno dei componenti fondamentali e più ampiamente utilizzati nell’industria elettronica, il PCB continua a mantenere una domanda significativa in numerosi settori applicativi. Sia dal punto di vista dell’equilibrio tra domanda e offerta sia considerando i cicli storici dell’industria, la domanda sostenuta proveniente dai settori a valle della filiera ha contribuito alla crescita dei volumi di produzione e delle spedizioni dei diversi produttori di PCB.
Allo stesso tempo, il continuo sviluppo della tecnologia PCB ha favorito il miglioramento delle prestazioni, della miniaturizzazione, dell’integrazione e dell’affidabilità dei prodotti elettronici, contribuendo in modo significativo al progresso della tecnologia elettronica e allo sviluppo di numerose applicazioni tecnologiche.
