La guida definitiva ai componenti dei circuiti stampati: tipo, selezione e assemblaggio

Tipi di componenti dei circuiti stampati

I circuiti stampati sono costituiti da diversi componenti che variano per complessità. Ecco una panoramica dei tipi più comuni di componenti dei circuiti stampati:

1. Componenti passivi

Scopo

I componenti passivi hanno tre scopi:

• La riduzione della corrente attraverso un circuito ne aumenta la resistenza.
• Limitazione della tensione del circuito.
• Immagazzinare energia sotto forma di campo elettrico o magnetico.

Materiali comuni

• Rame
• Nichel
• Argento 
• Palladio

Vantaggi

I vantaggi dei componenti passivi dei circuiti stampati sono i seguenti:

• Sono relativamente poco costosi. 
• Leggero e di dimensioni ridotte.
• Un chip o una scheda possono integrarlo con altri componenti.
• Grazie alle loro basse perdite, i componenti passivi possono essere utilizzati in un'ampia gamma di frequenze (da 10 Hz a 100 kHz), a differenza dei dispositivi attivi.

Applicazioni

• Alimentatori: Utilizzato in raddrizzatori, condensatori e filtri.
• Amplificatori audio: Utilizzato in filtri, condensatori e induttori.
• Filtri: Utilizzato in condensatori, induttori e resistenze per eliminare le frequenze indesiderate.
• Dispositivi medici: Utilizzato nei sensori e nelle apparecchiature di monitoraggio.
• Tecnologia aerospaziale: Utilizzato in sensori, sistemi di navigazione e apparecchiature di comunicazione.
• Automazione industriale: Utilizzato in sensori, interruttori e sistemi di controllo.

Tipi comuni

I tipi più comuni di componenti passivi includono:

• Resistori sono utilizzati per limitare il flusso di corrente in un circuito producendo calore o resistenza quando la corrente li attraversa.
• Condensatori immagazzinare energia elettrica accumulando una carica opposta su due piastre conduttrici separate da un isolante, come l'aria o la plastica.
• Induttori generano un campo elettromagnetico intorno a sé quando vengono attraversati dalla corrente.

2. Componenti attivi

Scopo

Questi dispositivi amplificano o interruttore segnali elettrici ad alta velocità. Oltre a modificare il flusso di elettricità, possono passare da un percorso all'altro.

Materiali comuni

I materiali utilizzati nei componenti attivi di un circuito stampato includono:

• Foglio di rame o laminato rivestito di rame (Cu)
• I conduttori in alluminio vengono placcati direttamente sul substrato o stampati con uno spesso strato di rame mediante elettrodeposizione.
• Maschera di saldatura per coprire le tracce di rame esposte e le piazzole per prevenire la corrosione e i cortocircuiti.
• Fotoresistenza utilizzata come pellicola protettiva durante l'incisione e come maschera di saldatura durante la saldatura.

Vantaggi

Questi sono alcuni dei vantaggi dei componenti attivi:

• Più piccoli dei componenti passivi
• Lasciare più spazio sulla scheda per altri componenti.
• Consumo di energia ridotto
• L'efficienza di conversione dell'energia è elevata. Possono quindi convertire in elettricità più energia di quanta ne consumino da fonti esterne.

Applicazioni

Di seguito sono riportate le applicazioni dei componenti attivi del circuito stampato:

• Controllo della frequenza: I componenti attivi svolgono un ruolo importante nel controllo della frequenza. Il dispositivo opera o funziona a una determinata frequenza.
• Amplificazione: Amplificazione è un'altra applicazione dei componenti attivi. Questo avviene perché aumenta l'ampiezza del segnale.
• Regolazione della tensione: Un'altra applicazione dei circuiti a componenti attivi è la regolazione della tensione. Indipendentemente dalle fluttuazioni della tensione di ingresso, aiuta a regolare la tensione di uscita.
• Funzionamento di commutazione: Il funzionamento a commutazione è un'altra applicazione dei circuiti a componenti attivi, che vengono utilizzati per accendere/spegnere un carico che rimane collegato a una sorgente di corrente alternata (sorgente).

Tipi comuni

Oggi sono disponibili diversi tipi di componenti attivi. Alcuni esempi sono:

• Transistor: Possono essere utilizzati per l'amplificazione e la commutazione. Un transistor è composto da un emettitore, una base e un collettore.
• Diodi: Consentono il passaggio della corrente in una sola direzione. Hanno tre conduttori (anodo, catodo e gate).

Circuiti integrati (IC): Questi chip di silicio contengono più transistor. La maggior parte dei computer li utilizza per controllare l'unità di elaborazione centrale (CPU).

3. Componenti elettromeccanici

Scopo

In un circuito stampato, i componenti elettromeccanici fungono da percorsi conduttivi tra due lati.

Materiali comuni

I materiali utilizzati nella produzione di componenti elettromeccanici sono molteplici. Ecco alcuni dei più comuni:

• Leghe metalliche
• Plastica
• Gomma ed elastomeri
• Vetro

Vantaggi

I componenti elettromeccanici presentano i seguenti vantaggi:

• Hanno un elevato grado di precisione nel posizionamento e nella velocità.
• Hanno un basso livello di rumore.
• La durata di vita è lunga e può durare anni senza manutenzione o sostituzione.
• Facile da installare e leggero.

Applicazioni

• Trasduttori: Sensori, microfoni e altoparlanti utilizzano questi dispositivi per convertire il movimento meccanico in segnali elettrici.
• Sensori: La temperatura, la pressione e il movimento possono essere misurati con questi dispositivi in una varietà di applicazioni, come quelle automobilistiche, aerospaziali e mediche.
• Generatori: Presenti nelle centrali elettriche, nelle turbine eoliche e nelle centrali idroelettriche, i generatori elettromeccanici convertono l'energia meccanica in elettricità.

Tipi comuni

Alcuni tipi includono:

• Relè: Dispositivi che consentono a un circuito a bassa tensione di controllare un circuito ad alta tensione, comunemente utilizzati in applicazioni industriali e di potenza.
• Interruttori: Possono essere utilizzati per collegare o scollegare i circuiti elettrici e comprendono interruttori a pulsante, a levetta, rotativi e a scorrimento.
• Connettori: Collegano due o più circuiti elettrici. Sono disponibili nei tipi USB, audio, video e di alimentazione. I dispositivi elettronici non possono funzionare correttamente senza di essi.

Come scegliere i componenti del circuito stampato?

La prima cosa da fare è decidere le funzioni del circuito stampato. State costruendo un semplice timer o un sensore avanzato? 

Questo aiuterà a restringere i tipi di componenti di cui avete bisogno.

• Funzionalità: Scegliere i componenti che corrispondono alle funzioni richieste dal circuito stampato.
• Dimensioni: Selezionare i componenti che rientrano nelle dimensioni fisiche della scheda.
• Potenza: Scegliere componenti in grado di gestire i requisiti di potenza del circuito.
• Disponibilità: Assicurarsi che i componenti necessari siano facilmente accessibili e disponibili in magazzino.
• Costo: Bilanciare il costo dei componenti con il budget complessivo del progetto.
• Affidabilità: Selezionare componenti noti per la loro affidabilità e durata.
• Reputazione del produttore: Quando si scelgono i componenti per le schede a circuito stampato, è bene verificare da quanto tempo l'azienda è in attività e quanti prodotti ha spedito con successo. Per chi cerca un produttore affidabile ed esperto di componenti per circuiti stampati, Langir è un'opzione eccellente.  

Progettazione e layout di circuiti stampati

Migliori pratiche per il layout dei circuiti con diversi tipi di componenti

Ecco alcune best practice per il layout dei circuiti stampati con diversi tipi di componenti:

Componenti passivi:

• Posizionare i componenti passivi vicino al circuito integrato o al connettore a cui sono collegati.
• I componenti passivi del gruppo, come il filtraggio o l'accoppiamento del segnale, sono utilizzati per la stessa funzione.

Componenti attivi:

• Posizionare i componenti attivi al centro del circuito stampato per ridurre al minimo le interferenze di segnale.
• Per ridurre il rumore, utilizzare condensatori di disaccoppiamento in prossimità dei componenti attivi del circuito.

Connettori:

• Posizionare i connettori sul bordo della scheda di circuito per facilitarne l'accesso.
• Orientare i connettori in una direzione coerente per garantire un allineamento corretto.
• Assicurare una distanza adeguata tra i connettori per evitare interferenze.

Alimentazione e terra:

• Utilizzare un piano separato per l'alimentazione e la massa per ridurre al minimo i disturbi.
• Le tracce di alimentazione e di terra sono sufficientemente larghe per gestire la corrente richiesta.

Componenti ad alta frequenza:

• Collocare i componenti ad alta frequenza in una posizione che consenta di ridurre al minimo l'effetto della capacità e dell'induttanza parassite.
• Utilizzare tracce corte per i componenti ad alta frequenza per ridurre al minimo la perdita di segnale.
• Utilizzare un piano di massa dedicato per ridurre al minimo le interferenze di segnale.

Montaggio del circuito stampato

L'assemblaggio di una scheda a circuito stampato consiste nel riempire una scheda a circuito stampato con componenti elettronici per creare un dispositivo elettronico funzionante. Il processo prevede diverse fasi, tra cui la selezione dei componenti, il layout del circuito stampato (PCB) e il processo di assemblaggio.

Tipi di metodi di assemblaggio

Esistono due metodi principali di assemblaggio dei circuiti stampati:

Foro passante

Montaggio in superficie

Test dei componenti prima del montaggio

Il collaudo dei componenti della scheda di circuito prima dell'assemblaggio garantisce la conformità alle specifiche e il corretto funzionamento. L'utilizzo di questo processo previene errori costosi che potrebbero causare il fallimento del prodotto.

Evitare gli shock termici durante la saldatura

Tecniche di saldatura e apparecchiature di assemblaggio

Le tecniche e le attrezzature di saldatura comprendono la saldatura a onda, la saldatura a riflusso e la saldatura manuale. A seconda del volume di produzione e del tipo di componenti saldati, le attrezzature variano.

Risoluzione dei problemi dei componenti del circuito stampato

I componenti delle schede elettroniche possono presentare vari problemi, come guasti, danni, installazione errata e problemi di compatibilità. La risoluzione dei problemi e la diagnosi di questi problemi richiede la conoscenza dei diversi tipi di componenti e degli strumenti diagnostici.

Problemi comuni con i componenti dei circuiti stampati

I circuiti stampati e i loro componenti sono soggetti ai seguenti problemi:

• Fallimento: Sovratensione, surriscaldamento o uso improprio possono causare il malfunzionamento dei componenti della scheda.
• Danni: I componenti possono danneggiarsi durante la manipolazione, l'assemblaggio o il funzionamento, causando guasti alla scheda.
• Installazione non corretta: Problemi come l'inversione di polarità o il disallineamento possono verificarsi a causa di un'installazione non corretta.
• Problemi di compatibilità: Alcuni componenti della scheda di circuito potrebbero non essere compatibili con la scheda stessa o con altri componenti.

Risoluzione dei problemi e diagnosi di diversi tipi di componenti

Per la risoluzione dei problemi dei componenti passivi e attivi sono disponibili diversi strumenti diagnostici, tra cui multimetri, oscilloscopi e analizzatori logici. Strumenti come questi identificano la causa principale, come componenti difettosi o tracce interrotte.

Tecniche di rielaborazione

Le tecniche di rilavorazione prevedono la riparazione o la sostituzione dei componenti danneggiati su un PCB. Le tecniche comprendono la dissaldatura, le stazioni di rilavorazione ad aria calda e i ferri da saldatore. È essenziale seguire le corrette tecniche di rilavorazione per evitare ulteriori danni al PCB o ai componenti.

Il futuro dei componenti dei circuiti stampati

Automazione, miniaturizzazionee l'intelligenza artificiale (AI) influenzeranno gli sviluppi futuri dei componenti per circuiti stampati.

Con l'aumento della domanda di dispositivi elettronici più complessi, sono necessari componenti elettronici più piccoli e più efficaci. La nanotecnologia svolge un ruolo cruciale in questo ambito. La nanotecnologia utilizza materiali misurati in nanometri (nm) o miliardesimi di metro.

I vantaggi delle tecniche di produzione su scala nanometrica sono numerosi e comprendono

• Miglioramenti delle prestazioni e dell'efficienza legati alle dimensioni ridotte
• Maggiore durata e affidabilità grazie a un minor numero di difetti
• E un minor consumo di energia.

I sistemi di intelligenza artificiale sono stati sviluppati per essere utilizzati nei trasporti, nella sanità e in altri settori. Negli ultimi anni, i sistemi basati sull'IA sono stati utilizzati sempre più spesso per compiti sofisticati come l'identificazione di immagini, il riconoscimento di oggetti, il riconoscimento vocale e la traduzione senza richiedere l'intervento umano. Offre approfondimenti su enormi insiemi di dati identificando modelli che l'uomo non è in grado di comprendere.

Le dimensioni delle apparecchiature si stanno riducendo, ma le prestazioni stanno accelerando più che mai, grazie alla tendenza alla miniaturizzazione. Grazie a questa tendenza, i produttori possono ora realizzare prodotti ad alte prestazioni al minor costo possibile.

Conclusione 

La selezione, la progettazione e l'assemblaggio dei componenti sono fondamentali per il buon funzionamento dei circuiti stampati. Per garantire che le schede di circuito soddisfino questi requisiti, è essenziale rivolgersi a un fornitore affidabile ed esperto come Langir.

Con la loro esperienza in interruttori da pannello, pannelli di controllo e protezione dei circuiti, Langir è in grado di assistervi in ogni fase del processo di sviluppo delle schede elettroniche. 

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