12 e 13 Aprile 2022, BolognaFiere

Potere al PCB!

Sfortunatamente per i costruttori di circuiti stampati, le gioie e i dolori dei PCB non sono nemmeno lontanamente apprezzate quanto lo erano 20 anni fa. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che il settore PCB (Printed Circuit Board) non ha sfoggiato particolari avanzamenti tecnologici, né ha eccelso nel dimostrare un guizzo innovativo. Anche la crescita dei Contract Manufacturer ha contribuito a rendere i PCB difficili da gestire come merce commerciale. Gli OEM (Original Equipment Manufacturer) hanno in molti casi perso i contatti con i produttori PCB insieme alla loro conoscenza del settore, ad eccezione di qualche raro caso dovuto a esigenze tecnologiche.
Le tecnologie più interessanti degli ultimi decenni includono i circuiti HDI, il Laser Drilling e il Direct Laser Imaging. Queste ultime sono nate dalle incalzanti richieste da parte del mercato di miniaturizzare i prodotti elettronici e soddisfare la crescente tendenza a utilizzare tecnologie wireless portatili. Lo sforzo per soddisfare l’incombente aumento di prodotti per la  trasmissione dati è andato di pari passo con la crescente complessità del mercato dei computer e delle nuove tecnologie, e i produttori di microchip sono quelli hanno contribuito con maggior peso alle innovazioni dell’industria PCB.

La sfida per i produttori di circuiti stampati

(Oggi) Ancora una volta, ai costruttori di circuiti stampati viene richiesto di trovare soluzioni innovative per la resistenza termica dei PCB e per altre applicazioni. Con la crescita di mercati quali le energie solari rinnovabili o l’industria automotive per veicoli elettrici, sono aumentate le aspettative di applicazione per i PCB, ad esempio nella gestione dell’energia ad alta tensione o della dispersione di calore. I progettisti di circuiti PCB studiano prodotti applicabili ai convertitori d’energia, amplificatori, trasformatori, che siano allo stesso tempo possibili soluzioni ai problemi di queste nuove tecnologie. I costruttori vanno incontro a due principali difficoltà: la gestione termica e la distribuzione dell’energia.

Relativamente alla prima problematica, le soluzioni sono facilmente raggiungibili. Negli anni passati, i circuiti PCB erano fabbricati dall’industria militare o aeronautica, che avevano ovviato al problema utilizzando dissipatori di alluminio o strati di rame intorno al circuito. Per anni fu applicata questa soluzione, fino a quando, a causa della scarsità di risorse di alluminio, il rivestimento fu sostituito da un sottostrato ceramico con una lamina di rame esterna. In seguito, l’industria propose un modello di PCB in cui lo strato di alluminio era già incorporato nel circuito, aumentando le proprietà di trasmissione del calore. Oggi, con la crescita esponenziale dell’illuminazione LED in molto mercati, la disponibilità di certe tipologie di laminati è ancor maggiore. Lo stesso numero di produttori in Cina di PCB di 1 o 2 centimetri per illuminazione destinato al mercato dell’illuminazione è aumentato.

Una maggiore selezione di materiali e fornitori avviene invece nelle applicazioni dei circuiti per il settore delle batterie ricaricabili per motori elettrici. Un alto consumo di energia può provocare la frattura dell’isolante di ceramica e un conseguente guasto nella trasmissione. Conseguenze analoghe derivano da superfici graffiate o dai tracciati modificati: in questo caso, il produttore deve avere le massime precauzioni nel maneggiare le lamine.

L’uso di un substrato di alluminio di 3-6 mm è una sfida per i costruttori, soprattutto nei processi di perforazione e taglio. Una volta imparata la tecnica, la sfida rimane quella della corretta manipolazione dei materiali all’interno dello stabilimento e la sicurezza degli operatori. Esistono formule fisse per lavorare sullo spessore dielettrico e delle basi metalliche, perciò il trasferimento termico diventa relativamente facile da concepire per i progettisti.

Il ruolo chiave dei coefficienti termici

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Inserto in rame per area selezionata

I coefficenti termici hanno un ruolo chiave nella selezione degli strati interni al circuito, in quanto i materiali hanno coefficenti molto diversi. CIA Custom Products Ltd., ad esempio, fabbrica PCB con una base di alluminio nella Cina Continentale da oltre 10 anni, in uno stabilimento che vanta una lunga esperienza nella manipolazione dei metalli e fornisce PCB per l’industria automotive, sanitaria e dell’illuminazione.

Propone un’ampia gamma di soluzioni anche contro la dispersione di calore, come l’inserimento di un gettone di rame (vedi figura a lato) incastrato tra gli strati o inserito nel PCB. Questo principio a incastro ha condotto nel tempo ad aree di inserimento più ampie e soluzioni di utilizzo tracce ad alta corrente.

Il problema maggiore che i produttori di circuiti si trovano ad affrontare, è la distribuzione dell’energia e la gestione della trasmissione e della potenza di segnale. Le soluzioni HEAVY COPPER e PARTIAL HEAVY COPPER da 6 – 12 oz, Super HC Cores da 15 – 30 oz e le soluzioni con rame incorporato (come mostrato nella figura sotto) sono prodotte in numero limitato. CIA ha partecipato a svariati progetti che hanno coinvolto l’impianto produttivo in Cina e ha equipaggiato l’industria automotive e dei trasporti, le tecnologie ibride, l’intelligenza artificiale, i sistemi di controllo e della distribuzione delle energie alternative, convertitori, ma anche tecnologie per uso quotidiano. Alcune collaborazione includono le telecomunicazioni, Consumer PSU, UPS e tecnologie applicate al settore medicale.

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Sezione trasversale di circuito con rame incorporato

Come per l’HDI, i progettisti di PCB che lavorano sulle soluzioni HEAVY COPPER e EMBEDDED COPPER SOLUTIONS fanno i conti con alti costi e tempi di produzione più lunghi, in quanto si tratta di processi meccanici. Considerare futuri investimenti nelle ultime tecnologie per ovviare questo problema significherebbe ridurre i costi di assemblaggio, anche manuali, e l’eliminazione delle interconnessioni obsolete.Lo sviluppo di tecnologie per la distribuzione dell’energia non sono all’avanguardia come quelle per la dispersione termica, anche a causa degli alti costi d’investimento in ricerca e sviluppo, e sono dipendenti dalle possibilità del costruttore.

Vantaggi e opzioni per il cliente

I vantaggi dei PCB sono il fatto che  la gestione dell’energia e dei circuiti di controllo possono essere integrati su una singola linea e possono essere raggiunti fino 1000 ampere. Il numero di componenti PCBA diminuirebbero in numero e dimensione, grazie  a PCB con design multidimensionali anziché a sbarre laminate. Infine, il raffreddamento dei PCB può essere combinato all’aumento della corrente e a un decisamente migliorato sistema d’assemblaggio.

Molte opzioni sono a disposizione dei costruttori di PCB: CIA vanta uno staff tecnico in Italia per offrire consulenza tecnica e soluzioni, incluso assistenza alla progettazione in loco nelle fasi iniziali. Dalle sedi operative nella Cina Continentale e a Hong Kong, il team tecnico fornisce continue indicazioni sul lavoro del campione di prova. Una volta approvato il lavoro, il team ingegneristico e il controllo qualità affiancheranno lo staff verso la produzione effettiva.

Se è arrivato il momento di immettere un po’ di energia nei vostri PCB, CIA è a disposizione dei produttori per discutere ogni richiesta. Scopri come su www.ciahk.net

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Laura Baronchelli
Laura Baronchelli

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